JP6967198B2 - Breath mist collection device, breath mist analysis system, breath mist collection method and breath mist analysis method - Google Patents
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Description
本発明は、血液等から肺胞を介して放出される不揮発性物質を内包する呼気ミストを捕集する呼気ミスト捕集装置、当該呼気ミスト捕集装置により捕集した呼気ミストを分析するための呼気ミスト分析システム、呼気ミスト捕集方法及び呼気ミスト分析方法からなる分析システム、すなわち、循環血液中の当該不揮発性物質を非侵襲的に採取・分析するための装置、システムに関するものである。 The present invention is for analyzing an exhaled mist collecting device that collects exhaled mist containing a non-volatile substance released from blood or the like via an alveoli, and an exhaled mist collected by the exhaled mist collecting device. It relates to an analysis system including an exhaled mist analysis system, an exhaled mist collecting method and an exhaled mist analysis method, that is, a device and a system for non-invasively collecting and analyzing the non-volatile substance in circulating blood.
治療用薬物は用法・用量が定められているが,有効血中濃度範囲が狭く毒性発現濃度が近接している薬物,患者ごとに異なる薬物代謝能や他の薬物との相互作用により血中濃度が大きく変動する薬物については,その血中有効濃度を維持するために治療薬物モニタリング (therapeutic drug monitoring, TDM ) が行われる。TDMの重要性はがん治療においても高まっている。がん治療においては、従来の抗がん剤は正常細胞にも強い毒性を持つことから、抗がん作用が最大で、かつ、副作用が致死に至らない投与量が設定され、副作用を覚悟の上での治療が行われてきた。しかし、近年、従来の抗がん剤に比べてがん細胞に特異的に作用する分子標的薬が開発され治療に供されている。しかし、分子標的薬による治療では、その血中濃度を、抗がん作用が得られる最少濃度と副作用が発現しない最大濃度の間に維持することが求められる。分子標的薬においても、その血中濃度は患者の薬物代謝能等によって変動し、分子標的薬の投与量と血中濃度の関係は患者ごとに異なる。したがって、効果的な治療を行うためにはTDMが必須となっている。このようなTDMにおいては 、従来、採血をともなう侵襲的手法によって測定試料が採取されていた。採血は患者のみならず医療関係者に対しても大きな心身的負担を強いる。また、採血は一日に何度も実施することができず、血中濃度の常時モニタリングは不可能であった。更に、TDMに供する血液試料はある程度の量が必要であり、患者自らが家庭で採血するのは不可能であった。 Although the dosage and administration of therapeutic drugs are specified, the effective blood concentration range is narrow and the toxicity onset concentration is close to each other. For drugs that fluctuate significantly, therapeutic drug monitoring (TDM) is performed to maintain their effective blood levels. The importance of TDM is also increasing in cancer treatment. In cancer treatment, conventional anti-cancer drugs are also highly toxic to normal cells, so the dose is set so that the anti-cancer effect is maximum and the side effects are not lethal, and the side effects are prepared. The treatment above has been done. However, in recent years, molecular-targeted drugs that act specifically on cancer cells as compared with conventional anticancer drugs have been developed and used for treatment. However, treatment with a molecular-targeted drug is required to maintain its blood concentration between the minimum concentration at which anticancer activity is obtained and the maximum concentration at which side effects do not occur. The blood concentration of a molecular-targeted drug also varies depending on the drug-metabolizing ability of the patient, and the relationship between the dose of the molecular-targeted drug and the blood concentration differs from patient to patient. Therefore, TDM is indispensable for effective treatment. In such a TDM, a measurement sample has been conventionally collected by an invasive method involving blood sampling. Blood sampling imposes a heavy physical and psychological burden not only on patients but also on medical personnel. In addition, blood sampling could not be performed many times a day, and continuous monitoring of blood concentration was not possible. Furthermore, a certain amount of blood sample is required for TDM, and it is impossible for the patient to collect blood at home.
このような現状において、患者及び医療関係者双方において、採血などの侵襲的手法に代わる非侵襲的手法にたいする大きな要請があった。場所や時間を選ばず医療関係でなくても実施できる非侵襲的手法による生体試料採取は、治療用薬物のみならず、有害物質による中毒の原因化合物の特定、更には麻薬・覚せい剤などの禁止薬物服用の有無確認というような分野でも切望されている。 Under these circumstances, there has been a great demand for non-invasive methods to replace invasive methods such as blood sampling for both patients and medical personnel. Biosampling by non-invasive methods that can be performed anywhere and at any time, even if it is not related to medical treatment, is prohibited not only for therapeutic drugs but also for identifying the causative compounds of poisoning by harmful substances, and for banning narcotics and stimulants. It is also eagerly awaited in fields such as confirmation of the presence or absence of drug administration.
ここで、非侵襲的手法として、呼気中に含まれる成分を分析し、被験者の状態を検査する方法が検討されている。例えば、非特許文献1には、呼気に放出される揮発性成分と健康、疾病との関係、分析試料である呼気の採取及びその成分の分析法について開示されている。
Here, as a non-invasive method, a method of analyzing the components contained in the exhaled breath and inspecting the condition of the subject is being studied. For example, Non-Patent
上述の技術は、呼気に放出される水素、一酸化炭素、一酸化窒素、揮発性有機化合物などの揮発性成分に着目したものであるが、近年、不揮発成分についても注目されている。 The above-mentioned technique focuses on volatile components such as hydrogen, carbon monoxide, nitric oxide, and volatile organic compounds released in the exhaled breath, but in recent years, non-volatile components have also been attracting attention.
血液や肺組織に含まれる不揮発性成分、例えば、治療薬、食品等に含まれ体内に取り込まれた有害化合物、ホルモンなどの生理化性物質、グルコースや脂質などの疾患の指標となる物質などは、呼吸にともなって形成される肺サーファクタントや体液からなる肺胞被覆液のミスト(呼気ミスト)に取り込まれて呼気に放出される。 Non-volatile components contained in blood and lung tissue, for example, harmful compounds contained in therapeutic drugs, foods, etc., physiological substances such as hormones, substances that are indicators of diseases such as glucose and lipids, etc. , It is taken up by the mist of alveolar coating fluid (breath mist) consisting of pulmonary surfactant and body fluid formed with respiration and released into the exhaled breath.
このような呼気ミスト中の不揮発性成分を分析するために、例えば、特許文献1には、呼気凝縮液を採取してタンパク質、生理活性因子、グルコース、有毒金属)を測定する方法及び装置が開示されている。
In order to analyze such non-volatile components in the exhaled mist, for example,
また、特許文献2には、呼気に含まれるエアロゾルをフィルタで付着、捕捉して、当該フィルタ付着したエアロゾルを分析する技術が開示されている。
Further,
しかし、特許文献1に記載の技術では、呼気凝縮液を採取する装置は大型になる傾向にあり、また、凝縮液を得るため操作が煩雑で時間を要するというような課題があった。すなわち、非侵襲的手法であるが場所や時間を選ばず誰でも実施できるという手法ではなく、実施上の制限事項が多いという問題があった。
However, in the technique described in
また、特許文献2に記載の技術は、主に禁止薬物の使用の有無を判定するためのものであり、分析対象の定量性に乏しいという問題があった。
Further, the technique described in
発明者らは、呼吸運動にともなって肺胞から排出される呼気ミストは、肺胞内に存在する肺サーファクタントの膜とそれに内包される水分から構成される微粒子の集合体であり、更に、当該微粒子に循環血液から肺胞に浸潤した非揮発性物質が含まれることに注目した。すなわち、肺サーファクタント膜と水分からなる微粒子を捕集することにより、血液から排出された非揮発性物質を効率よく集め、また濃縮できるということを見出した。これにより、治療薬物モニタリング (therapeutic drug monitoring, TDM )など、化合物・物質の血中及び組織中の濃度等をモニタリングして疾病の診断、治療に応用したり、有害物質の体内取り込み状況、更には麻薬・覚せい剤などの禁止薬物服用の有無を把握することができる。そのための手段として、呼気に排出される当該微粒子を捕捉できる吸着剤を内蔵する呼気ミスト捕集装置を完成した。また、捕集した呼気ミストに含まれる化合物・物質を精度よく測定し、定量化する方法を見出した。 The inventors have stated that the exhaled mist discharged from the alveoli during respiratory movement is an aggregate of fine particles composed of the membrane of pulmonary surfactant existing in the alveoli and the water contained therein. It was noted that the fine particles contained non-volatile substances that infiltrated the alveoli from the circulating blood. That is, they have found that by collecting fine particles composed of pulmonary surfactant membrane and water, non-volatile substances discharged from blood can be efficiently collected and concentrated. As a result, therapeutic drug monitoring (TDM), etc., monitors the concentrations of compounds / substances in the blood and tissues and applies them to the diagnosis and treatment of diseases, the state of uptake of harmful substances into the body, and further. It is possible to know whether or not a prohibited drug such as a drug or stimulant is taken. As a means for that purpose, we have completed an exhaled mist collecting device containing an adsorbent capable of capturing the fine particles discharged from the exhaled air. We also found a method for accurately measuring and quantifying compounds and substances contained in the collected exhaled breath mist.
本発明は、血液等から肺胞を介して放出される不揮発性物質を内包する呼気ミストを効率よく捕集する呼気ミスト捕集装置、当該呼気ミスト捕集装置により捕集した呼気ミストを高精度で分析するための呼気ミスト分析システム、呼気ミスト捕集方法及び呼気ミスト分析方法を提供することを目的とする。 The present invention is a breath mist collecting device that efficiently collects exhaled mist containing a non-volatile substance released from blood or the like via the alveoli, and a breath mist collected by the exhaled mist collecting device with high accuracy. It is an object of the present invention to provide a breath mist analysis system, a breath mist collection method, and a breath mist analysis method for analysis in.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、呼気成分を計測するために、血液等から肺胞及び気道を介して放出される不揮発及び難揮発性物質を内包する呼気ミストを吸着剤で捕集する呼気ミスト捕集装置であって、吸着剤を脱着可能に配置し、当該吸着剤に呼気を流通させて呼気ミストを捕集する吸着剤ユニットと、被験者の呼気を前記吸着剤ユニットに導入する呼気導入手段と、被験者の呼気量を計測する呼気量計測手段と、前記呼気量計測手段により計測された1回毎の呼気量に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断する判断手段と、を備え、前記判断手段は、被験者のクロージングキャパシティに基づいて設定した閾値に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断する、という技術的手段を用いる。
In order to achieve the above object, in the invention according to
請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の呼気ミスト捕集装置において、前記吸着剤は、発蛍光性を持つ目的成分を特異的に捕捉可能な吸着剤である、という技術的手段を用いる。
In the invention according to
請求項3に記載の発明では、呼気ミスト分析システムが、請求項1または請求項2に記載の呼気ミスト捕集装置と、前記吸着剤ユニットにおいて吸着し、捕集された呼気ミストを分析する分析装置と、被験者の肺気量分画を行い、被験者のクロージングボリュームを測定可能に構成されている肺気量分画測定装置と、を備えた、という技術的手段を用いる。
In the invention according to claim 3 , the breath mist analysis system adsorbs to the breath mist collecting device according to
請求項4に記載の発明では、請求項3に記載の呼気ミスト分析システムにおいて、前記分析装置は、蛍光発光分析装置である、という技術的手段を用いる。 In the invention according to claim 4 , in the breath mist analysis system according to claim 3 , the technical means that the analyzer is a fluorescence emission analyzer is used.
請求項5に記載の発明では、呼気ミスト捕集方法が、被験者の呼気を吸着剤に導入し、血液等から肺胞及び気道を介して放出される不揮発及び難揮発性物質を内包する呼気ミストを捕集するステップと、被験者の呼気量を計測するステップと、計測された1回毎の呼気量に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断するステップと、を備え、前記呼気ミストの捕集条件の適否を判断するステップでは、被験者のクロージングキャパシティに基づいて設定した閾値に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断する、という技術的手段を用いる。
In the invention according to
請求項6に記載の発明では、請求項5に記載の呼気ミスト捕集方法において、前記吸着剤は、発蛍光性を持つ目的成分を特異的に捕捉可能な吸着剤である、という技術的手段を用いる。
In the invention according to
請求項7に記載の発明では、呼気ミスト分析方法において、請求項6に記載の呼気ミスト捕集方法により、前記吸着剤に捕集された呼気ミストを、蛍光発光分析法により分析する、という技術的手段を用いる。
In the invention according to claim 7 , in the breath mist analysis method, the breath mist collected by the adsorbent is analyzed by the fluorescence emission analysis method by the breath mist collecting method according to
請求項1に記載の発明によれば、呼気導入手段により被験者の呼気を吸着剤ユニットに導入し、吸着剤ユニットの吸着剤により呼気ミストを捕集することができる。呼気量計測手段により被験者の呼気量を計測し、判断手段により呼気量計測手段により計測された呼気量に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断することができるので、呼気ミストを効率よく捕集することができる。 According to the first aspect of the present invention, the breath of the subject can be introduced into the adsorbent unit by the breath introducing means, and the breath mist can be collected by the adsorbent of the adsorbent unit. The exhaled volume of the subject can be measured by the exhaled breath measuring means, and the suitability of the exhaled mist collection condition can be determined based on the exhaled volume measured by the exhaled breath measuring means by the determining means, so that the exhaled mist can be efficiently used. Can be collected.
呼気ミストが呼気中に多量に放出されるためには、安静呼気位以下までの呼気を行う必要があるが、安静呼気位では末梢気道の閉塞が少ないため、末梢気道の開放に伴って放出される呼気ミストの量が少ない。呼気ミストは、呼吸の深度が大きくなるにつれて放出量が急増するが、残気量に達する呼出を繰り返すことは、被験者に多大な負荷を強いることになり望ましくない。従って、クロージングボリュームに差し掛かる呼出、つまり、クロージングキャパシティ以下の呼出を繰り返して行うことが、より多くの呼気ミストが放出されるため好ましいので、被験者のクロージングキャパシティに基づいて設定した閾値に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断することにより、より多くの呼気ミストを捕集することができる。 In order for a large amount of exhaled mist to be released during exhalation, it is necessary to exhale to a level below the resting expiratory position. The amount of exhaled mist is small. The amount of exhaled mist released increases rapidly as the depth of breathing increases, but repeated calls that reach the amount of residual air impose a heavy load on the subject, which is not desirable. Therefore, call reaches the closing volume, i.e., be performed repeatedly following call closing capacity, since preferred because more breath mist is released, the threshold value set on the basis of the closing capacity of the examiner A larger amount of exhaled mist can be collected by determining the suitability of the exhaled mist collection conditions based on the above.
請求項2に記載の発明のように、吸着剤として発蛍光性を持つ目的成分を特異的に捕捉可能な吸着剤を用いると、吸着剤表面での直接固相蛍光検出が可能な状態を作り出すオンレジン固相蛍光検出法を採用することができる。オンレジン固相蛍光検出法によれば、吸着剤に呼気を導入し、吸着剤表面に目的成分を吸着・濃縮・固定し、不要な夾雑成分を洗浄後、目的成分が吸着剤表面に吸着・固定した状態のまま、目的成分に対応する波長を持つ励起光を照射し、目的成分がする蛍光を検出することにより簡便に定量することができる。
When an adsorbent capable of specifically capturing a target component having fluorescence is used as an adsorbent as in the invention according to
請求項3に記載の発明のように、請求項1または請求項2に記載の呼気ミスト捕集装置に、分析装置と肺気量分画測定装置とを組み合わせて、呼気ミスト分析システムを構築することができる。
As in the invention of claim 3 , the breath mist collecting device according to
肺気量分画測定装置が、被験者のクロージングボリュームを測定可能に構成することにより、呼気ミストの捕集条件の適否を判断するための、被験者のクロージングキャパシティに基づいて設定した閾値を求めることができる。 Lung weight fraction measuring device, by measurably configure closing volume of a subject, for determining the appropriateness of the collecting conditions exhalation mist, to determine the threshold set on the basis of the closing capacity of the subject Can be done.
請求項4に記載の発明のように、分析装置として蛍光発光分析装置を採用することにより、目的成分を高精度で分析、定量することができる。 By adopting a fluorescence emission analyzer as the analyzer as in the invention according to claim 4, the target component can be analyzed and quantified with high accuracy.
請求項5に記載の発明によれば、被験者の呼気量を計測し、計測された呼気量に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断して呼気ミストを捕集することができるので、呼気ミストを効率よく捕集することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, the exhaled air volume of the subject can be measured, and the suitability of the exhaled breath mist collection condition can be determined based on the measured exhaled air volume to collect the exhaled mist. Exhaled mist can be collected efficiently.
被験者のクロージングキャパシティに基づいて設定した閾値に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断することにより、より多くの呼気ミストを捕集することができるので、好適である。 By determining the appropriateness of the collecting conditions exhalation mist based on the threshold value set on the basis of the closing capacity of the examiner, it is possible to collect more breath mist, which is preferable.
請求項6に記載の発明によれば、分析方法として蛍光発光分析法を採用して、オンレジン固相蛍光検出法を行うことができる。 According to the sixth aspect of the present invention, an on-resin solid phase fluorescence detection method can be performed by adopting a fluorescence emission spectrometry method as an analysis method.
請求項7に記載の発明のように、分析方法として蛍光発光分析法を採用することにより、目的成分を高精度で分析、定量することができる。 By adopting the fluorescence emission analysis method as the analysis method as in the invention according to claim 7, the target component can be analyzed and quantified with high accuracy.
(呼気ミスト分析システム)
本発明の呼気ミスト分析システムSは、図1に示すように、血液等から肺胞及び気道を介して放出される不揮発及び難揮発性物質を内包する呼気ミストを吸着剤で捕集する呼気ミスト捕集装置1と、呼気ミスト捕集装置1により捕集された呼気ミストを分析する分析装置2と、スパイログラムにより被験者の肺気量を分画する肺気量分画測定装置3と、を備えている。
(Breathing mist analysis system)
As shown in FIG. 1, the breath mist analysis system S of the present invention collects breath mist containing non-volatile and refractory substances released from blood or the like through the alveoli and respiratory tract with an adsorbent. A
本発明の呼気ミスト捕集装置は、呼気成分を計測するために、血液等から肺胞及び気道を介して放出される不揮発及び難揮発性物質を内包する呼気ミストを吸着剤で捕集する。図1及び図2に示すように、呼気ミスト捕集装置1は、被験者の呼気を吸着剤ユニット11に導入する呼気導入手段10と、吸着剤を脱着可能に配置し、吸着剤に呼気を流通させて呼気ミストを捕集する吸着剤ユニット11と、を備えている。
The breath mist collecting device of the present invention collects a breath mist containing a non-volatile and refractory substance released from blood or the like through the alveoli and the respiratory tract with an adsorbent in order to measure the breath component. As shown in FIGS. 1 and 2, the breath
また、呼気ミスト捕集装置1は、被験者の呼気量を計測する呼気量計測手段12と、呼気量計測手段12により計測された呼気量に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断する判断手段13と、を備えている。
Further, the breath
呼気導入手段10、吸着剤ユニット11及び呼気量計測手段12は、被験者側から見てこの順に並んで接続されている。
The exhaled breath introducing means 10, the
呼気導入手段10は、被験者の口元を覆うマスクや被験者が咥えて呼気するマウスピースなど呼気を漏れなく回収する呼気回収部材10aと、被験者が呼気回収部材10aを装着したまま繰り返し呼吸ができるようにする逆止弁10bと、を備えている。ここで、呼気回収部材10aの内面は、呼気ミストを漏れなく吸着剤へ導入するため疎水性であることが好ましい。
The exhaled breath introducing means 10 includes an exhaled
吸着剤ユニット11は、吸着剤Kを充填し、通気可能に構成されているメッシュ状の材料やパンチングメタルなどからなるカートリッジ11aと、カートリッジ11aを呼気導入手段10の下流に着脱可能に配置する配置部材11bと、を備えている。ここで、配置部材11bは、カートリッジ11aを着脱可能に配置できれば、その配置方法は、カートリッジ11aを挟み込む、スリットを形成してカートリッジ11aを挿入する、など各種構成を採用することができる。
The
呼気量計測手段12は、例えば、流量計からなり、被験者の呼気の流量、呼気総量の計測が可能に構成されている。また、呼吸数のカウンタを備え、呼吸数の計測が可能に構成することもできる。 The exhaled breath measuring means 12 is composed of, for example, a flow meter, and is configured to be capable of measuring the exhaled flow rate and the total exhaled volume of the subject. It can also be configured to be equipped with a respiratory rate counter so that the respiratory rate can be measured.
判断手段13は、呼気量計測手段12から送出される呼気量をあらかじめ入力された閾値と比較して、呼気ミストの捕集に良好な呼気条件であるか否かという呼気ミストの捕集条件の適否を判断する。ここで、判断手段13は、被験者が良好な呼気条件を充足するように、音声ガイダンスなどにより呼気を促す通知手段などを備えている。 The determination means 13 compares the amount of exhaled air sent from the exhaled air volume measuring means 12 with a threshold value input in advance, and determines whether or not the exhalation mist collection condition is good for the exhalation mist collection. Judge suitability. Here, the determination means 13 is provided with a notification means for encouraging exhalation by voice guidance or the like so that the subject satisfies a good exhalation condition.
呼気導入手段10と吸着剤ユニット11との間に、フィルタ、トラップ機構など、吸着剤ユニット11に導入される呼気中の水分及び夾雑物を除去する除去手段を備えた構成を採用することができる。これによれば、被験者の唾液等の液体が吸着剤に流れ込まないようにするとともに、呼気量計測手段12の感度を維持することができる。
It is possible to adopt a configuration in which the exhaled breath introducing means 10 and the
分析装置2としては、公知の蛍光発光分析装置、吸光光度分析装置、液体クロマトグラフィー質量分析装置など、測定対象に合わせた分析装置を用いることができる。本実施形態では、目的成分を高精度で分析、定量することができる蛍光発光分析装置を採用した。
As the
肺気量分画測定装置3としては、肺気量分画を行うための公知のスパイロメータ30を用いることができる。スパイロメータ30により取得されたスパイログラムに基づき、肺気量分画を行うことができる。また、併せて、窒素呼出曲線を取得するための窒素分析装置31を備える構成を採用することができる。これにより、後述するクロージングボリュームを測定することができる。
As the lung volume fraction measuring device 3, a known
(呼気ミスト)
肺の末梢構造は、終末細気管支が呼吸細気管支に分岐し、更に肺胞管、肺胞嚢へと分岐していく。肺胞の表面は、II型肺胞上皮細胞が産出する肺サーファクタントや肺胞マクロファージの細胞内液、間質の組織液から成る肺胞被覆液に覆われている。
(Breathing mist)
In the peripheral structure of the lung, the terminal bronchiole branches into the respiratory bronchiole, and further branches into the alveolar duct and the alveolar sac. The surface of the alveoli is covered with alveolar coating fluid consisting of pulmonary surfactant produced by type II alveolar epithelial cells, intracellular fluid of alveolar macrophages, and interstitial tissue fluid.
細気管支を含む末梢気道は呼気に伴い閉塞し、吸気により開くので、その開管時に肺胞被覆液や気管支線分泌物を含んだ気道被覆液が飛沫化したり、呼気吸気に伴い形成される乱流により、呼気ミストが形成される。この呼気ミストは、気道被覆液の一部がミスト状となって気道内に放出され、呼気により外部に放出されたものである。 The peripheral airways, including the bronchioles, are obstructed by exhalation and open by inspiration. The flow forms an exhaled mist. This exhaled mist is a part of the airway covering liquid that is released into the airway in the form of a mist and then released to the outside by exhalation.
肺サーファクタントは、主成分がリン酸脂質のジパルミトイルホスファチジルコリン(dipalmitoylphosphatidylcholine)である、脂質と蛋白質との混合物であり、肺胞内から空気が虚脱するのを防ぐための界面活性剤として作用する。肺サーファクタントを構成する蛋白質としては、4種類の表面活性物質関連蛋白(surfactant protein;SP)が知られている。SP-A及びSP-Dが糖蛋白、SP-B及びSP-Cが脂質親和性蛋白である。
Pulmonary surfactant is a mixture of lipid and protein whose main component is dipalmitoylphosphatidylcholine, which is a lipid phosphate, and acts as a surfactant to prevent air from collapsing from the alveoli. Four types of surface-active substance-related proteins (SP) are known as proteins constituting pulmonary surfactant. SP-A and SP-D are glycoproteins, and SP-B and SP-C are lipid-affinity proteins.
肺胞嚢は小さな肺胞の塊で、ここで外気と血液のガス交換が行われる。肺胞被覆液は、肺胞の内面を薄く覆わっており、間質膜を隔てて血液と接している。血液や肺組織に含まれる不揮発及び難揮発性物質、例えば、治療薬、食品等に含まれ体内に取り込まれた有害化合物、ホルモンなどの生理活性物質、グルコースや脂質などの生体のエネルギーなどとなる物質などは、血液から肺胞被覆液中へ移行する。 The alveoli sac is a small mass of alveoli where gas exchange with the outside air and blood takes place. The alveolar coverage thinly covers the inner surface of the alveoli and is in contact with blood across the interstitial membrane. Non-volatile and refractory substances contained in blood and lung tissue, for example, harmful compounds contained in therapeutic agents, foods, etc., bioactive substances such as hormones, energy of living organisms such as glucose and lipids, etc. Substances and the like move from the blood into the alveolar coating.
そして、不揮発及び難揮発性薬物を内包した肺胞被覆液は気管支線からの分泌成分とともに気管支被覆液となり、呼気ミストとして呼気中に放出される。この呼気ミストを吸着剤で捕集し、それに含まれる上記化合物・物質を測定することにより、それらの体内動態を把握することができる。これにより、上記化合物・物質等の血中及び組織中の濃度等をモニタリングして、治療薬物モニタリング、疾病の診断・治療への応用、有害物質の体内取り込み状況の把握、などを行うことができる。 Then, the alveolar covering solution containing the non-volatile and non-volatile drug becomes the bronchial covering solution together with the secretory components from the bronchial line, and is released into the exhaled breath as an exhaled mist. By collecting this exhaled mist with an adsorbent and measuring the above-mentioned compounds / substances contained therein, the pharmacokinetics thereof can be grasped. This makes it possible to monitor the concentrations of the above compounds / substances in blood and tissues, monitor therapeutic drugs, apply them to diagnosis / treatment of diseases, grasp the state of uptake of harmful substances into the body, and the like. ..
(肺気量分画)
呼気ミストの呼気への放出は、呼吸の深度により放出量に変化が生じる。定性的には、深い呼息時には末梢気道が閉塞し、呼吸が吸気にかわると、閉塞していた末梢気道が開放し、その際に気道上皮被覆液が飛散し、エアロゾルとなって浮遊し、呼気時に放出されるため、深呼吸の方がより多くの呼気ミストが放出される。
(Lung volume fraction)
The amount of exhaled mist released into the exhaled breath varies depending on the depth of breathing. Qualitatively, the peripheral airway is obstructed during deep exhalation, and when breathing is replaced by inspiration, the obstructed peripheral airway is opened, and at that time, the airway epithelial covering fluid is scattered and floats as an aerosol. Deep breathing releases more exhaled mist because it is released during exhalation.
図3に、スパイログラム、肺気量分画及び窒素呼出曲線を模式的に示す。肺気量は、最大に息を吸い込んだ呼吸レベルである最大吸気位、最大に息を吐き出した呼吸レベルである最大呼気位、自然に息を吸い込んだ呼吸レベルである安静吸気位及び自然に息を吐き出した呼吸レベルである安静呼気位の4つのレベルで区分される。 FIG. 3 schematically shows a spirogram, a lung volume fraction, and a nitrogen exhalation curve. Pulmonary volume is the maximum inspiratory level, which is the maximum inhaled breathing level, the maximum expiratory level, which is the maximum exhaled breathing level, the rested inspiratory level, which is the naturally inhaled breathing level, and the natural breathing. It is divided into four levels, the resting and expiratory level, which is the breathing level at which the patient exhales.
また、上記4つのレベル間の気量により、下記の気量が定義される。
・一回換気量:安静吸気位と安静呼気位との差
・予備吸気量:最大吸気位と安静吸気位との差
・予備呼気量:最大呼気位と安静呼気位との差
・肺活量:一回換気量、予備吸気量及び予備呼気量の和
・機能的残気量:予備呼気量と残気量との和
・全肺気量:肺活量と残気量との和
ここで、残気量とは、最大に呼出した後に肺に残存する空気量である。
In addition, the following air volume is defined by the air volume between the above four levels.
・ Tidal volume: difference between resting inspiratory position and resting expiratory position ・ Preliminary inspiratory volume: difference between maximum inspiratory position and resting inspiratory position ・ Preliminary expiratory volume: difference between maximum expiratory position and resting expiratory position ・ Pulmonary activity: 1 times ventilation, the sum of the pre-intake amount and pre-expiratory volume and functional residual volume: sum-total lung capacity of the preliminary expiratory volume and residual volume: where the sum of the vital capacity and the residual capacity, residual volume Is the amount of air remaining in the lungs after maximal exhalation.
通常の呼吸は、安静吸気位と安静呼気位とを往復する安静呼吸である。 Normal breathing is resting breathing that reciprocates between the resting inspiratory position and the resting expiratory position.
末梢気道が閉塞するタイミングから息を吐き切るまでに呼出した量をクロージングボリューム (closing volume, CV) という。また、残気量とクロージングボリュームとの和をクロージングキャパシティという。クロージングボリュームは、窒素呼出法等で求める。以下に、クロージングボリュームを測定するために用いる窒素呼出曲線について説明する。 The volume called from the timing of obstruction of the peripheral airway to the time of exhalation is called the closing volume (CV). The sum of the residual air volume and the closing volume is called the closing capacity. The closing volume is obtained by the nitrogen exhalation method or the like. The nitrogen exhalation curve used to measure the closing volume will be described below.
窒素呼出曲線は、気量に対する呼気中の窒素濃度で示される。まず、最大呼気位で純酸素を精一杯吸い込んで肺胞内を満たす。肺尖部と肺底部では高低差があるため、元来肺尖部の圧力は肺底部に比べ低く肺胞腔は大きい。肺底部では肺胞腔は縮小し末梢気道の閉塞率が高く、吸気に伴う酸素の充填率が高い、すなわち窒素含量が低くなる。窒素呼出曲線では、第I相で最初に気道内の純酸素が吐き出され、続く第II相で気道内に肺底部からの窒素が混合し吐き出される。第III相は肺胞気の呼出により窒素濃度の比較的一定なガスが吐き出される期間で、窒素の増加率は穏やかである。第IV相では肺底部が閉塞し始め、純酸素との置換が不充分だった肺尖部から窒素が吐き出され、窒素濃度は再上昇する。この第IV相範囲がクロージングボリュームである。 The nitrogen exhalation curve is indicated by the concentration of nitrogen in the exhaled air relative to the air volume. First, inhale as much pure oxygen as possible at the maximum exhalation position to fill the alveoli. Since there is a difference in elevation between the apex of the lung and the bottom of the lung, the pressure at the apex of the lung is originally lower than that of the bottom of the lung, and the alveolar space is large. At the bottom of the lung, the alveolar space shrinks, the peripheral airway obstruction rate is high, and the oxygen filling rate associated with inspiration is high, that is, the nitrogen content is low. In the nitrogen exhalation curve, pure oxygen in the airway is first exhaled in Phase I, and then nitrogen from the bottom of the lung is mixed and exhaled in the airway in Phase II. Phase III is the period during which a gas with a relatively constant nitrogen concentration is exhaled by the exhalation of alveolar air, and the rate of increase in nitrogen is moderate. In Phase IV, the bottom of the lung begins to occlude, nitrogen is exhaled from the apex of the lung, which has been inadequately replaced with pure oxygen, and the nitrogen concentration rises again. This phase IV range is the closing volume.
呼気ミストが呼気中に多量に放出されるためには、安静呼気位以下までの呼気を行う必要がある。安静呼気位では末梢気道の閉塞が少ないため、末梢気道の開放に伴って放出される呼気ミストの量が少ない。 In order for a large amount of exhaled mist to be released during exhalation, it is necessary to exhale to a resting exhalation level or lower. Since the peripheral airway is less obstructed in the resting expiratory position, the amount of exhaled mist released with the opening of the peripheral airway is small.
J Appl Physiol 108:584-588, 2010によれば、安静呼気位での粒子径0.30−0.40μmの粒子数が6700であるのに対し、クロージングキャパシティでの粒子数は、13000、残気量レベルでの粒子数は44000であり、呼吸の深度が大きくなるにつれて放出量が急増している。 According to J Appl Physiol 108: 584-588, 2010, the number of particles with a particle size of 0.30-0.40 μm at the resting expiratory position is 6700, while the number of particles at the closing capacity is 13000. The number of particles at the residual air volume level is 44,000, and the amount released increases rapidly as the depth of breath increases.
ここで、残気量に達する呼出を繰り返すことは、被験者に多大な負荷を強いることになり望ましくない。従って、クロージングボリュームに差し掛かる呼出を繰り返して行うことが、より多くの呼気ミストが放出されるため好ましい。 Here, it is not desirable to repeat the call to reach the residual air amount because it imposes a heavy load on the subject. Therefore, it is preferable to repeatedly call the closing volume because a larger amount of exhaled mist is released.
(呼気ミスト捕集方法)
次に、図4を参照して呼気ミスト捕集方法について説明する。
(How to collect exhaled mist)
Next, a method of collecting exhaled mist will be described with reference to FIG.
まず、ステップS1では、公知の方法により、スパイロメータ30により被験者のスパイログラムを取得し、肺気量分画を行う。また、窒素分析装置31を用いて被験者の窒素呼出曲線を取得し、クロージングボリュームを測定する。
First, in step S1, a subject's spiralogram is acquired by a
続くステップS2では、呼気ミスト捕集装置1の判断手段13に、安静吸気位、安静呼気位、クロージングボリューム及び呼気ミスト捕集のために行う呼吸回数を入力する。
In the following step S2, the resting inspiratory position, the resting expiratory position, the closing volume, and the number of breaths to be performed for the expiratory mist collection are input to the determination means 13 of the expiratory
続くステップS3では、判断手段13において、クロージングキャパシティを基準として算出した閾値Vthとして設定する。 In the following step S3, the determination means 13 sets the threshold value Vth calculated based on the closing capacity.
続くステップS4では、被験者に呼気ミスト捕集装置1を装着し、被験者は数回の安静呼吸後に、深い呼気を導入する。被験者が導入した呼気は、吸着剤ユニット11に導入され、吸着剤Kにより呼気ミストが捕集される。被験者が導入した呼気量は、呼気量計測手段12により計測され、呼気流量、呼気容量が判断手段13に送出される。
In the following step S4, the subject is equipped with the exhaled
続くステップS5では、呼気量計測手段12から送出される呼気量を閾値Vthと比較して、呼気ミストの捕集に良好な呼気条件であるか否かという捕集条件の適否を判断する。具体的には、安静吸気位または安静呼気位を基準とした呼気容量により、被験者の呼気レベルがクロージングキャパシティに到達したか否かを判断する。 In the following step S5, the amount of exhaled breath sent from the exhaled breath amount measuring means 12 is compared with the threshold value Vth, and the suitability of the collection condition of whether or not the exhalation condition is good for collecting the exhaled mist is determined. Specifically, it is determined whether or not the exhalation level of the subject has reached the closing capacity based on the expiratory capacity based on the resting inspiratory position or the resting expiratory position.
被験者の呼気レベルがクロージングキャパシティに到達した場合(ステップS5:YES)には、判断手段13が備えた通知手段が、音声などにより呼気を終了する旨を通知し、ステップS6に進む。 When the exhalation level of the subject reaches the closing capacity (step S5: YES), the notification means provided by the determination means 13 notifies by voice or the like that the exhalation is terminated, and the process proceeds to step S6.
被験者の呼気レベルがクロージングキャパシティに到達していない場合(ステップS5:NO)には、判断手段13が備えた通知手段が、音声などにより呼気を促すように通知する。 When the exhalation level of the subject has not reached the closing capacity (step S5: NO), the notification means provided by the determination means 13 notifies the subject to urge exhalation by voice or the like.
ステップS6では、判断手段13により呼吸回数をカウントする。 In step S6, the number of breaths is counted by the determination means 13.
続くステップS7では、呼吸回数が設定した呼吸回数に到達したか否かを判断する。設定した呼吸回数に到達していない場合(ステップS7:NO)には、ステップS4以下を繰り返し、設定した呼吸回数に到達した場合(ステップS7:YES)には、呼気ミストの捕集を終了する。 In the following step S7, it is determined whether or not the breathing rate has reached the set breathing rate. If the set breathing rate has not been reached (step S7: NO), step S4 or lower is repeated, and if the set breathing rate is reached (step S7: YES), the collection of exhaled mist is terminated. ..
ここで、クロージングボリュームに差し掛かる呼出は、健常者であれば肺活量の10%程度であり、最大呼気位から肺活量の10%分呼気が少ないレベルをクロージングキャパシティの代表値として用いてもよい。更に簡易的には、身長、年齢、性別などから概算した肺活量に基づいて設定することもできる。 Here, the exhalation approaching the closing volume is about 10% of the vital capacity in a healthy person, and a level at which the exhalation is less by 10% of the vital capacity from the maximum expiratory position may be used as a representative value of the closing capacity. More simply, it can be set based on the vital capacity estimated from height, age, gender and the like.
(吸着剤)
呼気ミストは、表面疎水性の逆ミセルと考えられる。吸着剤は、このような呼気ミストを十分に捕捉できれば、各種吸着剤を用いることができるが、本実施形態では、吸着剤として、図5に示すような、グリシジルメタクリレート (GMA) とジビニルベンゼン(DVB) を懸濁重合して得られたポリマーのグリシジル基を硫酸で加水分解したBG15を用いた。この吸着剤の設計思想は、開環ジオール基に由来する親水部とベンゼン環に由来する疎水部が適度に分布することで、疎水部吸着後のミスト表面のミセル崩壊による水滴の離脱を防ぐことにある。本発明に供される吸着剤はGMAとDVBの共重合体に限定されることはなく、例えば、DVBの代わりにエチレングリコールジメチルアクリレート(EGDM)を架橋剤としてGMAとの比率を上記設計思想によって調整した共重合体などが例示される。この設計思想による吸着剤には呼気ミストが捕捉されるので、それに内包されている、疎水性、親水性を問わず、あらゆる薬物が捕捉される。
(Adsorbent)
The exhaled mist is considered to be a surface hydrophobic reverse micelle. As the adsorbent, various adsorbents can be used as long as they can sufficiently capture such exhaled mist, but in the present embodiment, the adsorbents are glycidyl methacrylate (GMA) and divinylbenzene (GMA) as shown in FIG. BG15 was used in which the glycidyl group of the polymer obtained by suspension polymerization of DVB) was hydrolyzed with sulfuric acid. The design concept of this adsorbent is to prevent the detachment of water droplets due to the disintegration of micelles on the mist surface after adsorption of the hydrophobic part by appropriately distributing the hydrophilic part derived from the ring-opening diol group and the hydrophobic part derived from the benzene ring. It is in. The adsorbent used in the present invention is not limited to the copolymer of GMA and DVB. For example, ethylene glycol dimethyl acrylate (EGDM) is used as a cross-linking agent instead of DVB, and the ratio with GMA is determined by the above design concept. Examples thereof include a prepared copolymer. Since the exhaled mist is trapped in the adsorbent according to this design concept, all the drugs contained therein are trapped regardless of whether they are hydrophobic or hydrophilic.
(呼気ミスト分析方法)
呼気ミストを捕集した吸着剤ユニット11は、呼気ミスト捕集装置1から取り外し、分析に供される。分析装置2としては、蛍光発光分析装置、吸光光度分析装置、液体クロマトグラフィー/質量分析装置など、測定対象に合わせた分析装置を用いることができる。
(Breathing mist analysis method)
The
蛍光発光分析方法として、オンレジン固相蛍光検出法を採用することができる。オンレジン固相蛍光検出法とは、発蛍光性を持つ目的成分を特異的に捕捉可能な吸着剤を使用した場合、吸着剤が充填されたカートリッジ上にはマトリクスが殆ど存在しなくなり、吸着剤表面での直接固相蛍光検出が可能な状態を作り出す検出法である(A.Yamamoto, et al., Anal.Methods, 2013, 5, 773-777.)。本検出法によれば、目的成分が少量の固相抽出剤表面に濃縮されることで高感度化が達成される。 As the fluorescence emission analysis method, an on-resin solid phase fluorescence detection method can be adopted. In the on-resin solid-phase fluorescence detection method, when an adsorbent capable of specifically capturing the target component having fluorescence is used, the matrix is hardly present on the cartridge filled with the adsorbent, and the surface of the adsorbent is eliminated. It is a detection method that creates a state in which direct solid-phase fluorescence can be detected in (A. Yamamoto, et al., Anal.Methods, 2013, 5, 773-777.). According to this detection method, high sensitivity is achieved by concentrating the target component on the surface of a small amount of solid-phase extractant.
本発明法は呼気ミストを捕捉するものであるが、呼気ミストを捕捉する吸着剤に分析対象の薬物への選択性を付与することもできる。このような吸着剤を用いることにより、直接オンレジン固相蛍光検出法に用いることができる。例えば、BG15をベースゲルに測定対象の成分を特異吸着する官能基を導入した吸着剤を作製し、呼気を吸着した吸着剤をそのまま供することもできる。当該吸着剤に呼気を導入し、吸着剤表面に目的成分を吸着・濃縮・固定し、不要な夾雑成分をアセトニトリルや家庭の場合は薬用エタノールで洗浄後、目的成分が吸着剤表面に吸着・固定した状態のまま、目的成分に対応する波長を持つ励起光を照射し、目的成分がする蛍光を検出することにより簡便に定量することができる。 Although the method of the present invention captures the breath mist, it is also possible to impart selectivity to the drug to be analyzed to the adsorbent that captures the breath mist. By using such an adsorbent, it can be directly used in the on-resin solid phase fluorescence detection method. For example, an adsorbent in which a functional group that specifically adsorbs a component to be measured is introduced into a base gel using BG15 can be prepared, and the adsorbent that has adsorbed exhaled breath can be used as it is. Introduce exhaled air into the adsorbent, adsorb, concentrate and fix the target component on the surface of the adsorbent, wash unnecessary contaminants with acetonitrile or medicated ethanol in the case of home, and then adsorb and fix the target component on the surface of the adsorbent. It can be easily quantified by irradiating the excitation light having a wavelength corresponding to the target component in the same state and detecting the fluorescence produced by the target component.
オンレジン固相蛍光検出法の装置は小型化、可搬型の設計が容易であり、このような装置を用いれば場所を選ばない分析、すなわちオンサイトあるいはベッドサイトの分析が可能となる。更に、この装置にデータ送信機能を付与する、あるいはデータ送信用端末に接続することにより、例えば、治療用薬剤服用中の患者自身またはその介護者が家庭等で呼気ミスト捕集と薬剤の定量を行い、そのデータを主治医等に自動送信することも可能である。また、医療機関において、医師等が本法でベッドサイトモニタリングを実施することも可能である。 The on-resin solid-phase fluorescence detection method device is easy to miniaturize and portable design, and such a device enables analysis anywhere, that is, on-site or bed-site analysis. Furthermore, by adding a data transmission function to this device or connecting to a data transmission terminal, for example, the patient himself or her caregiver taking a therapeutic drug can collect exhaled mist and quantify the drug at home or the like. It is also possible to do this and automatically send the data to the attending physician. It is also possible for doctors and others to carry out bed site monitoring in this method at medical institutions.
呼気ミスト分析システムSでは、分析装置2において検量線による定量値演算機能を持つことが好ましい。この場合、あらかじめ濃度既知の定量対象物を測定して内部標準となる検量線を演算させる方法がある。また定量対象物質が下限量と上限量の間にあることを確認することで目的が達成される場合は、下限量と上限量の標準品の定量値のみを入力しておくことで対応することも可能である。
In the breath mist analysis system S, it is preferable that the
呼気ミストの発生量は肺からの排気量によって変動する。この変動を補正するには、同時に無機イオン種やSP-Dのようなレファレンスとなりうる物質量を測定し、これに対する薬物量比を血中濃度に換算するという手法が可能である。これらレファレンスの測定には、薬物測定と同様に、蛍光発光分析装置、吸光光度分析装置、液体クロマトグラフィー/質量分析装置などを用いることができる。さらに、抗原抗体反応、酵素反応などを用いる測定法や化学分析法の利用も可能である。また、治療用薬物に呼気で定量可能で無作用な物質を一定比率で含ませて置き、あるいは、それを同時投与し、上記のレファレンスとすることもできる。これらはレファレンスの測定機能を一般家庭用のオンサイト装置に付与することもできるが、可搬・小型を優先させて呼気排気量あたりの薬物量で対応するのが現実的である。呼気排気量あたりの薬物量で判断する場合は呼気ミスト捕集時の呼吸法を標準化するのが好ましい。 The amount of exhaled mist generated varies depending on the amount of exhaust from the lungs. In order to correct this fluctuation, it is possible to measure the amount of substances that can be references such as inorganic ion species and SP-D at the same time, and convert the drug amount ratio to this into the blood concentration. Similar to the drug measurement, a fluorescence emission spectrometer, an absorptiometry analyzer, a liquid chromatography / mass spectrometer, or the like can be used for the measurement of these references. Further, it is also possible to use a measurement method or a chemical analysis method using an antigen-antibody reaction, an enzyme reaction, or the like. Further, the therapeutic drug may be contained in a fixed ratio of a substance that can be quantified by exhalation and has no effect, or it may be co-administered to obtain the above reference. Although it is possible to add a reference measurement function to an on-site device for general households, it is realistic to prioritize portability and small size and respond with the amount of drug per expiratory exhaust volume. When judging by the amount of drug per exhaled breath, it is preferable to standardize the breathing method at the time of collecting exhaled mist.
この方法の特徴は呼気に放出される不揮発及び難揮発性の成分を短時間かつ簡便に捕集できることである。また、この手法は測定対象物ではなく、それを含む呼気ミストを捕捉するものであり、複数の体液成分を測定する場合でも一種類の呼気ミスト吸着剤で実施可能である。 The feature of this method is that the non-volatile and non-volatile components released in the exhaled breath can be easily collected in a short time. Further, this method captures the breath mist containing the measurement target, not the object to be measured, and even when measuring a plurality of body fluid components, it can be carried out with one kind of breath mist adsorbent.
(変更例)
閾値Vthとして、安静呼気位以下クロージングキャパシティ以上の値を採用することもできる。
(Change example)
As the threshold value Vth, a value equal to or lower than the resting expiratory position and greater than or equal to the closing capacity can be adopted.
(実施形態の効果)
本発明の呼気ミスト捕集装置1及び呼気ミスト捕集方法によれば、呼気導入手段10により被験者の呼気を吸着剤ユニット11に導入し、吸着剤ユニット11の吸着剤Kにより呼気ミストを捕集することができる。呼気量計測手段12により被験者の呼気量を計測し、判断手段13により呼気量計測手段12により計測された呼気量に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断することで、呼気ミストを効率よく捕集することができる。
また、呼気ミスト分析システムS及び呼気ミスト分析方法によれば、捕集した呼気ミスト中の目的成分を高精度で分析、定量することができ、治療薬物モニタリングなどに用いることができる。
(Effect of embodiment)
According to the breath
Further, according to the breath mist analysis system S and the breath mist analysis method, the target component in the collected breath mist can be analyzed and quantified with high accuracy, and can be used for therapeutic drug monitoring and the like.
(実施例1)
(1)吸着剤の合成
吸着剤としては、BG15を用いた。吸着剤のベースゲルは、懸濁重合法で合成した。まず、セパラブルフラスコにモノマー及び架橋剤を溶かした有機溶媒と水を加え二相となす。水層には得られた油滴の合一を防ぐために界面活性剤が、油層には樹脂の表面積を広くするための希釈剤や重合開始剤も含まれている。なお、本実施例では懸濁重合法を用いたが、吸着剤の合成法は懸濁重合法に限定されず、例えば、直接膜乳化法なども利用できる。直接膜乳化法は、重合用モノマーを含む油層を数μmの孔径を持つフィルターを通じて水層に直接分散させていく方法である。
(Example 1)
(1) Synthetic adsorbent BG15 was used as the adsorbent. The base gel of the adsorbent was synthesized by the suspension polymerization method. First, an organic solvent in which a monomer and a cross-linking agent are dissolved and water are added to a separable flask to form a two-phase flask. The aqueous layer contains a surfactant to prevent coalescence of the obtained oil droplets, and the oil layer also contains a diluent and a polymerization initiator to increase the surface area of the resin. Although the suspension polymerization method was used in this example, the method for synthesizing the adsorbent is not limited to the suspension polymerization method, and for example, a direct membrane emulsification method can also be used. The direct membrane emulsification method is a method in which an oil layer containing a polymerization monomer is directly dispersed in an aqueous layer through a filter having a pore size of several μm.
次に、液を撹拌し、o/w型の油滴を水槽中に懸濁させる。油滴径が安定した後、重合を開始する。1℃/min以下でゆっくり加温し、70-80℃で反応層温度が一定となったら、この温度で半日以上反応を継続する。出来上がった樹脂は、ソックスレー等で充分洗浄後、呼気採取に必要な粒径0.5-1.0 mm程度の吸着剤を得るために分球した。なお、直接膜乳化法により、粒径が整った樹脂を合成することもできる。 Next, the liquid is stirred and o / w type oil droplets are suspended in a water tank. After the oil droplet diameter stabilizes, polymerization starts. Warm slowly at 1 ° C / min or less, and when the reaction layer temperature becomes constant at 70-80 ° C, continue the reaction at this temperature for more than half a day. The finished resin was thoroughly washed with Soxhlet or the like, and then spheroidized to obtain an adsorbent having a particle size of about 0.5-1.0 mm required for exhaled breath collection. It is also possible to synthesize a resin having a uniform particle size by the direct membrane emulsification method.
(2)呼気-血液薬物濃度相関実験
呼気ミストから検出された薬物濃度と血液中の薬物濃度との関係を調べた。被験者は実験当日の朝に抗アレルギー薬として花粉症患者に投与される薬物であるフェキソフェナジンの60 mgの錠剤一錠を服用し、2時間おきに血液とともに呼気を採取した。
(2) Breath-blood drug concentration correlation experiment The relationship between the drug concentration detected in the breath mist and the drug concentration in the blood was investigated. Subjects took one 60 mg tablet of fexofenadine, a drug administered to hay fever patients as an antiallergic drug on the morning of the experiment, and exhaled breath was collected with blood every two hours.
呼気ミストの捕集では、セルサイズが φ30×10 mmの吸着剤パッケージに粒径0.5-1.0 mmのものを1 g充填して使用した。圧損による呼吸困難もなく、通常での呼気採取が可能であった。呼気は安静呼吸で10 L採取した。 For the collection of exhaled mist, an adsorbent package having a cell size of φ30 × 10 mm was filled with 1 g of an adsorbent package having a particle size of 0.5-1.0 mm. There was no dyspnea due to pressure loss, and it was possible to collect exhaled breath normally. For exhaled breath, 10 L was collected by resting breathing.
呼気を捕集した吸着剤はメタノール20 mLで溶出し、水0.1 mLに転溶して検液を作製し、LC-ESI+-MS測定(m/z = 502、検出限界 10 pg/mL)に供した。 The adsorbent that collected the exhaled breath was eluted with 20 mL of methanol and dissolved in 0.1 mL of water to prepare a test solution, and LC-ESI + -MS measurement (m / z = 502, detection limit 10 pg / mL). It was offered to.
血液測定は、PBSで3倍に希釈し、遠心分離で血漿とした後、LC-UV測定に供した。フェキソフェナジン(FF)は、ベンゼン環を持つだけで特徴的な吸収スペクトルは有していないのでUV 220 nmでの検出を行った。 Blood was measured by diluting it 3-fold with PBS, centrifuging it into plasma, and then subjecting it to LC-UV measurement. Since fexofenadine (FF) has only a benzene ring and does not have a characteristic absorption spectrum, it was detected at UV 220 nm.
測定結果を図6に示す。図6では、希釈にギ酸を使った全FF血漿値を示した。呼気ミストと血中濃度の比較では、両者極めて良好な相似を示し、呼気ミストの捕集、分析により薬物の血中濃度を把握することができることが示された。 The measurement results are shown in FIG. FIG. 6 shows total FF plasma values using formic acid for dilution. A comparison of the breath mist and the blood concentration showed extremely good similarity between them, and it was shown that the blood concentration of the drug can be grasped by collecting and analyzing the breath mist.
(実施例2)分子標的治療薬の吸着剤
本実施例では、肺がんの治療薬であるゲフィチニブについて、血中濃度をサロゲートマーカーとして個々の患者に合った最適な投与量を決定するTDMを簡易的に行うベッドサイドモニタリングを実現するための吸着剤を作製した。吸着剤表面に捕集した分子標的治療薬を、オンレジン装置で定量することで、分子標的治療薬の血中濃度が有効濃度に達していることを確認し、さらに、飲み忘れなどによる薬効喪失を防ぐことができる。オンレジン装置を用いるのでベッドサイドモニタリングが可能となる。
(Example 2) Adsorbent for molecular-targeted therapeutic agent In this example, for gefitinib, which is a therapeutic agent for lung cancer, TDM is simplified to determine the optimum dose for each patient using the blood concentration as a surrogate marker. An adsorbent was prepared to realize bedside monitoring. By quantifying the molecular-targeted therapeutic agent collected on the surface of the adsorbent with an on-resin device, it is confirmed that the blood concentration of the molecular-targeted therapeutic agent has reached the effective concentration, and further, the drug efficacy is lost due to forgetting to take. Can be prevented. Bedside monitoring is possible because an on-resin device is used.
ゲフィチニブの吸着選択性を評価する目的で、チオ尿素基の隣に共役平面構造を有するナフチル基と、嵩高いシクロヘキシル基を導入した二種類の吸着剤を合成した。図7にその反応スキームを示す。用いたベースゲルは、官能基モノマーGMAと架橋剤エチレングリコールジメタクリレート (EGMA) の割合が30:70のポリマーで、BG15に比べると親水性樹脂である。このグリシジル基をアンモニアで開環してアミノエタノール構造とした。ナフチルイソチオシアネートとシクロヘキシルイソチオシアネートをそれぞれアミノ基を介して導入し、Na-ITCとCH-ITC吸着剤を合成した。予備試験で、これらの吸着剤に銀を担持させることによりゲフィチニブを補足できることを確認した。そこで銀担持ITC吸着剤を使ってゲフィチニブの捕捉特性を評価した。 For the purpose of evaluating the adsorption selectivity of gefitinib, two types of adsorbents were synthesized, one having a naphthyl group having a conjugated planar structure next to the thiourea group and the other having a bulky cyclohexyl group introduced. FIG. 7 shows the reaction scheme. The base gel used was a polymer in which the ratio of the functional group monomer GMA to the cross-linking agent ethylene glycol dimethacrylate (EGMA) was 30:70, and it was a hydrophilic resin compared to BG15. This glycidyl group was ring-opened with ammonia to form an aminoethanol structure. Naftyl isothiocyanate and cyclohexyl isothiocyanate were introduced via amino groups, respectively, to synthesize Na-ITC and CH-ITC adsorbents. Preliminary tests have confirmed that gefitinib can be supplemented by supporting silver on these adsorbents. Therefore, the capture characteristics of gefitinib were evaluated using a silver-supported ITC adsorbent.
二種類の吸着剤での銀担持の有無、合わせて4種類の50 mg充填カートリッジにおけるゲフィチニブのアセトニトリル溶液での挙動を調べた。銀担持Na-ITC吸着剤がアセトニトリル中のゲフィチニブをほぼ定量的に捕捉し、メタノールで脱着できることがわかった。この吸着剤は、呼気エアロゾルを捕捉後、水洗浄、次いでアセトニトリル洗浄することで、オンレジン装置による固相蛍光分析に供すること可能であった。以上のように、ゲフィチニブのオンレジン固相蛍光検出法に好適な吸着剤を得ることができた。 The presence or absence of silver support on two types of adsorbents and the behavior of gefitinib in an acetonitrile solution in a total of four types of 50 mg-filled cartridges were investigated. It was found that the silver-supported Na-ITC adsorbent captures gefitinib in acetonitrile almost quantitatively and can be desorbed with methanol. This adsorbent could be subjected to solid-phase fluorescence analysis by an on-resin apparatus by capturing the exhaled aerosol, washing it with water, and then washing it with acetonitrile. As described above, an adsorbent suitable for the on-resin solid-phase fluorescence detection method of gefitinib could be obtained.
1…呼気ミスト捕集装置
2…分析装置
3…肺気量分画測定装置
10…呼気導入手段
10a…呼気回収部材
10b…逆止弁
11…吸着剤ユニット
11a…カートリッジ
11b…配置部材
12…呼気量計測手段
13…判断手段
30…スパイロメータ
31…窒素分析装置
K…吸着剤
S…呼気ミスト分析システム
1 ... Breath
Claims (7)
吸着剤を脱着可能に配置し、当該吸着剤に呼気を流通させて呼気ミストを捕集する吸着剤ユニットと、
被験者の呼気を前記吸着剤ユニットに導入する呼気導入手段と、
被験者の呼気量を計測する呼気量計測手段と、
前記呼気量計測手段により計測された1回毎の呼気量に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断する判断手段と、
を備え、
前記判断手段は、被験者のクロージングキャパシティに基づいて設定した閾値に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断することを特徴とする呼気ミスト捕集装置。 An exhaled mist collecting device that collects exhaled mist containing non-volatile and refractory substances released from blood or the like through the alveoli and respiratory tract with an adsorbent in order to measure the expiratory component.
An adsorbent unit that collects exhaled mist by arranging the adsorbent in a removable manner and circulating exhaled air through the adsorbent.
An exhaled breath introducing means for introducing the exhaled breath of the subject into the adsorbent unit,
An exhalation volume measuring means for measuring the exhalation volume of a subject,
Determination means for determining the appropriateness of the collecting conditions exhalation mist based on the expiration of each time measured by said expiratory volume measuring means,
Equipped with
The determination means is an exhaled mist collecting device, which determines the suitability of an exhaled mist collecting condition based on a threshold value set based on the closing capacity of a subject.
前記吸着剤ユニットにおいて吸着し、捕集された呼気ミストを分析する分析装置と、
被験者の肺気量分画を行い、被験者のクロージングボリュームを測定可能に構成されている肺気量分画測定装置と、
を備えたことを特徴とする呼気ミスト分析システム。 The exhaled mist collecting device according to claim 1 or 2,
An analyzer that adsorbs in the adsorbent unit and analyzes the collected exhaled mist,
A lung volume fraction measuring device configured to perform subject's lung volume fractionation and measure the subject's closing volume,
Breath mist analysis system characterized by being equipped with.
被験者の呼気量を計測するステップと、
計測された1回毎の呼気量に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断するステップと、を備え、
前記呼気ミストの捕集条件の適否を判断するステップでは、被験者のクロージングキャパシティに基づいて設定した閾値に基づいて呼気ミストの捕集条件の適否を判断することを特徴とする呼気ミスト捕集方法。 A step of introducing the exhaled breath of the subject into an adsorbent and collecting the exhaled mist containing non-volatile and refractory substances released from blood or the like through the alveoli and the respiratory tract.
Steps to measure the exhaled volume of the subject,
A step of determining the suitability of the exhaled mist collection condition based on the measured exhaled volume each time is provided.
In the step of determining the suitability of the breath mist collection condition, the breath mist collection method is characterized in that the suitability of the breath mist collection condition is determined based on a threshold value set based on the closing capacity of the subject. ..
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