薬物キャリアー及び超音波装置
【課題】超音波照射により可逆的に液体から気体へと相変化を生じ、内包した薬物の流出を生じることなく薬物の存在状態を診断装置で検出ことを可能とする薬物キャリアー及び該キャリアーと組み合わせて用いる薬物放出用超音波装置を提供する。
【解決手段】３７℃以下の沸点を有する難水溶性物質と３７℃より高い沸点を有する難水溶性物質の混合物に薬剤を内包し、両親媒性物質からなる膜で包んで薬物キャリアーを構成した。
【解決手段】３７℃以下の沸点を有する難水溶性物質と３７℃より高い沸点を有する難水溶性物質の混合物に薬剤を内包し、両親媒性物質からなる膜で包んで薬物キャリアーを構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬物を患部に送達するキャリアー及び超音波照射によりキャリアーからの薬物の放出を行う医療用の超音波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薬物を体内に投与する際、そのままではなく、薬物を界面活性剤、リン脂質、タンパクなどからなるキャリアーに内包して投与する手法は、体内で薬物を長時間滞留させ徐放性薬剤としたいときや、目的の部位のみで薬物濃度を高くしたい際に用いられることが多い。このような手法はドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）と呼ばれる。ＤＤＳには、時間経過と共にキャリアーから薬剤が徐々に漏れてくることを利用する受動的なシステムと、キャリアーを外部刺激により破壊し、積極的に特定の部位の薬物濃度を高める能動的なシステムとがある。後者の能動的なＤＤＳにおいて最も広く用いられる外部刺激は温度である。リン脂質は相転移温度とよばれる一定の温度以上ではゲル状態から液晶状態に転移し、流動性が高くなる。体温より少し高めに相転移温度を設定したリン脂質膜に薬物を封入し、目的部位を加温することにより、体内に投与された薬物のうち目的部位に移行したもののみがキャリアーであるリン脂質膜の外に放出されるという仕組みである。
【０００３】
このような温度上昇によりキャリアーの透過性を高めるという手法は、しかしながら以下の二つの問題点を有している。
(1)キャリアー膜を瞬間的に破壊するのでなく透過性を向上させているだけなので、薬物の放出に時間がかかる
(2)血流により体内温度の均一化が起こるため、特に、正常組織に影響を与えない程度の弱い加温（４２℃以下）では、体内で温度上昇を局所的に行うのは困難。
【０００４】
このような温度上昇を用いるＤＤＳに対し、超音波エネルギーによりキャリアーを破壊するという手法も存在する。これは、ミクロンサイズの気泡が診断用に用いられる数ＭＨｚ近辺の周波数の超音波に共振する現象を利用したもので、気泡をリン脂質等で安定化し、かつリン脂質膜内に薬物を封入することにより、気泡破壊と共に薬物放出を行うものである。温度上昇を用いる前述の方法に比べたこの超音波エネルギーを用いる方法の利点は、以下の二点である。
(1)キャリアーを破壊するため、薬物を瞬間的に放出できる
(2)超音波エネルギーは、収束波を用いることで１ｃｍ３以下の微小領域に限局させることが可能。
【０００５】
【非特許文献１】Allen, Nature Rev.Cancer 2:750-763(2002)
【非特許文献２】Winter et al., Magnetic Resonance in Medicine 50:411-416(2003)
【非特許文献３】Grant et al., Magnetic Resonance in Medicine 11:236-243(1989)
【非特許文献４】Sahoo et al., Langmuir 17:7907-7911(2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記超音波エネルギーを用いる手法は、以下の二つの欠点を有している。
(1)気体であるため、容易に肺から排泄され、体内滞留時間が短い
(2)造影剤としての機能により目的部位に薬剤があるかどうかチェックできるが、チェック時に気泡が破壊されるため、薬剤の集積濃度などに対するフィードバックが効かない。つまり、せっかくの超音波造影剤としての機能が使えないことになる。
【０００７】
第一の欠点は、例えば直接マイクロバブルを投与するのではなく、投与時には液体で超音波照射によりマイクロバブルとなる相変化型のキャリアーを用いることで解決できる。しかしながら、第二の欠点は従来の薬物、超音波システムを用いては解決できなかった。
【０００８】
このように、従来の超音波エネルギーを直接用いるＤＤＳは、気泡を破壊することから瞬間的に薬物の放出が可能であるが、造影剤として機能することと薬物を放出することとが同時に起こるため、気泡による造影効果を有効に活用し、適切なタイミングで薬物の放出を行うことができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、生体投与時には液体で薬物キャリアーとしての機能を有し、超音波照射を行って気泡が生成しても超音波照射終了後に元の液体に戻る性質を有する薬物キャリアーを用いることにより上記課題を解決できることを着想した。通常、超音波照射により液体から気体に変化する相変化型超音波造影剤の主成分は、パーフルオロペンタンなど沸点が３７℃以下の揮発性難水溶性物質である。これらの物質はそのまま体内に投与されると生体内で急激に沸騰するが、エマルション化などにより微粒子の形態にすると、界面張力が液体微粒子の半径に反比例することにより、みかけの沸点が上昇し、体内に投与してもすぐには気化しない。この状態で超音波を照射すると、エマルションの系が崩れ難水溶性物質は裸の状態に近くなるため、沸点を超えた温度により気化が生じる。このことから、３７℃以下の揮発性難水溶性物質を用いる場合には、液体の気化により生成する気泡は不可逆的に存在し、液体に戻ることはない。
【００１０】
発明者は、沸点が３７℃を越える難水溶性の物質に超音波照射すると、液体から気体に変わるものの、超音波照射を停止すると液体から気体に戻る現象を発見した。しかしながら、通常、沸点が３７℃を越える難水溶性の物質を気化させるには高強度の超音波照射が必要となり、侵襲性が高くなる恐れがある。そこでさらに検討を重ね、沸点が３７℃を超える難水溶性物質（高沸点物質）と沸点が３７℃以下の難水溶性物質（低沸点物質）との混合液体を用い、かつ高沸点物質、低沸点物質両者の構造が近い、すなわち両者ともフッ化炭素である、あるいは両者とも炭化水素である、あるいは他者が一方の物質のフッ素原子を数個水素に置換したものである際には、両者の間に相互作用が働き、超音波照射によりまず低沸点物質が気化し、その気化に伴う混合物の超音波吸収係数の上昇により高沸点化合物も二次的に気化する現象が生じ、１０Ｗ／ｃｍ２程度以下の低強度超音波照射により可逆的に液体から気体へと変化するキャリアーが実現できることを発見するに至った。特に、高沸点化合物として沸点が６０℃以上１００℃以下のフッ化炭素あるいはフッ化炭化水素を用いることにより安定性が高まることがわかった。
【００１１】
キャリアーの形態としては、生体適合性の高いリン脂質を主成分としたミセル、エマルション、リポソームの形態をとることが望ましいが、超音波相変化を妨げる形態でなければ特に制限はない。また、内包する薬剤が水溶性か脂溶性かによって薬剤内包時の形態は異なる。図１に薬剤を内包したキャリアーの構造を示す。
【００１２】
図１（ａ）は水溶性薬剤を、図１（ｂ）は脂溶性薬剤をそれぞれ内包したキャリアーの構造を示し、また、図１（ｃ）は水溶性薬剤を逆ミセルとして内包する際の構造を示している。図１において油相は超音波により相変化を生じる難水溶性物質単独あるいは難水溶性物質と植物油等の生体適合性の高い油との混合物を含む相である。また、水相は、生理食塩水あるいはリン酸バッファなどの生体に投与可能な等張液からなる。界面活性剤相は、図１（ａ）及び図１（ｂ）においては、リン脂質を含む生体適合性の高い界面活性剤単独あるいは界面活性剤と安定化成分との混合物を含む。図１（ａ）におけるキャリアーは、薬剤を含む水相が界面活性剤相に覆われ、さらにその外側に油相が界面活性剤相に覆われた構造をとる。また、図１（ｂ）におけるキャリアーは、薬剤を含む油相が界面活性剤相に覆われた構造をとる。また、図１（ｃ）におけるキャリアーは、界面活性剤相に覆われた薬剤を含む油相が界面活性剤相に覆われた構造をとる。
【００１３】
すなわち、本発明における薬物キャリアーは、３７℃以下の沸点を有する難水溶性化合物（化合物１）と３７℃を超える沸点を有する難水溶性化合物（化合物２）を含む。化合物１と化合物２とのモル比は０．１以上４以下であることが望ましい。また、本発明におけるキャリアーは、上記化合物１と化合物２とを含み、リン脂質、界面活性剤、あるいはタンパクなどの両親媒性物質からなる膜構造をとることができる。膜構造は、ミセル、エマルション、リポソームのいずれかの形態をとることができる。本発明におけるキャリアーは、水溶性薬物をフッ素系界面活性剤により逆ミセルとして植物油など生理学的に許される有機溶媒に分散させたものを含むことができる。また、本発明における薬物観察・放出装置は、キャリアーを可逆的に液体から気体へと変えて薬剤の目的部位への集積度を測定する観察モードとキャリアーを不可逆的に液体から気体へ変え、薬物を放出する破壊モードを有する。また、前記装置は、破壊モードに入る際に、装置立ち上げ後、最低一度の観察モードの使用を行ったかどうかを判定し、観察モードを使用していない場合には、破壊モードに入れないよう構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、薬物を流出することなく液体から気体へと可逆的に相変化を起こし、薬物キャリアーの存在を確認することができる。また、薬剤を含むキャリアーが適切な状態にあることを確認した上で、不可逆的に破壊し薬物を放出することが可能である。これらの効果により安全な診断・治療技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明のキャリアーの有効性を示す試験例及び実施例を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。
【００１６】
〔試験例１〕造影効果の可逆性に関する試験例
本発明における薬物キャリアーが超音波照射時に可逆的に液体から気体に変化することを示すための試験例を図２、図３、及び図４を用いて説明する。
【００１７】
図２は、試験を行うための実験系を示す図である。この実験系は、樹脂製水槽１、３７℃に設定された脱気水２、サンプル封入チューブ３、サンプル４、チューブ端固定クリップ５ａ，５ｂ、サンプル固定具６、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７、相変化観察用超音波診断装置プローブ８、超音波診断装置９、相変化超音波信号発生装置１０、増幅器１１から構成される。試験は以下の通り行った。まず、以下に示す手法によりキャリアーを調製する。以下の成分を一緒に添加し、そして生理食塩水を全体で２５ｍｌになるようゆっくり添加し、ULTRA-TURRAX T25（Janke&Knukel, Staufen Germany）中にて９５００ｒｐｍで氷温にて１分間ホモジナイズした。
【００１８】
グリセロール ２．０ｇ
α−トコフェロール ０．０２ｇ
コレステロール ０．１ｇ
レシチン １．０ｇ
パーフルオロペンタン ０．０８６ｇ（３００ｎｍｏｌ）
パーフルオロヘプタン ０．２７ｇ（７００ｎｍｏｌ）
【００１９】
このエマルションを、Emulsiflex-C5（Avestin, Ottawa Canada）中で２０ＭＰａにて高圧乳化処理を２分間行い、０．４ミクロンのメンブレンフィルターによりろ過した。以上の処理により、ほぼ透明のミクロエマルションを得た。得られたマイクロエマルションの９８％以上が２００ｎｍ以下の直径を有することがLB-550（堀場製作所、東京）にて測定できた。
【００２０】
次に図２の実験系を用いて、サンプル封入チューブ３（タイゴンチューブ内径１．５９ｍｍ，外径３．１８ｍｍ）に調製したキャリアーを封入し、相変化観察用超音波診断装置プローブ（日立メディコ製EUP-L53S、７．５MHｚ）８及び超音波診断装置（日立メディコ製EUB-8500）９で観察を行いつつ、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ（周波数３．４MHz、直径４０ｍｍ、F数：１）７よりパルス超音波を照射し、超音波診断装置９上において、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７による超音波照射前、照射中、照射後の超音波診断装置画像を取得した。なお、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７と超音波診断装置９とは同期されており、相変化観察用超音波診断装置プローブ８から照射される診断用超音波の送受波がサンプルに当たっているときには、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７からは超音波が照射されないよう調整されている。
【００２１】
得られた結果の一例を、図３及び図４を用いて説明する。図３は、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より周波数３．４ＭＨｚ、ピーク強度４Ｗ／ｃｍ２、パルス周期３５ｍｓ（５ｍｓオン、３０ｍｓオフ）の条件で超音波を０．５秒照射した際のサンプルの超音波断層像を、超音波診断装置９を用いてＷＰＩモードにより得たものである。サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より計４回超音波を照射し、超音波照射中及び照射後の画像をそれぞれ示している。４回の照射いずれにおいても、超音波照射中にサンプルの輝度が上昇し、照射後に元に戻っている。
【００２２】
図４は、図３の超音波断層像からサンプルの平均輝度を数値化したものである。図３及び図４から、本発明における薬剤キャリアーが超音波照射により可逆的に輝度変化を生じることがわかる。ＷＰＩモードはマイクロバブルに関し特に感度が高い描画モードであることから、本発明における薬剤キャリアーが、超音波照射により可逆的に液体と気体とに相変化を生じることが明らかである。超音波ピーク強度を１〜２０Ｗ／ｃｍ２の範囲で変化させて試験を行い、同様の結果を得た。また、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より照射する超音波の周波数を０．５〜７ＭＨｚの範囲で変化させて試験を行い、ほぼ同様の結果を得た。さらに、パルス周期を１ｍｓ以上１ｓ以下（デューティ比０．１以上０．５以下）に変化させて試験を行った結果もほぼ同様であった。
【００２３】
なお、本試験においては、相変化用低沸点難水溶性物質としてパーフルオロペンタン（沸点３０℃）を、また相変化用高沸点難水溶性物質としてパーフルオロヘプタン（沸点８２℃）をそれぞれ用いているが、相変化用高沸点難水溶性物質として、１Ｈ−パーフルオロヘキサン（沸点７０℃）及びパーフルオロオクタン（沸点１０５℃）を用いても同様の効果を得た。また、相変化用低沸点難水溶性物質としてペンテン（沸点３０℃）あるいはペンタン（沸点３６℃）を、相変化用高沸点難水溶性物質としてヘキサン（沸点６９℃）あるいはヘプタン（沸点９８℃）を用いても本試験とほぼ同等の結果を得た。
【００２４】
〔試験例２〕キャリアー組成による可逆性の変化に関する試験例
試験例１と同じく図２に示す構成の実験系を用いて、以下に示す手法で調製した成分の異なるキャリアーに超音波を照射した際の輝度変化を調べた。以下の成分を一緒に添加し、そして生理食塩水を全体で２５ｍｌになるようゆっくり添加しながら、ULTRA-TURRAX T25（Janke&Knukel, Staufen Germany）中にて９５００ｒｐｍで氷温にて１分間ホモジナイズした。
【００２５】
グリセロール ２．０ｇ
α−トコフェロール ０．０２ｇ
コレステロール ０．１ｇ
レシチン １．０ｇ
パーフルオロペンタン （Ａ）ｇ
パーフルオロヘプタン （Ｂ）ｇ
（Ａ）と（Ｂ）は以下のいずれかの組み合わせ（０：０．３８８，０．０２８８：０．３４９２，０．０５７６：０．３１０４，０．０８６４：０．２７１６，０．１１５２：０．２３２８，０．１４４：０．１９４，０．１７２８：０．１５５２，０．２０１６：０．１１６４，０．２３０４：０．０７７６，０．２５９２：０．０３８８，０．２８８：０）であり、それぞれモル比で０：１０，１：９，２：８，３：７，４：６，５：５，６：４，７：３，８：２，９：１，１０：０に相当する。
【００２６】
このエマルションを、Emulsiflex-C5（Avestin, Ottawa Canada）中で２０ＭＰａにて高圧乳化処理を２分間行い、０．４ミクロンのメンブレンフィルターによりろ過した。以上の処理により、ほぼ透明のミクロエマルションを得た。得られたマイクロエマルションの９８％以上が２００ｎｍ以下の直径を有することがLB-550（堀場製作所、東京）にて測定できた。
【００２７】
図５は、得られたサンプルをサンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より周波数３．４ＭＨｚ、ピーク強度４Ｗ／ｃｍ２、パルス周期３５ｍｓ（５ｍｓオン、３０ｍｓオフ）の条件で超音波を０．５秒照射した際のサンプルの超音波断層像を、超音波診断装置９を用いてＷＰＩモードにより得、さらに平均輝度を数値化したものである。図５より、低沸点難水溶性物質と高沸点難水溶性物質との比が１０：９０以上、８０：２０以下の場合には超音波照射により輝度上昇が見られ、かつ超音波の停止により輝度がほぼ超音波照射前に戻ることがわかる。また、低沸点難水溶性物質の濃度が０％の場合には、超音波照射による輝度変化はほとんど生じなかった。超音波ピーク強度を１〜２０Ｗ／ｃｍ２の範囲で変化させて試験を行い、同様の結果を得た。また、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より照射する超音波の周波数を０．５〜７ＭＨｚの範囲で変化させて試験を行い、ほぼ同様の結果を得た。さらに、パルス周期を１ｍｓ以上１ｓ以下（デューティ比０．１以上０．５以下）に変化させて試験を行った結果もほぼ同様であった。
【００２８】
なお、本試験においては、相変化用低沸点難水溶性物質としてパーフルオロペンタン（沸点３０℃）を、また相変化用高沸点難水溶性物質としてパーフルオロヘプタン（沸点８２℃）をそれぞれ用いているが、相変化用高沸点難水溶性物質として、１Ｈ−パーフルオロヘキサン（沸点７０℃）及びパーフルオロオクタン（沸点１０５℃）を用いても同様の効果を得た。また、相変化用低沸点難水溶性物質としてペンテン（沸点３０℃）あるいはペンタン（沸点３６℃）を、相変化用高沸点難水溶性物質としてヘキサン（沸点６９℃）あるいはヘプタン（沸点９８℃）を用いても本試験とほぼ同等の結果を得た。
【００２９】
〔試験例３〕キャリアーの不可逆的変化に関する試験例
本発明のキャリアーに薬物を封入した後、適切なタイミングで破壊することにより封入した薬物を放出することが可能となる。このようなキャリアーの破壊（不可逆的変化）を超音波照射により生じさせることが可能であることを示す試験例を以下に示す。試験例１と同様の調製方法で作成したキャリアーを、図２に示す実験系を用いて行った試験結果の一例を図６を用いて説明する。
【００３０】
図６は、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より周波数３．４ＭＨｚ、ピーク強度４Ｗ／ｃｍ２、パルス周期３５ｍｓ（５ｍｓオン、３０ｍｓオフ）の条件で超音波を０．５秒間照射するプロセスを４回繰り返し、その後周波数３．４ＭＨｚ、ピーク強度１００Ｗ／ｃｍ２、パルス周期３５ｍｓ（１０ｍｓオン、２５ｍｓオフ）の条件で超音波を１０秒間照射した際に超音波診断装置９により得られた超音波断層像から照射中と照射後２秒のサンプルの平均輝度を数値化したものである。
【００３１】
図６において、最初の４回の超音波照射においては超音波照射中に見られた輝度変化は超音波照射後に照射前に戻っており、輝度変化が可逆的であることがわかる。これに対し、５回目以降では、まず５回目には超音波照射中にそれまでの約２倍の輝度上昇が見られ、超音波照射後にほとんど輝度は低下しない。その後、６回目以降の照射では、超音波照射中も輝度の上昇は見られず、回数が増えるに従って輝度は下がっている。この結果は、前半４回の超音波照射では可逆的に液体と気体との相変化が見られたのに対し、５回目以降の後半４回では一度気体になってしまった後にキャリアーが破壊され、不可逆的な変化を生じていることを示しており、このことから、本発明の薬物キャリアーが超音波照射により不可逆的に破壊可能であることが明らかである。
【００３２】
不可逆的な破壊を生じるためのサンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より照射する超音波の周波数を０．５〜７ＭＨｚの範囲で変化させて試験を行い、ほぼ同様の結果を得た。さらに、パルス周期１ｍｓ以上（デューティ比０．１以上０．５以下）のパルス波あるいは連続波で、超音波強度１０Ｗ／ｃｍ２以上１０ｋＷ／ｃｍ２以下という条件で実験を行い、ほぼ同様の結果を得た。
【実施例１】
【００３３】
脂溶性薬剤を封入した薬物キャリアーの例について説明する。以下の成分を一緒に添加し、そして２０ｍｌの蒸留水をゆっくり添加しながら、ULTRA-TURRAX T25（Janke&Knukel, Staufen Germany）中にて９５００ｒｐｍで氷温にて１分間ホモジナイズした。
【００３４】
グリセロール ２．０ｇ
α−トコフェロール ０．０２ｇ
コレステロール ０．１ｇ
レシチン １．０ｇ
パーフルオロペンタン ０．０８６ｇ（３００ｎｍｏｌ）
パーフルオロヘプタン ０．２７ｇ（７００ｎｍｏｌ）
パクリタクセル ０．０１ｇ
【００３５】
このエマルションを、Emulsiflex-C5（Avestin, Ottawa Canada）中で２０ＭＰａにて高圧乳化処理を２分間行い、０．４ミクロンのメンブレンフィルターによりろ過した。以上の処理により、ほぼ透明のミクロエマルションを得た。得られたマイクロエマルションの９８％以上が２００ｎｍ以下の直径を有することがLB-550（堀場製作所、東京）にて測定できた。なお、目的により２００ｎｍより大きいエマルションを得る必要がある際には高圧乳化処理は省くことができる。用いたレシチンのうち１〜１０％をＰＥＧを付加したフォスファチジルエタノールアミンに変更して同様の結果を得た。また、内包する薬剤としては、レシチン膜に可溶化可能であれば特に制限はなく、パクリタクセル以外に、アドリアマイシン等の抗がん剤、あるいはポルフィリン類・キサンテン類の脂溶性色素増感剤等を同様の手法にて内包することができた。
【実施例２】
【００３６】
水溶性薬剤を内包する薬物キャリアーの例について説明する。ここでは、水溶性薬剤としてシスプラチンを含む薬物キャリアーの例を以下に示す。まず、シスプラチンの水溶液（０．１ｍｇ／ｍｌ）０．０１ｇをソルビタンセスキオレエートの大豆油溶液（１０ｍｇ／ｍｌ）０．２ｍｌと混合し、Ｗ／Ｏ型エマルション（薬液Ａ）を形成する。しかる後、以下の成分を一緒に添加し、そして２０ｍｌの蒸留水をゆっくり添加しながら、ULTRA-TURRAX T25（Janke&Knukel, Staufen Germany）中にて９５００ｒｐｍで氷温にて１分間ホモジナイズした。
【００３７】
グリセロール ２．０ｇ
α−トコフェロール ０．０２ｇ
コレステロール ０．１ｇ
レシチン １．０ｇ
パーフルオロペンタン ０．０８６ｇ
パーフルオロヘキサン ０．２４ｇ
薬液Ａ ０．１ｍｌ
【００３８】
このエマルションを、Emulsiflex-C5（Avestin, Ottawa Canada）中で２０ＭＰａにて高圧乳化処理を２分間行い、０．４ミクロンのメンブレンフィルターによりろ過した。以上の処理により、ほぼ透明のミクロエマルションを得た。得られたマイクロエマルションの９８％以上が２００ｎｍ以下の直径を有することがLB-550（堀場製作所、東京）にて測定できた。なお、目的により２００ｎｍより大きいエマルションを得る必要がある際には高圧乳化処理は省くことができる。用いたレシチンのうち１〜１０％をＰＥＧを付加したフォスファチジルエタノールアミンに変更して同様の結果を得た。また、薬液Ａを調製するための界面活性剤としてはHLBが５以下であれば特に制限はない。また、薬剤としては水溶液として存在できれば特に制限はない。
【実施例３】
【００３９】
油に溶解した脂溶性薬剤を内包する薬物キャリアーの例について説明する。以下の成分を一緒に添加し、そして生理食塩水を全体で２５ｍｌになるようゆっくり添加しながら、ULTRA-TURRAX T25（Janke&Knukel, Staufen Germany）中にて９５００ｒｐｍで氷温にて１分間ホモジナイズした。
【００４０】
グリセロール ２．０ｇ
α−トコフェロール ０．０２ｇ
コレステロール ０．１ｇ
レシチン ２．０ｇ
パーフルオロペンタン ０．０８６ｇ
パーフルオロオクタン ０．２８ｇ
大豆油 ０．５ｇ
パクリタクセル ０．０１ｇ
【００４１】
このエマルションを、Emulsiflex-C5（Avestin, Ottawa Canada）中で２０ＭＰａにて高圧乳化処理を２分間行い、０．４ミクロンのメンブレンフィルターによりろ過した。以上の処理により、ほぼ透明のミクロエマルションを得た。得られたマイクロエマルションの９８％以上が２００ｎｍ以下の直径を有することがLB-550（堀場製作所、東京）にて測定できた。なお、目的により２００ｎｍより大きいエマルションを得る必要がある際には高圧乳化処理は省くことができる。用いたレシチンのうち１〜１０％をＰＥＧを付加したフォスファチジルエタノールアミンに変更して同様の結果を得た。また、内包する薬剤としては、レシチン膜に可溶化可能であれば特に制限はなく、パクリタクセル以外に、アドリアマイシン等の抗がん剤、あるいはポルフィリン類・キサンテン類の脂溶性色素増感剤等を同様の手法にて内包することができた。
【実施例４】
【００４２】
図７は、本発明による薬物放出用の超音波装置の一実施例を示す模式図である。本実施例の薬物放出装置は、治療対象１２に対し音響カップリング材１３を通して配置された相変化用超音波送信部１４、相変化検出用超音波送受信部１５及び薬物放出用超音波送信部１６、相変化用超音波制御部１７、相変化検出用超音波制御部１８、薬物放出用超音波制御部１９、相変化定量用信号処理部２０、統合制御部２１、画像処理部２２及び入力・表示部２３を含んで構成される。
【００４３】
相変化用超音波送信部１４は、０．５〜１０ＭＨｚの範囲から選ばれた単一周波数あるいは０．５〜５ＭＨｚの範囲から選ばれた基本となる周波数及び該基本となる周波数の倍の周波数であって、各周波の超音波について、音響強度が０．５〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲の超音波を照射できるよう構成されている。相変化検出用超音波送受信部１５は、通常の超音波診断装置で用いることのできる概ね２〜１０ＭＨｚ程度の周波数及び時間平均強度０．７２Ｗ／ｃｍ２以下の音響強度の超音波を送受信できるよう構成されている。薬物放出用超音波送信部１６は、０．５〜１０ＭＨｚの範囲から選ばれた単一周波数あるいは０．５〜５ＭＨｚの範囲から選ばれた基本となる周波数及び該基本となる周波数の倍の周波数の超音波を照射できるよう構成されており、音響強度は１０〜１０kＷ／ｃｍ２の範囲から選択された任意の値とすることができる。また、治療用超音波照射の目的で使用することもできる。
【００４４】
統合制御部２１は、相変化用超音波制御部１７を制御して相変化用超音波送信部１４を動作させるモード、相変化検出用超音波制御部１８を制御して相変化検出用超音波送受信部１５を動作させるモード、及び薬物放出用超音波制御部１９を制御して薬物放出用超音波送信部１６を動作させるモードを切り換えて運転する。相変化検出用超音波制御部１８を制御して相変化検出用超音波送受信部１５を動作させるモードは、相変化用超音波制御部１７を制御して相変化用超音波送信部１４を動作させるモードの直後に実行する。なお、相変化用超音波送信部１４と相変化検出用超音波送受信部１５は１つの超音波トランスデューサを共用してもよい。薬物放出用超音波送信部１６は専用の超音波トランスデューサを用いるのが好ましい。
【００４５】
相変化定量用信号処理部２０は、造影剤の相変化に伴う超音波エコー信号の強度や周波数成分などの変化を定量化するための画像処理を行えるよう構成されている。定量化には、相変化用超音波照射前の超音波エコー信号を保持するための相変化前信号記録部と相変化用超音波照射中あるいは照射後の超音波エコー信号を保持するための相変化後信号記録部を用い、各記録部に保持した信号同士の特定の周波数成分の差分を求める演算部から構成することができる。特に、相変化用超音波照射前と照射中あるいは後の相変化検出用超音波の中心周波数の偶数高調波成分同士を比較することが望ましい。
【００４６】
薬物放出用超音波送信部１６からの超音波照射は、相変化用超音波送信部１４からの超音波照射により生じた治療部位１２における相変化型超音波造影剤の相変化を相変化検出用超音波送受信部１５により検出し、造影剤が治療部位に存在することを相変化定量用信号処理部２０を用いた画像処理により確認することなしに行えないように構成することができる。例えば、装置の電源を投入し、相変化用超音波送信部１４からの超音波照射を行わない状態で薬物放出用超音波送信部１６から超音波照射を行うための動作が行われた場合、警告を出して相変化用超音波送信部１４による超音波照射を行うよう促すことができる。また、相変化用超音波送信部１４からの超音波照射を行った後、続く相変化検出用超音波送受信部１５からの超音波送受信により画像を取得し、相変化型超音波造影剤の相変化が確認された領域、すなわち造影剤の相変化に伴い所定強度以上の超音波エコー信号が得られた領域に薬物放出用超音波送信部１６から超音波照射を行うように制御してもよい。
【００４７】
本実施例の薬物放出装置は、薬物を流出することなく薬物の存在を確認でき、薬物が適切に目的部位に集積していることを確認した上で薬物の放出を行うことができる。そのため、安全な診断・治療を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の薬物キャリアーの構造を示す概念図。
【図２】本発明の薬物キャリアーの効果を試験するための実験系の構成を示す図。
【図３】本発明の薬物キャリアーの超音波照射に関する可逆性を示す試験の一例を示す図。
【図４】本発明の薬物キャリアーの超音波照射に関する可逆性を示す試験の一例を示す図。
【図５】本発明の薬物キャリアーの組成が超音波照射に関する可逆性に及ぼす効果を示す試験の一例を示す図。
【図６】本発明の薬物キャリアーの超音波照射に関する不可逆性を示す試験の一例を示す図。
【図７】本発明の薬物放出用超音波装置の一実施例の構成を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１ 樹脂製水
２ ３７℃に設定された脱気水
３ サンプル封入チューブ
４ サンプル
５ チューブ端固定クリップ
６ サンプル固定具
７ サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ
８ 相変化観察用超音波診断装置プローブ
９ 超音波診断装置
１０ 相変化超音波信号発生装置
１１ 増幅器
１２ 治療対象
１３ 音響カップリング材
１４ 相変化用超音波送信部
１５ 相変化検出用超音波送受信部
１６ 薬物放出用超音波送信部
１７ 相変化用超音波制御部
１８ 相変化検出用超音波制御部
１９ 薬物放出用超音波制御部
２０ 相変化定量用信号処理部
２１ 統合制御部
２２ 画像処理部
２３ 入力・表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬物を患部に送達するキャリアー及び超音波照射によりキャリアーからの薬物の放出を行う医療用の超音波装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薬物を体内に投与する際、そのままではなく、薬物を界面活性剤、リン脂質、タンパクなどからなるキャリアーに内包して投与する手法は、体内で薬物を長時間滞留させ徐放性薬剤としたいときや、目的の部位のみで薬物濃度を高くしたい際に用いられることが多い。このような手法はドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）と呼ばれる。ＤＤＳには、時間経過と共にキャリアーから薬剤が徐々に漏れてくることを利用する受動的なシステムと、キャリアーを外部刺激により破壊し、積極的に特定の部位の薬物濃度を高める能動的なシステムとがある。後者の能動的なＤＤＳにおいて最も広く用いられる外部刺激は温度である。リン脂質は相転移温度とよばれる一定の温度以上ではゲル状態から液晶状態に転移し、流動性が高くなる。体温より少し高めに相転移温度を設定したリン脂質膜に薬物を封入し、目的部位を加温することにより、体内に投与された薬物のうち目的部位に移行したもののみがキャリアーであるリン脂質膜の外に放出されるという仕組みである。
【０００３】
このような温度上昇によりキャリアーの透過性を高めるという手法は、しかしながら以下の二つの問題点を有している。
(1)キャリアー膜を瞬間的に破壊するのでなく透過性を向上させているだけなので、薬物の放出に時間がかかる
(2)血流により体内温度の均一化が起こるため、特に、正常組織に影響を与えない程度の弱い加温（４２℃以下）では、体内で温度上昇を局所的に行うのは困難。
【０００４】
このような温度上昇を用いるＤＤＳに対し、超音波エネルギーによりキャリアーを破壊するという手法も存在する。これは、ミクロンサイズの気泡が診断用に用いられる数ＭＨｚ近辺の周波数の超音波に共振する現象を利用したもので、気泡をリン脂質等で安定化し、かつリン脂質膜内に薬物を封入することにより、気泡破壊と共に薬物放出を行うものである。温度上昇を用いる前述の方法に比べたこの超音波エネルギーを用いる方法の利点は、以下の二点である。
(1)キャリアーを破壊するため、薬物を瞬間的に放出できる
(2)超音波エネルギーは、収束波を用いることで１ｃｍ３以下の微小領域に限局させることが可能。
【０００５】
【非特許文献１】Allen, Nature Rev.Cancer 2:750-763(2002)
【非特許文献２】Winter et al., Magnetic Resonance in Medicine 50:411-416(2003)
【非特許文献３】Grant et al., Magnetic Resonance in Medicine 11:236-243(1989)
【非特許文献４】Sahoo et al., Langmuir 17:7907-7911(2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記超音波エネルギーを用いる手法は、以下の二つの欠点を有している。
(1)気体であるため、容易に肺から排泄され、体内滞留時間が短い
(2)造影剤としての機能により目的部位に薬剤があるかどうかチェックできるが、チェック時に気泡が破壊されるため、薬剤の集積濃度などに対するフィードバックが効かない。つまり、せっかくの超音波造影剤としての機能が使えないことになる。
【０００７】
第一の欠点は、例えば直接マイクロバブルを投与するのではなく、投与時には液体で超音波照射によりマイクロバブルとなる相変化型のキャリアーを用いることで解決できる。しかしながら、第二の欠点は従来の薬物、超音波システムを用いては解決できなかった。
【０００８】
このように、従来の超音波エネルギーを直接用いるＤＤＳは、気泡を破壊することから瞬間的に薬物の放出が可能であるが、造影剤として機能することと薬物を放出することとが同時に起こるため、気泡による造影効果を有効に活用し、適切なタイミングで薬物の放出を行うことができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、生体投与時には液体で薬物キャリアーとしての機能を有し、超音波照射を行って気泡が生成しても超音波照射終了後に元の液体に戻る性質を有する薬物キャリアーを用いることにより上記課題を解決できることを着想した。通常、超音波照射により液体から気体に変化する相変化型超音波造影剤の主成分は、パーフルオロペンタンなど沸点が３７℃以下の揮発性難水溶性物質である。これらの物質はそのまま体内に投与されると生体内で急激に沸騰するが、エマルション化などにより微粒子の形態にすると、界面張力が液体微粒子の半径に反比例することにより、みかけの沸点が上昇し、体内に投与してもすぐには気化しない。この状態で超音波を照射すると、エマルションの系が崩れ難水溶性物質は裸の状態に近くなるため、沸点を超えた温度により気化が生じる。このことから、３７℃以下の揮発性難水溶性物質を用いる場合には、液体の気化により生成する気泡は不可逆的に存在し、液体に戻ることはない。
【００１０】
発明者は、沸点が３７℃を越える難水溶性の物質に超音波照射すると、液体から気体に変わるものの、超音波照射を停止すると液体から気体に戻る現象を発見した。しかしながら、通常、沸点が３７℃を越える難水溶性の物質を気化させるには高強度の超音波照射が必要となり、侵襲性が高くなる恐れがある。そこでさらに検討を重ね、沸点が３７℃を超える難水溶性物質（高沸点物質）と沸点が３７℃以下の難水溶性物質（低沸点物質）との混合液体を用い、かつ高沸点物質、低沸点物質両者の構造が近い、すなわち両者ともフッ化炭素である、あるいは両者とも炭化水素である、あるいは他者が一方の物質のフッ素原子を数個水素に置換したものである際には、両者の間に相互作用が働き、超音波照射によりまず低沸点物質が気化し、その気化に伴う混合物の超音波吸収係数の上昇により高沸点化合物も二次的に気化する現象が生じ、１０Ｗ／ｃｍ２程度以下の低強度超音波照射により可逆的に液体から気体へと変化するキャリアーが実現できることを発見するに至った。特に、高沸点化合物として沸点が６０℃以上１００℃以下のフッ化炭素あるいはフッ化炭化水素を用いることにより安定性が高まることがわかった。
【００１１】
キャリアーの形態としては、生体適合性の高いリン脂質を主成分としたミセル、エマルション、リポソームの形態をとることが望ましいが、超音波相変化を妨げる形態でなければ特に制限はない。また、内包する薬剤が水溶性か脂溶性かによって薬剤内包時の形態は異なる。図１に薬剤を内包したキャリアーの構造を示す。
【００１２】
図１（ａ）は水溶性薬剤を、図１（ｂ）は脂溶性薬剤をそれぞれ内包したキャリアーの構造を示し、また、図１（ｃ）は水溶性薬剤を逆ミセルとして内包する際の構造を示している。図１において油相は超音波により相変化を生じる難水溶性物質単独あるいは難水溶性物質と植物油等の生体適合性の高い油との混合物を含む相である。また、水相は、生理食塩水あるいはリン酸バッファなどの生体に投与可能な等張液からなる。界面活性剤相は、図１（ａ）及び図１（ｂ）においては、リン脂質を含む生体適合性の高い界面活性剤単独あるいは界面活性剤と安定化成分との混合物を含む。図１（ａ）におけるキャリアーは、薬剤を含む水相が界面活性剤相に覆われ、さらにその外側に油相が界面活性剤相に覆われた構造をとる。また、図１（ｂ）におけるキャリアーは、薬剤を含む油相が界面活性剤相に覆われた構造をとる。また、図１（ｃ）におけるキャリアーは、界面活性剤相に覆われた薬剤を含む油相が界面活性剤相に覆われた構造をとる。
【００１３】
すなわち、本発明における薬物キャリアーは、３７℃以下の沸点を有する難水溶性化合物（化合物１）と３７℃を超える沸点を有する難水溶性化合物（化合物２）を含む。化合物１と化合物２とのモル比は０．１以上４以下であることが望ましい。また、本発明におけるキャリアーは、上記化合物１と化合物２とを含み、リン脂質、界面活性剤、あるいはタンパクなどの両親媒性物質からなる膜構造をとることができる。膜構造は、ミセル、エマルション、リポソームのいずれかの形態をとることができる。本発明におけるキャリアーは、水溶性薬物をフッ素系界面活性剤により逆ミセルとして植物油など生理学的に許される有機溶媒に分散させたものを含むことができる。また、本発明における薬物観察・放出装置は、キャリアーを可逆的に液体から気体へと変えて薬剤の目的部位への集積度を測定する観察モードとキャリアーを不可逆的に液体から気体へ変え、薬物を放出する破壊モードを有する。また、前記装置は、破壊モードに入る際に、装置立ち上げ後、最低一度の観察モードの使用を行ったかどうかを判定し、観察モードを使用していない場合には、破壊モードに入れないよう構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、薬物を流出することなく液体から気体へと可逆的に相変化を起こし、薬物キャリアーの存在を確認することができる。また、薬剤を含むキャリアーが適切な状態にあることを確認した上で、不可逆的に破壊し薬物を放出することが可能である。これらの効果により安全な診断・治療技術を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に本発明のキャリアーの有効性を示す試験例及び実施例を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限られるものではない。
【００１６】
〔試験例１〕造影効果の可逆性に関する試験例
本発明における薬物キャリアーが超音波照射時に可逆的に液体から気体に変化することを示すための試験例を図２、図３、及び図４を用いて説明する。
【００１７】
図２は、試験を行うための実験系を示す図である。この実験系は、樹脂製水槽１、３７℃に設定された脱気水２、サンプル封入チューブ３、サンプル４、チューブ端固定クリップ５ａ，５ｂ、サンプル固定具６、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７、相変化観察用超音波診断装置プローブ８、超音波診断装置９、相変化超音波信号発生装置１０、増幅器１１から構成される。試験は以下の通り行った。まず、以下に示す手法によりキャリアーを調製する。以下の成分を一緒に添加し、そして生理食塩水を全体で２５ｍｌになるようゆっくり添加し、ULTRA-TURRAX T25（Janke&Knukel, Staufen Germany）中にて９５００ｒｐｍで氷温にて１分間ホモジナイズした。
【００１８】
グリセロール ２．０ｇ
α−トコフェロール ０．０２ｇ
コレステロール ０．１ｇ
レシチン １．０ｇ
パーフルオロペンタン ０．０８６ｇ（３００ｎｍｏｌ）
パーフルオロヘプタン ０．２７ｇ（７００ｎｍｏｌ）
【００１９】
このエマルションを、Emulsiflex-C5（Avestin, Ottawa Canada）中で２０ＭＰａにて高圧乳化処理を２分間行い、０．４ミクロンのメンブレンフィルターによりろ過した。以上の処理により、ほぼ透明のミクロエマルションを得た。得られたマイクロエマルションの９８％以上が２００ｎｍ以下の直径を有することがLB-550（堀場製作所、東京）にて測定できた。
【００２０】
次に図２の実験系を用いて、サンプル封入チューブ３（タイゴンチューブ内径１．５９ｍｍ，外径３．１８ｍｍ）に調製したキャリアーを封入し、相変化観察用超音波診断装置プローブ（日立メディコ製EUP-L53S、７．５MHｚ）８及び超音波診断装置（日立メディコ製EUB-8500）９で観察を行いつつ、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ（周波数３．４MHz、直径４０ｍｍ、F数：１）７よりパルス超音波を照射し、超音波診断装置９上において、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７による超音波照射前、照射中、照射後の超音波診断装置画像を取得した。なお、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７と超音波診断装置９とは同期されており、相変化観察用超音波診断装置プローブ８から照射される診断用超音波の送受波がサンプルに当たっているときには、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７からは超音波が照射されないよう調整されている。
【００２１】
得られた結果の一例を、図３及び図４を用いて説明する。図３は、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より周波数３．４ＭＨｚ、ピーク強度４Ｗ／ｃｍ２、パルス周期３５ｍｓ（５ｍｓオン、３０ｍｓオフ）の条件で超音波を０．５秒照射した際のサンプルの超音波断層像を、超音波診断装置９を用いてＷＰＩモードにより得たものである。サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より計４回超音波を照射し、超音波照射中及び照射後の画像をそれぞれ示している。４回の照射いずれにおいても、超音波照射中にサンプルの輝度が上昇し、照射後に元に戻っている。
【００２２】
図４は、図３の超音波断層像からサンプルの平均輝度を数値化したものである。図３及び図４から、本発明における薬剤キャリアーが超音波照射により可逆的に輝度変化を生じることがわかる。ＷＰＩモードはマイクロバブルに関し特に感度が高い描画モードであることから、本発明における薬剤キャリアーが、超音波照射により可逆的に液体と気体とに相変化を生じることが明らかである。超音波ピーク強度を１〜２０Ｗ／ｃｍ２の範囲で変化させて試験を行い、同様の結果を得た。また、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より照射する超音波の周波数を０．５〜７ＭＨｚの範囲で変化させて試験を行い、ほぼ同様の結果を得た。さらに、パルス周期を１ｍｓ以上１ｓ以下（デューティ比０．１以上０．５以下）に変化させて試験を行った結果もほぼ同様であった。
【００２３】
なお、本試験においては、相変化用低沸点難水溶性物質としてパーフルオロペンタン（沸点３０℃）を、また相変化用高沸点難水溶性物質としてパーフルオロヘプタン（沸点８２℃）をそれぞれ用いているが、相変化用高沸点難水溶性物質として、１Ｈ−パーフルオロヘキサン（沸点７０℃）及びパーフルオロオクタン（沸点１０５℃）を用いても同様の効果を得た。また、相変化用低沸点難水溶性物質としてペンテン（沸点３０℃）あるいはペンタン（沸点３６℃）を、相変化用高沸点難水溶性物質としてヘキサン（沸点６９℃）あるいはヘプタン（沸点９８℃）を用いても本試験とほぼ同等の結果を得た。
【００２４】
〔試験例２〕キャリアー組成による可逆性の変化に関する試験例
試験例１と同じく図２に示す構成の実験系を用いて、以下に示す手法で調製した成分の異なるキャリアーに超音波を照射した際の輝度変化を調べた。以下の成分を一緒に添加し、そして生理食塩水を全体で２５ｍｌになるようゆっくり添加しながら、ULTRA-TURRAX T25（Janke&Knukel, Staufen Germany）中にて９５００ｒｐｍで氷温にて１分間ホモジナイズした。
【００２５】
グリセロール ２．０ｇ
α−トコフェロール ０．０２ｇ
コレステロール ０．１ｇ
レシチン １．０ｇ
パーフルオロペンタン （Ａ）ｇ
パーフルオロヘプタン （Ｂ）ｇ
（Ａ）と（Ｂ）は以下のいずれかの組み合わせ（０：０．３８８，０．０２８８：０．３４９２，０．０５７６：０．３１０４，０．０８６４：０．２７１６，０．１１５２：０．２３２８，０．１４４：０．１９４，０．１７２８：０．１５５２，０．２０１６：０．１１６４，０．２３０４：０．０７７６，０．２５９２：０．０３８８，０．２８８：０）であり、それぞれモル比で０：１０，１：９，２：８，３：７，４：６，５：５，６：４，７：３，８：２，９：１，１０：０に相当する。
【００２６】
このエマルションを、Emulsiflex-C5（Avestin, Ottawa Canada）中で２０ＭＰａにて高圧乳化処理を２分間行い、０．４ミクロンのメンブレンフィルターによりろ過した。以上の処理により、ほぼ透明のミクロエマルションを得た。得られたマイクロエマルションの９８％以上が２００ｎｍ以下の直径を有することがLB-550（堀場製作所、東京）にて測定できた。
【００２７】
図５は、得られたサンプルをサンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より周波数３．４ＭＨｚ、ピーク強度４Ｗ／ｃｍ２、パルス周期３５ｍｓ（５ｍｓオン、３０ｍｓオフ）の条件で超音波を０．５秒照射した際のサンプルの超音波断層像を、超音波診断装置９を用いてＷＰＩモードにより得、さらに平均輝度を数値化したものである。図５より、低沸点難水溶性物質と高沸点難水溶性物質との比が１０：９０以上、８０：２０以下の場合には超音波照射により輝度上昇が見られ、かつ超音波の停止により輝度がほぼ超音波照射前に戻ることがわかる。また、低沸点難水溶性物質の濃度が０％の場合には、超音波照射による輝度変化はほとんど生じなかった。超音波ピーク強度を１〜２０Ｗ／ｃｍ２の範囲で変化させて試験を行い、同様の結果を得た。また、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より照射する超音波の周波数を０．５〜７ＭＨｚの範囲で変化させて試験を行い、ほぼ同様の結果を得た。さらに、パルス周期を１ｍｓ以上１ｓ以下（デューティ比０．１以上０．５以下）に変化させて試験を行った結果もほぼ同様であった。
【００２８】
なお、本試験においては、相変化用低沸点難水溶性物質としてパーフルオロペンタン（沸点３０℃）を、また相変化用高沸点難水溶性物質としてパーフルオロヘプタン（沸点８２℃）をそれぞれ用いているが、相変化用高沸点難水溶性物質として、１Ｈ−パーフルオロヘキサン（沸点７０℃）及びパーフルオロオクタン（沸点１０５℃）を用いても同様の効果を得た。また、相変化用低沸点難水溶性物質としてペンテン（沸点３０℃）あるいはペンタン（沸点３６℃）を、相変化用高沸点難水溶性物質としてヘキサン（沸点６９℃）あるいはヘプタン（沸点９８℃）を用いても本試験とほぼ同等の結果を得た。
【００２９】
〔試験例３〕キャリアーの不可逆的変化に関する試験例
本発明のキャリアーに薬物を封入した後、適切なタイミングで破壊することにより封入した薬物を放出することが可能となる。このようなキャリアーの破壊（不可逆的変化）を超音波照射により生じさせることが可能であることを示す試験例を以下に示す。試験例１と同様の調製方法で作成したキャリアーを、図２に示す実験系を用いて行った試験結果の一例を図６を用いて説明する。
【００３０】
図６は、サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より周波数３．４ＭＨｚ、ピーク強度４Ｗ／ｃｍ２、パルス周期３５ｍｓ（５ｍｓオン、３０ｍｓオフ）の条件で超音波を０．５秒間照射するプロセスを４回繰り返し、その後周波数３．４ＭＨｚ、ピーク強度１００Ｗ／ｃｍ２、パルス周期３５ｍｓ（１０ｍｓオン、２５ｍｓオフ）の条件で超音波を１０秒間照射した際に超音波診断装置９により得られた超音波断層像から照射中と照射後２秒のサンプルの平均輝度を数値化したものである。
【００３１】
図６において、最初の４回の超音波照射においては超音波照射中に見られた輝度変化は超音波照射後に照射前に戻っており、輝度変化が可逆的であることがわかる。これに対し、５回目以降では、まず５回目には超音波照射中にそれまでの約２倍の輝度上昇が見られ、超音波照射後にほとんど輝度は低下しない。その後、６回目以降の照射では、超音波照射中も輝度の上昇は見られず、回数が増えるに従って輝度は下がっている。この結果は、前半４回の超音波照射では可逆的に液体と気体との相変化が見られたのに対し、５回目以降の後半４回では一度気体になってしまった後にキャリアーが破壊され、不可逆的な変化を生じていることを示しており、このことから、本発明の薬物キャリアーが超音波照射により不可逆的に破壊可能であることが明らかである。
【００３２】
不可逆的な破壊を生じるためのサンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ７より照射する超音波の周波数を０．５〜７ＭＨｚの範囲で変化させて試験を行い、ほぼ同様の結果を得た。さらに、パルス周期１ｍｓ以上（デューティ比０．１以上０．５以下）のパルス波あるいは連続波で、超音波強度１０Ｗ／ｃｍ２以上１０ｋＷ／ｃｍ２以下という条件で実験を行い、ほぼ同様の結果を得た。
【実施例１】
【００３３】
脂溶性薬剤を封入した薬物キャリアーの例について説明する。以下の成分を一緒に添加し、そして２０ｍｌの蒸留水をゆっくり添加しながら、ULTRA-TURRAX T25（Janke&Knukel, Staufen Germany）中にて９５００ｒｐｍで氷温にて１分間ホモジナイズした。
【００３４】
グリセロール ２．０ｇ
α−トコフェロール ０．０２ｇ
コレステロール ０．１ｇ
レシチン １．０ｇ
パーフルオロペンタン ０．０８６ｇ（３００ｎｍｏｌ）
パーフルオロヘプタン ０．２７ｇ（７００ｎｍｏｌ）
パクリタクセル ０．０１ｇ
【００３５】
このエマルションを、Emulsiflex-C5（Avestin, Ottawa Canada）中で２０ＭＰａにて高圧乳化処理を２分間行い、０．４ミクロンのメンブレンフィルターによりろ過した。以上の処理により、ほぼ透明のミクロエマルションを得た。得られたマイクロエマルションの９８％以上が２００ｎｍ以下の直径を有することがLB-550（堀場製作所、東京）にて測定できた。なお、目的により２００ｎｍより大きいエマルションを得る必要がある際には高圧乳化処理は省くことができる。用いたレシチンのうち１〜１０％をＰＥＧを付加したフォスファチジルエタノールアミンに変更して同様の結果を得た。また、内包する薬剤としては、レシチン膜に可溶化可能であれば特に制限はなく、パクリタクセル以外に、アドリアマイシン等の抗がん剤、あるいはポルフィリン類・キサンテン類の脂溶性色素増感剤等を同様の手法にて内包することができた。
【実施例２】
【００３６】
水溶性薬剤を内包する薬物キャリアーの例について説明する。ここでは、水溶性薬剤としてシスプラチンを含む薬物キャリアーの例を以下に示す。まず、シスプラチンの水溶液（０．１ｍｇ／ｍｌ）０．０１ｇをソルビタンセスキオレエートの大豆油溶液（１０ｍｇ／ｍｌ）０．２ｍｌと混合し、Ｗ／Ｏ型エマルション（薬液Ａ）を形成する。しかる後、以下の成分を一緒に添加し、そして２０ｍｌの蒸留水をゆっくり添加しながら、ULTRA-TURRAX T25（Janke&Knukel, Staufen Germany）中にて９５００ｒｐｍで氷温にて１分間ホモジナイズした。
【００３７】
グリセロール ２．０ｇ
α−トコフェロール ０．０２ｇ
コレステロール ０．１ｇ
レシチン １．０ｇ
パーフルオロペンタン ０．０８６ｇ
パーフルオロヘキサン ０．２４ｇ
薬液Ａ ０．１ｍｌ
【００３８】
このエマルションを、Emulsiflex-C5（Avestin, Ottawa Canada）中で２０ＭＰａにて高圧乳化処理を２分間行い、０．４ミクロンのメンブレンフィルターによりろ過した。以上の処理により、ほぼ透明のミクロエマルションを得た。得られたマイクロエマルションの９８％以上が２００ｎｍ以下の直径を有することがLB-550（堀場製作所、東京）にて測定できた。なお、目的により２００ｎｍより大きいエマルションを得る必要がある際には高圧乳化処理は省くことができる。用いたレシチンのうち１〜１０％をＰＥＧを付加したフォスファチジルエタノールアミンに変更して同様の結果を得た。また、薬液Ａを調製するための界面活性剤としてはHLBが５以下であれば特に制限はない。また、薬剤としては水溶液として存在できれば特に制限はない。
【実施例３】
【００３９】
油に溶解した脂溶性薬剤を内包する薬物キャリアーの例について説明する。以下の成分を一緒に添加し、そして生理食塩水を全体で２５ｍｌになるようゆっくり添加しながら、ULTRA-TURRAX T25（Janke&Knukel, Staufen Germany）中にて９５００ｒｐｍで氷温にて１分間ホモジナイズした。
【００４０】
グリセロール ２．０ｇ
α−トコフェロール ０．０２ｇ
コレステロール ０．１ｇ
レシチン ２．０ｇ
パーフルオロペンタン ０．０８６ｇ
パーフルオロオクタン ０．２８ｇ
大豆油 ０．５ｇ
パクリタクセル ０．０１ｇ
【００４１】
このエマルションを、Emulsiflex-C5（Avestin, Ottawa Canada）中で２０ＭＰａにて高圧乳化処理を２分間行い、０．４ミクロンのメンブレンフィルターによりろ過した。以上の処理により、ほぼ透明のミクロエマルションを得た。得られたマイクロエマルションの９８％以上が２００ｎｍ以下の直径を有することがLB-550（堀場製作所、東京）にて測定できた。なお、目的により２００ｎｍより大きいエマルションを得る必要がある際には高圧乳化処理は省くことができる。用いたレシチンのうち１〜１０％をＰＥＧを付加したフォスファチジルエタノールアミンに変更して同様の結果を得た。また、内包する薬剤としては、レシチン膜に可溶化可能であれば特に制限はなく、パクリタクセル以外に、アドリアマイシン等の抗がん剤、あるいはポルフィリン類・キサンテン類の脂溶性色素増感剤等を同様の手法にて内包することができた。
【実施例４】
【００４２】
図７は、本発明による薬物放出用の超音波装置の一実施例を示す模式図である。本実施例の薬物放出装置は、治療対象１２に対し音響カップリング材１３を通して配置された相変化用超音波送信部１４、相変化検出用超音波送受信部１５及び薬物放出用超音波送信部１６、相変化用超音波制御部１７、相変化検出用超音波制御部１８、薬物放出用超音波制御部１９、相変化定量用信号処理部２０、統合制御部２１、画像処理部２２及び入力・表示部２３を含んで構成される。
【００４３】
相変化用超音波送信部１４は、０．５〜１０ＭＨｚの範囲から選ばれた単一周波数あるいは０．５〜５ＭＨｚの範囲から選ばれた基本となる周波数及び該基本となる周波数の倍の周波数であって、各周波の超音波について、音響強度が０．５〜１０Ｗ／ｃｍ２の範囲の超音波を照射できるよう構成されている。相変化検出用超音波送受信部１５は、通常の超音波診断装置で用いることのできる概ね２〜１０ＭＨｚ程度の周波数及び時間平均強度０．７２Ｗ／ｃｍ２以下の音響強度の超音波を送受信できるよう構成されている。薬物放出用超音波送信部１６は、０．５〜１０ＭＨｚの範囲から選ばれた単一周波数あるいは０．５〜５ＭＨｚの範囲から選ばれた基本となる周波数及び該基本となる周波数の倍の周波数の超音波を照射できるよう構成されており、音響強度は１０〜１０kＷ／ｃｍ２の範囲から選択された任意の値とすることができる。また、治療用超音波照射の目的で使用することもできる。
【００４４】
統合制御部２１は、相変化用超音波制御部１７を制御して相変化用超音波送信部１４を動作させるモード、相変化検出用超音波制御部１８を制御して相変化検出用超音波送受信部１５を動作させるモード、及び薬物放出用超音波制御部１９を制御して薬物放出用超音波送信部１６を動作させるモードを切り換えて運転する。相変化検出用超音波制御部１８を制御して相変化検出用超音波送受信部１５を動作させるモードは、相変化用超音波制御部１７を制御して相変化用超音波送信部１４を動作させるモードの直後に実行する。なお、相変化用超音波送信部１４と相変化検出用超音波送受信部１５は１つの超音波トランスデューサを共用してもよい。薬物放出用超音波送信部１６は専用の超音波トランスデューサを用いるのが好ましい。
【００４５】
相変化定量用信号処理部２０は、造影剤の相変化に伴う超音波エコー信号の強度や周波数成分などの変化を定量化するための画像処理を行えるよう構成されている。定量化には、相変化用超音波照射前の超音波エコー信号を保持するための相変化前信号記録部と相変化用超音波照射中あるいは照射後の超音波エコー信号を保持するための相変化後信号記録部を用い、各記録部に保持した信号同士の特定の周波数成分の差分を求める演算部から構成することができる。特に、相変化用超音波照射前と照射中あるいは後の相変化検出用超音波の中心周波数の偶数高調波成分同士を比較することが望ましい。
【００４６】
薬物放出用超音波送信部１６からの超音波照射は、相変化用超音波送信部１４からの超音波照射により生じた治療部位１２における相変化型超音波造影剤の相変化を相変化検出用超音波送受信部１５により検出し、造影剤が治療部位に存在することを相変化定量用信号処理部２０を用いた画像処理により確認することなしに行えないように構成することができる。例えば、装置の電源を投入し、相変化用超音波送信部１４からの超音波照射を行わない状態で薬物放出用超音波送信部１６から超音波照射を行うための動作が行われた場合、警告を出して相変化用超音波送信部１４による超音波照射を行うよう促すことができる。また、相変化用超音波送信部１４からの超音波照射を行った後、続く相変化検出用超音波送受信部１５からの超音波送受信により画像を取得し、相変化型超音波造影剤の相変化が確認された領域、すなわち造影剤の相変化に伴い所定強度以上の超音波エコー信号が得られた領域に薬物放出用超音波送信部１６から超音波照射を行うように制御してもよい。
【００４７】
本実施例の薬物放出装置は、薬物を流出することなく薬物の存在を確認でき、薬物が適切に目的部位に集積していることを確認した上で薬物の放出を行うことができる。そのため、安全な診断・治療を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の薬物キャリアーの構造を示す概念図。
【図２】本発明の薬物キャリアーの効果を試験するための実験系の構成を示す図。
【図３】本発明の薬物キャリアーの超音波照射に関する可逆性を示す試験の一例を示す図。
【図４】本発明の薬物キャリアーの超音波照射に関する可逆性を示す試験の一例を示す図。
【図５】本発明の薬物キャリアーの組成が超音波照射に関する可逆性に及ぼす効果を示す試験の一例を示す図。
【図６】本発明の薬物キャリアーの超音波照射に関する不可逆性を示す試験の一例を示す図。
【図７】本発明の薬物放出用超音波装置の一実施例の構成を示す図。
【符号の説明】
【００４９】
１ 樹脂製水
２ ３７℃に設定された脱気水
３ サンプル封入チューブ
４ サンプル
５ チューブ端固定クリップ
６ サンプル固定具
７ サンプル相変化用収束超音波発生用トランスデューサ
８ 相変化観察用超音波診断装置プローブ
９ 超音波診断装置
１０ 相変化超音波信号発生装置
１１ 増幅器
１２ 治療対象
１３ 音響カップリング材
１４ 相変化用超音波送信部
１５ 相変化検出用超音波送受信部
１６ 薬物放出用超音波送信部
１７ 相変化用超音波制御部
１８ 相変化検出用超音波制御部
１９ 薬物放出用超音波制御部
２０ 相変化定量用信号処理部
２１ 統合制御部
２２ 画像処理部
２３ 入力・表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薬剤投与対象の体温以下の沸点を有する第１の難水溶性化合物と薬剤投与対象の体温を超える沸点を有する第２の難水溶性化合物との混合物と、前記混合物中に含有される薬剤とを有し、前記混合物は両親媒性物質からなる膜に包まれていることを特徴とする薬剤キャリアー。
【請求項２】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記体温は３７℃であり、前記第１の難水溶性化合物と前記第２の難水溶性化合物のモル比が１０：９０以上８０：２０以下であることを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項３】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、超音波照射により前記第１の難水溶性化合物が気化し、前記第２の難水溶性化合物は気化した第１の難水溶性化合物の超音波吸収により二次的に気化することを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項４】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記混合物は、投与時に液体であり、ピーク強度１〜２０Ｗ／ｃｍ２の超音波パルス照射により気体となり、超音波照射を終了すると元の液体に戻ることを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項５】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記第２の難水溶性化合物は前記第１の難水溶性化合物の少なくとも１つの水素原子あるいはハロゲン原子をアルキル基あるいはハロゲン化アルキル基に置換した構造を有することを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項６】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記第２の難水溶性化合物は前記第１の難水溶性化合物の少なくとも１つのハロゲン原子を水素原子に置換した構造を有することを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項７】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記薬物は水溶性であることを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項８】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記薬物は脂溶性であることを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項９】
被検体に対して超音波を送受信する超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサを制御する制御部と、
前記超音波トランスデューサによって受信した信号から画像を生成する画像生成部とを有し、
前記制御部は、前記超音波トランスデューサをピーク強度１〜２０Ｗ／ｃｍ２の超音波パルスを照射する第１のモードと、被検体の超音波画像を取得する第２のモードと、ピーク強度１０〜１０ｋＷ／ｃｍ２の超音波パルスを照射する第３のモードで動作させることを特徴とする超音波装置。
【請求項１０】
請求項９記載の超音波装置において、複数の超音波トランスデューサを有し、前記複数の超音波トランスデューサのうちの１つは前記第３のモード専用の超音波トランスデューサであることを特徴とする超音波装置。
【請求項１１】
請求項９記載の超音波装置において、前記第１のモードの動作が行われたことを条件として前記第３のモードの動作を許容することを特徴とする超音波装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の超音波装置において、前記第１のモードの直後に前記第２のモードで取得した超音波画像中での輝度が所定以上の領域に前記第３のモードの超音波パルスを照射することを特徴とする超音波装置。
【請求項１】
薬剤投与対象の体温以下の沸点を有する第１の難水溶性化合物と薬剤投与対象の体温を超える沸点を有する第２の難水溶性化合物との混合物と、前記混合物中に含有される薬剤とを有し、前記混合物は両親媒性物質からなる膜に包まれていることを特徴とする薬剤キャリアー。
【請求項２】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記体温は３７℃であり、前記第１の難水溶性化合物と前記第２の難水溶性化合物のモル比が１０：９０以上８０：２０以下であることを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項３】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、超音波照射により前記第１の難水溶性化合物が気化し、前記第２の難水溶性化合物は気化した第１の難水溶性化合物の超音波吸収により二次的に気化することを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項４】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記混合物は、投与時に液体であり、ピーク強度１〜２０Ｗ／ｃｍ２の超音波パルス照射により気体となり、超音波照射を終了すると元の液体に戻ることを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項５】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記第２の難水溶性化合物は前記第１の難水溶性化合物の少なくとも１つの水素原子あるいはハロゲン原子をアルキル基あるいはハロゲン化アルキル基に置換した構造を有することを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項６】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記第２の難水溶性化合物は前記第１の難水溶性化合物の少なくとも１つのハロゲン原子を水素原子に置換した構造を有することを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項７】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記薬物は水溶性であることを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項８】
請求項１に記載の薬剤キャリアーにおいて、前記薬物は脂溶性であることを特徴とする薬物キャリアー。
【請求項９】
被検体に対して超音波を送受信する超音波トランスデューサと、
前記超音波トランスデューサを制御する制御部と、
前記超音波トランスデューサによって受信した信号から画像を生成する画像生成部とを有し、
前記制御部は、前記超音波トランスデューサをピーク強度１〜２０Ｗ／ｃｍ２の超音波パルスを照射する第１のモードと、被検体の超音波画像を取得する第２のモードと、ピーク強度１０〜１０ｋＷ／ｃｍ２の超音波パルスを照射する第３のモードで動作させることを特徴とする超音波装置。
【請求項１０】
請求項９記載の超音波装置において、複数の超音波トランスデューサを有し、前記複数の超音波トランスデューサのうちの１つは前記第３のモード専用の超音波トランスデューサであることを特徴とする超音波装置。
【請求項１１】
請求項９記載の超音波装置において、前記第１のモードの動作が行われたことを条件として前記第３のモードの動作を許容することを特徴とする超音波装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の超音波装置において、前記第１のモードの直後に前記第２のモードで取得した超音波画像中での輝度が所定以上の領域に前記第３のモードの超音波パルスを照射することを特徴とする超音波装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１９７４０３（Ｐ２００７−１９７４０３Ａ）
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０４９５（Ｐ２００６−２０４９５）
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、文部科学省、科学技術振興調整費による委託研究、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月９日（２００７．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３０日（２００６．１．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１７年度、文部科学省、科学技術振興調整費による委託研究、産業再生法第３０条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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