JP7619787B2 - Cell killing agents, disinfecting compositions and methods for physically destroying target cells in vitro - Google Patents
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Description
本発明は、細胞殺傷剤、殺菌用組成物及びインビトロで標的細胞を物理的に破壊させる方法に関する。
The present invention relates to cell killing agents , germicidal compositions and methods for physically destroying target cells in vitro.
従来のがんの治療法は、化学療法が一般的である。化学療法では、抗がん剤を分裂し増殖しているがん細胞に作用させるため、分裂の速い正常細胞にも影響を与え、吐き気や脱毛、白血球減少等の副作用を引き起こしやすい。 Chemotherapy is the most common conventional cancer treatment. In chemotherapy, anticancer drugs are administered to cancer cells that are dividing and proliferating, but they also affect fast-dividing normal cells, which can easily cause side effects such as nausea, hair loss, and a decrease in white blood cells.
また、感染症の治療には、病原性細菌やウイルスに対する抗生剤や抗ウイルス薬が使用される。しかしながら、これら病原性細菌やウイルスでは遺伝子変異の頻度が高く、薬剤耐性を有するものが発生することで、抗生剤や抗ウイルス薬の有効性が失われる虞がある。 In addition, antibiotics and antiviral drugs are used to treat infectious diseases against pathogenic bacteria and viruses. However, genetic mutations occur frequently in these pathogenic bacteria and viruses, and there is a risk that antibiotics and antiviral drugs will lose their effectiveness if drug-resistant strains emerge.
上記のような薬剤を用いた治療法の代替法として、光触媒を用いた治療法が検討されている。例えば、特許文献1には、酸化チタン粒子と、該酸化チタン粒子の表面に各種官能基を介して結合されたノニオン性水溶性高分子と、を含む抗腫瘍剤が開示されている。特許文献1は、該抗腫瘍剤をがん患者に投与後、該抗腫瘍剤に超音波あるいは紫外線を照射することで、酸化チタン粒子が活性化してラジカル種を発生させ、生じたラジカル種がん細胞を殺傷する、というメカニズムを提唱している。 As an alternative to the above-mentioned drug-based treatments, photocatalytic treatments are being considered. For example, Patent Document 1 discloses an antitumor agent that contains titanium oxide particles and a nonionic water-soluble polymer bound to the surface of the titanium oxide particles via various functional groups. Patent Document 1 proposes a mechanism in which the titanium oxide particles are activated to generate radical species by irradiating the antitumor agent with ultrasound or ultraviolet light after administration to a cancer patient, and the generated radical species kill cancer cells.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、副作用や薬剤耐性菌の出現が抑制され、且つ、より効果的且つ効率的にがん細胞や各種病原性細菌を殺傷できる細胞殺傷剤を提供する。また、前記細胞殺傷剤を用いた、医薬組成物、サプリメント組成物、殺菌用組成物及びインビトロで標的細胞を物理的に破壊させる方法を提供する。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and provides a cell killing agent that suppresses side effects and the emergence of drug-resistant bacteria, and can more effectively and efficiently kill cancer cells and various pathogenic bacteria. It also provides a pharmaceutical composition, a supplement composition, a sterilization composition, and a method for physically destroying target cells in vitro, which use the cell killing agent.
すなわち、本発明は、以下の態様を含む。
(1) 光触媒である粒子と、
前記粒子の表面に設けられ、標的細胞を特異的に認識する物質と、
前記粒子の表面に設けられ、前記標的細胞に対する細胞透過性を有する修飾物質と、を有し、
前記粒子は、化合物半導体で構成され、
前記化合物半導体は、第1の半導体と第2の半導体とを含み、
前記粒子は、前記第1の半導体と前記第2の半導体のいずれか一方をコア、他方をシェルとするコアシェル構造を有し、
前記粒子のバンド構造は、タイプII型であり、
前記第1の半導体の価電子帯における最高エネルギー準位が、水の酸化電位よりも正であり、
前記第2の半導体の導電帯における最低エネルギー準位が水の還元電位よりも負である、細胞殺傷剤。
(2) 前記粒子の表面において前記コアの一部が露出している、(1)に記載の細胞殺傷剤。
(3) 前記化合物半導体が、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物、II-VI族半導体、及びIII-V族半導体からなる群より選ばれる少なくとも1種以上である、(1)又は(2)に記載の細胞殺傷剤。
(4) 前記第1の半導体の光吸収端が700nm以上1000nm以下である、(1)~(3)のいずれか一つに記載の細胞殺傷剤。
(5) 前記粒子の平均粒子径が1nm超1000nm以下である、(1)~(4)のいずれか一つに記載の細胞殺傷剤。
(6) 前記粒子のコアの平均粒子径が1nm以上20nm以下である、(1)~(5)のいずれか一つに記載の細胞殺傷剤。
(7) (1)~(6)のいずれか一つに記載の細胞殺傷剤を含む、殺菌用組成物。
(8) インビトロで標的細胞を物理的に破壊させる方法であって、
(1)~(6)のいずれか一つに記載の細胞殺傷剤と、標的細胞と、を接触させて、前記細胞殺傷剤を前記標的細胞の細胞内に取り込ませることと、
前記細胞殺傷剤が取り込まれた前記標的細胞に光を照射して、前記光のエネルギーにより前記細胞殺傷剤に含まれる光触媒が、前記標的細胞の細胞内に含まれる水を分解し、水素及び酸素を発生させた後、前記水素及び前記酸素により前記標的細胞を膨張させて、物理的に破壊することと、
を含む方法。
(9) 前記標的細胞が病原性細菌である、(8)に記載の方法。
That is, the present invention includes the following aspects.
(1) Particles that are photocatalysts;
A substance provided on the surface of the particle that specifically recognizes a target cell;
A modifying substance provided on the surface of the particle and having cell permeability to the target cell,
the particles are made of a compound semiconductor;
the compound semiconductor includes a first semiconductor and a second semiconductor;
the particle has a core-shell structure in which one of the first semiconductor and the second semiconductor is a core and the other is a shell,
The band structure of the grain is type II,
the highest energy level in the valence band of the first semiconductor is more positive than the oxidation potential of water;
A cell-killing agent, wherein the lowest energy level in the conduction band of said second semiconductor is more negative than the reduction potential of water.
(2) The cell-killing agent according to (1), wherein a portion of the core is exposed at the surface of the particle.
(3) The cell killing agent according to (1) or (2), wherein the compound semiconductor is at least one selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides, metal carbonitrides, II-VI group semiconductors, and III-V group semiconductors.
(4) The cell killing agent according to any one of (1) to (3), wherein the optical absorption edge of the first semiconductor is 700 nm or more and 1000 nm or less.
(5) The cell killing agent according to any one of (1) to (4), wherein the average particle size of the particles is more than 1 nm and not more than 1000 nm.
(6) The cell killing agent according to any one of (1) to (5), wherein the average particle diameter of the core of the particle is 1 nm or more and 20 nm or less.
( 7 ) A sterilizing composition comprising the cell killing agent according to any one of (1) to (6).
( 8 ) A method for physically destroying target cells in vitro, comprising:
Contacting a target cell with the cell killing agent according to any one of (1) to (6) above, and allowing the cell killing agent to be incorporated into the target cell;
Irradiating the target cells into which the cytotoxic agent has been taken with light, causing a photocatalyst contained in the cytotoxic agent to decompose water contained within the target cells by the energy of the light, generate hydrogen and oxygen, and then expanding the target cells with the hydrogen and oxygen, thereby physically destroying them;
The method includes:
( 9 ) The method according to ( 8 ), wherein the target cell is a pathogenic bacterium.
上記態様の細胞殺傷剤によれば、副作用や薬剤耐性菌の出現が抑制され、且つ、より効果的且つ効率的にがん細胞や各種病原性細菌を殺傷できる細胞殺傷剤を提供することができる。 The cell killing agent of the above embodiment can suppress side effects and the emergence of drug-resistant bacteria, and can provide a cell killing agent that can kill cancer cells and various pathogenic bacteria more effectively and efficiently.
本発明の一実施形態(以下、「本実施形態」と略記する)に係る細胞殺傷剤、医薬組成物、サプリメント組成物、殺菌用組成物及びインビトロで標的細胞を物理的に破壊させる方法について、以下に詳細を説明する。 The cell killing agent, pharmaceutical composition, supplement composition, sterilizing composition, and method for physically destroying target cells in vitro according to one embodiment of the present invention (hereinafter abbreviated as "this embodiment") are described in detail below.
<細胞殺傷剤>
本実施形態の細胞殺傷剤は、光触媒である粒子を有効成分として含有する。
<Cell Killing Agents>
The cell killing agent of the present embodiment contains photocatalyst particles as an active ingredient.
本明細書において、「有効成分として含有する」とは、治療的に有効量の光触媒を含有することを意味する。ここでいう「治療的に有効な量」とは、望ましい治療措置に従って投与したときに、医師、臨床医、獣医、研究者、又は他の適切な専門家が求める生物学的、医学的効果若しくは応答を誘発する光触媒の量、又は光触媒及び1種類以上の活性剤の組み合わせの量を意味する。好ましい治療的に有効な量は対象となる疾患の症状を改善する量である。また、「治療的に有効な量」には、予防に有効な量、すなわち、疾患状態の予防に適する量が包含される。 As used herein, "containing as an active ingredient" means containing a therapeutically effective amount of photocatalyst. As used herein, "therapeutically effective amount" means an amount of photocatalyst, or an amount of a combination of photocatalyst and one or more active agents, that, when administered in accordance with a desired therapeutic regimen, induces the biological or medical effect or response desired by a physician, clinician, veterinarian, researcher, or other appropriate professional. A preferred therapeutically effective amount is an amount that ameliorates the symptoms of the disease of interest. A "therapeutically effective amount" also includes a prophylactically effective amount, i.e., an amount suitable for preventing a disease state.
粒子は、化合物半導体で構成されている。ここでいう、「化合物半導体」とは、2種以上の元素が結合してなる半導体を意味する。 The particles are composed of a compound semiconductor. In this context, "compound semiconductor" means a semiconductor formed by combining two or more elements.
粒子のバンド構造は、タイプII型である。
タイプII型のバンド構造は、光吸収により生成された電子の存在確率が高くなるような準位に位置する導電帯を有する化合物半導体である第2の半導体と、光吸収により生成された正孔の存在確率が高くなる準位に位置する価電子帯を有する化合物半導体である第1の半導体と、からなる。本実施形態において、粒子を構成する化合物半導体は、上記第1の半導体と上記第2の半導体を含む。光吸収により生成された電子と正孔とが異なる半導体間に分離されることでキャリア寿命が長くなる。すなわち、粒子のバンド構造がタイプII型であることで、光触媒の活性を高めることができる。
The band structure of the particles is type II.
The type II band structure is composed of a second semiconductor, which is a compound semiconductor having a conduction band located at a level where the probability of electrons generated by light absorption is high, and a first semiconductor, which is a compound semiconductor having a valence band located at a level where the probability of holes generated by light absorption is high. In this embodiment, the compound semiconductor constituting the particle includes the first semiconductor and the second semiconductor. The electrons and holes generated by light absorption are separated between different semiconductors, thereby extending the carrier lifetime. In other words, the type II band structure of the particle can enhance the activity of the photocatalyst.
粒子において、エネルギー準位(量子準位)が高い側から、第1の半導体の導電帯の最低エネルギー準位、第2の半導体の導電帯の最低エネルギー準位、第1の半導体の価電子帯の最高エネルギー準位、及び第2の半導体の価電子帯の最高エネルギー準位である。 In the particle, from the highest energy level (quantum level) there is the lowest energy level of the conduction band of the first semiconductor, the lowest energy level of the conduction band of the second semiconductor, the highest energy level of the valence band of the first semiconductor, and the highest energy level of the valence band of the second semiconductor.
また、粒子は、第1の半導体と第2の半導体のいずれか一方をコア、他方をシェルとするコアシェル構造を有する。中でも、第1の半導体をコア、第2の半導体をシェルとするコアシェル構造を有することが好ましい。これにより、効率的に細胞の膨張を行うことができる。 The particles have a core-shell structure with either the first or second semiconductor as the core and the other as the shell. Of these, it is preferable to have a core-shell structure with the first semiconductor as the core and the second semiconductor as the shell. This allows cells to expand efficiently.
粒子を構成する第1の半導体としては、価電子帯における最高エネルギー準位が、水の酸化電位よりも正であるものであれば特に制限されない。また、第2の半導体としては、導電帯における最低エネルギー準位が水の還元電位よりも負であるものであれば特に制限されない。このような関係を満たす第1の半導体及び第2の半導体を用いることにより、光吸収で生成された導電帯中の電子が水の還元(詳細には水に由来する水素イオンの還元)に利用されて水素が生成され、光吸収で生成された価電子帯中の正孔が水の酸化に利用されて酸素が生成される。すなわち、水の分解に有用な光触媒を構成することができる。
このような化合物半導体として具体的には、例えば、金属酸化物、金属窒化物、金属酸窒化物、金属炭窒化物、II-VI族半導体、III-V族半導体等が挙げられる。
金属酸化物としては、例えば、TiO2、SrTiO3等のチタン酸化物;Ta2O5、KTaO3等のタンタル酸化物;ZnO、ZnGaO、ZrO2、Nb2O5等が挙げられる。
金属窒化物としては、Ta3N5、Nb3N5等が挙げられる。
金属酸窒化物としては、例えば、NbON、TaON等が挙げられる。
金属炭窒化物としては、例えば、TaCN等が挙げられる。
II-VI族半導体としては、例えば、CdTe、CdSe、ZnSe、CdS等が挙げられる。
III-V族半導体としては、例えば、GaN、InGaN、GaP、InP、GaAs等が挙げられる。
中でも、第1の半導体に好ましい材料としては、Ta3N5、Nb3N5、TaON、NbON、TaCN、CdSe、CdS、InGaN等が挙げられる。
また、第2の半導体に好ましい材料としては、TiO2、SrTiO3、ZnO等の金属酸化物が挙げられる。
The first semiconductor constituting the particles is not particularly limited as long as the highest energy level in the valence band is more positive than the oxidation potential of water. The second semiconductor is not particularly limited as long as the lowest energy level in the conduction band is more negative than the reduction potential of water. By using the first semiconductor and the second semiconductor that satisfy such a relationship, the electrons in the conduction band generated by light absorption are used to reduce water (specifically, reduce hydrogen ions derived from water) to generate hydrogen, and the holes in the valence band generated by light absorption are used to oxidize water to generate oxygen. That is, a photocatalyst useful for water decomposition can be configured.
Specific examples of such compound semiconductors include metal oxides, metal nitrides, metal oxynitrides, metal carbonitrides, II-VI group semiconductors, and III-V group semiconductors.
Examples of metal oxides include titanium oxides such as TiO2 and SrTiO3 ; tantalum oxides such as Ta2O5 and KTaO3 ; ZnO, ZnGaO, ZrO2 , Nb2O5 , and the like .
Examples of metal nitrides include Ta 3 N 5 and Nb 3 N 5 .
Examples of metal oxynitrides include NbON and TaON.
An example of the metal carbonitride is TaCN.
Examples of II-VI group semiconductors include CdTe, CdSe, ZnSe, and CdS.
Examples of III-V semiconductors include GaN, InGaN, GaP, InP, and GaAs.
Among them, preferred materials for the first semiconductor include Ta3N5 , Nb3N5 , TaON, NbON, TaCN, CdSe , CdS , and InGaN.
Also, preferred materials for the second semiconductor include metal oxides such as TiO 2 , SrTiO 3 , and ZnO.
粒子において、上記例示された化合物半導体のうち、第2の半導体は、金属酸化物から形成されていることが好ましい。金属酸化物から形成されていることで、粒子の安定性が向上し、水が存在する環境下(すなわち、標的細胞の細胞内)で用いられる際に、半導体材料の劣化を抑制することができ、光触媒の耐久性を向上させることができる。 In the particles, among the compound semiconductors exemplified above, the second semiconductor is preferably formed from a metal oxide. By being formed from a metal oxide, the stability of the particles is improved, and when used in an environment where water is present (i.e., inside the cells of the target cells), deterioration of the semiconductor material can be suppressed, and the durability of the photocatalyst can be improved.
本実施形態の細胞殺傷剤を被験体の体内に投与する場合に、可視光は生体内の成分により吸収されやすく、また、紫外線は細胞へのダメージが大きいことから、粒子を構成する第1の半導体の光吸収端が700nm以上であることが好ましい。700nm以上の近赤外領域の光を吸収する化合物半導体で構成される光触媒を用いることで、生体内での光の利用効率が高く、また、正常な細胞へのダメージを最小限にとどめることができる。一方で、水の分解に必要なエネルギーを得られることから、第1の半導体の光吸収端は1000nm以下であることが好ましい。
光吸収端が700nm以上1000nm以下である化合物半導体としては、例えば、InGaN、NbON、TaCN等が挙げられる。
When the cytocidal agent of this embodiment is administered to the body of a subject, it is preferable that the optical absorption edge of the first semiconductor constituting the particles is 700 nm or more, since visible light is easily absorbed by components in the living body and ultraviolet light causes significant damage to cells. By using a photocatalyst composed of a compound semiconductor that absorbs light in the near-infrared region of 700 nm or more, the efficiency of light utilization in the living body is high and damage to normal cells can be minimized. On the other hand, it is preferable that the optical absorption edge of the first semiconductor is 1000 nm or less, since the energy required for water decomposition can be obtained.
Examples of compound semiconductors having an optical absorption edge in the range of 700 nm to 1000 nm include InGaN, NbON, and TaCN.
中でも、粒子において、第1の半導体と第2の半導体の組み合わせ(第1の半導体/第2の半導体)としては、InGaN/TiO2、NbON/TiO2、又はTaCN/TiO2が好ましい。 Among these, in the particles, the combination of the first semiconductor and the second semiconductor (first semiconductor/second semiconductor) is preferably InGaN/TiO 2 , NbON/TiO 2 , or TaCN/TiO 2 .
粒子の平均粒子径は、標的細胞に取り込める大きさであれば特に限定されないが、1nm超1000nm以下であることが好ましく、1nm超500nm以下であることがより好ましく、1nm超300nm以下であることがさらに好ましく、1nm超100nm以下であることが特に好ましい。
粒子の平均粒子径が上記下限値以上であることで、結晶欠陥による光触媒特性の低下を抑制でき、一方で、上記上限値以下であることで、標的細胞により取り込まれやすい。
The average particle size of the particles is not particularly limited as long as it is a size that can be taken up by target cells, but is preferably more than 1 nm and not more than 1000 nm, more preferably more than 1 nm and not more than 500 nm, even more preferably more than 1 nm and not more than 300 nm, and particularly preferably more than 1 nm and not more than 100 nm.
When the average particle size of the particles is equal to or larger than the lower limit, deterioration of the photocatalytic properties due to crystal defects can be suppressed, whereas when the average particle size is equal to or smaller than the upper limit, the particles are easily taken up by target cells.
また、粒子においてコアの平均粒子径は、粒子の平均粒子径が上記範囲内に収まる大きさであれば特に限定されないが、1nm以上20nm以下であることが好ましく、1nm以上15nm以下であることがより好ましく、1nm以上10nm以下であることがさらに好ましい。
コアの平均粒子径が上記下限値以上であることで、結晶欠陥による光触媒特性の低下を抑制でき、一方で、上記上限値以下であることで、標的細胞により取り込まれやすい。
In addition, the average particle diameter of the core of the particles is not particularly limited as long as the average particle diameter of the particles falls within the above range, but is preferably 1 nm or more and 20 nm or less, more preferably 1 nm or more and 15 nm or less, and even more preferably 1 nm or more and 10 nm or less.
When the average particle size of the core is not less than the above lower limit, deterioration of the photocatalytic properties due to crystal defects can be suppressed, whereas when it is not more than the above upper limit, it is easily taken up by target cells.
なお、粒子の平均粒子径は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)像から測定することができ、公知の画像解析ソフトを用いて、複数個(例えば、100個以上500個以下程度等)の粒子の粒子径の測定値の平均値を算出することで得られる。このとき、一視野に含まれる粒子は全て測定するものとし、測定数の下限値を超えるまで複数の視野を測定した後、下限値を超えたら測定を終了するように設定する。
或いは、平均粒子径は動的光散乱法で測定し、光子相関法による解析や小角散乱法で測定し、散乱曲線のNANO-Solver解析により見積もることもできる。
本明細書における粒子径は、円相当径である。
The average particle size of the particles can be measured, for example, from a transmission electron microscope (TEM) image, and is obtained by calculating the average value of the measured particle size values of a plurality of particles (for example, about 100 to 500 particles) using known image analysis software. At this time, all particles included in one field of view are measured, and the plurality of fields of view are measured until the number of measurements exceeds a lower limit, and then the measurement is set to end when the lower limit is exceeded.
Alternatively, the average particle size can be estimated by measuring the particle size by dynamic light scattering, analyzing the particle size by photon correlation analysis, or measuring the particle size by small angle scattering, and analyzing the scattering curve using NANO-Solver.
In this specification, the particle size is a circle equivalent diameter.
また、コアの平均粒子径は、例えば、光触媒の製造時に中間体として生成されたコア粒子の分散液を用いて、上記粒子の平均粒子径の測定方法と同様の方法を用いて測定することができる。
或いは、粒子においてコアとシェルは異なる化合物半導体からなることから、それら化合物半導体における物質の密度が異なる場合には、電子の透過率の差によって、コアの粒子径と粒子全体の粒子径を同時に計測することもできる。
The average particle size of the cores can be measured, for example, using a dispersion of core particles produced as an intermediate during the production of the photocatalyst, using a method similar to the method for measuring the average particle size of the particles described above.
Alternatively, since the core and shell of a particle are made of different compound semiconductors, if the densities of the materials in these compound semiconductors are different, the particle diameter of the core and the particle diameter of the entire particle can be measured simultaneously based on the difference in electron transmittance.
粒子は、その表面に、細胞透過性を有する修飾物質(以下、単に「修飾物質」と称する場合がある)及び標的細胞を特異的に認識する物質(以下、単に「特異的認識物質」と称する場合がある)が設けられている。粒子の表面に、細胞透過性を有する修飾物質が設けられていることで、標的細胞の細胞膜を透過することができる。また、粒子の表面に、標的細胞を特異的に認識する物質が設けられていることで、標的細胞にのみ本実施形態の細胞殺傷剤を効率的に取り込ませることができる。なお、修飾物質及び特異的認識物質をそれぞれ1種以上用いてもよく、或いは、細胞透過性及び標的細胞を特異的に認識する性質を兼ね備える物質を1種以上用いてもよい。 The particle has a cell-permeable modifying substance (hereinafter sometimes simply referred to as a "modifying substance") and a substance that specifically recognizes target cells (hereinafter sometimes simply referred to as a "specific recognition substance") on its surface. The provision of a cell-permeable modifying substance on the surface of the particle allows the particle to penetrate the cell membrane of the target cell. Furthermore, the provision of a substance that specifically recognizes target cells on the surface of the particle allows the cell killing agent of this embodiment to be efficiently taken up only by the target cells. Note that one or more types of modifying substance and one or more types of specific recognition substance may be used, or one or more types of substance that combines cell permeability and the property of specifically recognizing target cells may be used.
細胞透過性を有する修飾物質及び標的細胞を特異的に認識する物質は、粒子の表面に担持している状態であってもよい。なお、ここでいう「担持する」とは、粒子と細胞透過性を有する修飾物質、及び粒子と標的細胞を特異的に認識する物質とが、それぞれ直接的又は間接的に結合しており、互いに遊離しない状態を意味する。例えば、細胞透過性を有する修飾物質及び標的細胞を特異的に認識する物質はそれぞれ、カルボキシ基、アミノ基、チオール基、水酸基等の官能基による化学的な結合を介して、或いは、物理的な吸着によって、粒子の表面に担持させることができる。
或いは、細胞透過性を有する修飾物質及び標的細胞を特異的に認識する物質の少なくともいずれか一方は、粒子の表面の全体を被覆している状態であってもよい。
The cell-permeable modifying substance and the substance that specifically recognizes the target cell may be supported on the surface of the particle. Note that, as used herein, "supported" means that the particle and the cell-permeable modifying substance, and the particle and the substance that specifically recognizes the target cell are directly or indirectly bound to each other and are not separated from each other. For example, the cell-permeable modifying substance and the substance that specifically recognizes the target cell can be supported on the surface of the particle via chemical bonding by functional groups such as carboxyl groups, amino groups, thiol groups, and hydroxyl groups, or by physical adsorption.
Alternatively, at least one of the cell-permeable modifying substance and the substance that specifically recognizes a target cell may be in a state in which the entire surface of the particle is covered.
本実施形態の細胞殺傷剤の標的となる細胞としては、特に限定されないが、例えば、がん細胞、病原性細菌等が挙げられる。 Cells that are targeted by the cell killing agent of this embodiment are not particularly limited, but examples include cancer cells, pathogenic bacteria, etc.
がん細胞とは、体細胞から派生して無限の増殖能を獲得した細胞であり、周囲の組織に浸潤し、又は転移を起こす悪性新生物である。がん細胞の由来となる癌としては、例えば、乳癌(例えば、浸潤性乳管癌、非浸潤性乳管癌、炎症性乳癌等)、前立腺癌(例えば、ホルモン依存性前立腺癌、ホルモン非依存性前立腺癌等)、膵癌(例えば、膵管癌等)、胃癌(例えば、乳頭腺癌、粘液性腺癌、腺扁平上皮癌等)、肺癌(例えば、非小細胞肺癌、小細胞肺癌、悪性中皮腫等)、結腸癌(例えば、消化管間質腫瘍等)、直腸癌(例えば、消化管間質腫瘍等)、大腸癌(例えば、家族性大腸癌、遺伝性非ポリポーシス大腸癌、消化管間質腫瘍等)、小腸癌(例えば、非ホジキンリンパ腫、消化管間質腫瘍等)、食道癌、十二指腸癌、舌癌、咽頭癌(例えば、上咽頭癌、中咽頭癌、下咽頭癌等)、頭頚部癌、唾液腺癌、脳腫瘍(例えば、松果体星細胞腫瘍、毛様細胞性星細胞腫、びまん性星細胞腫、退形成性星細胞腫等)、神経鞘腫、肝臓癌(例えば、原発性肝癌、肝外胆管癌等)、腎臓癌(例えば、腎細胞癌、腎盂と尿管の移行上皮癌等)、胆嚢癌、膵臓癌、子宮内膜癌、子宮頸癌、卵巣癌(例、上皮性卵巣癌、性腺外胚細胞腫瘍、卵巣性胚細胞腫瘍、卵巣低悪性度腫瘍等)、膀胱癌、尿道癌、皮膚癌(例えば、眼内(眼)黒色腫、メルケル細胞癌等)、血管腫、悪性リンパ腫(例えば、細網肉腫、リンパ肉腫、ホジキン病等)、メラノーマ(悪性黒色腫)、甲状腺癌(例えば、甲状腺髄様癌等)、副甲状腺癌、鼻腔癌、副鼻腔癌、骨腫瘍(例えば、骨肉腫、ユーイング腫瘍、子宮肉腫、軟部組織肉腫等)、転移性髄芽腫、血管線維腫、隆起性皮膚線維肉腫、網膜肉腫、陰茎癌、精巣腫瘍、小児固形癌(例えば、ウィルムス腫瘍、小児腎腫瘍等)、カポジ肉腫、AIDSに起因するカポジ肉腫、上顎洞腫瘍、線維性組織球腫、平滑筋肉腫、横紋筋肉腫、慢性骨髄増殖性疾患、白血病(例えば、急性骨髄性白血病、急性リンパ芽球性白血病等)等が挙げられ、これらに限定されない。 Cancer cells are cells that derive from somatic cells and acquire the ability to proliferate indefinitely, and are malignant neoplasms that invade surrounding tissues or cause metastasis. Examples of cancers from which cancer cells originate include breast cancer (e.g., invasive ductal carcinoma, non-invasive ductal carcinoma, inflammatory breast cancer, etc.), prostate cancer (e.g., hormone-dependent prostate cancer, hormone-independent prostate cancer, etc.), pancreatic cancer (e.g., pancreatic ductal carcinoma, etc.), gastric cancer (e.g., papillary adenocarcinoma, mucinous adenocarcinoma, adenosquamous carcinoma, etc.), lung cancer (e.g., non-small cell lung cancer, small cell lung cancer, malignant mesothelioma, etc.), colon cancer (e.g., gastrointestinal stromal tumor, etc.), rectal cancer (e.g., gastrointestinal stromal tumor, etc.), and large intestine cancer (e.g., cancer, such as familial colorectal cancer, hereditary nonpolyposis colorectal cancer, gastrointestinal stromal tumor, etc.), small intestine cancer (e.g., non-Hodgkin's lymphoma, gastrointestinal stromal tumor, etc.), esophageal cancer, duodenal cancer, tongue cancer, pharyngeal cancer (e.g., nasopharyngeal cancer, oropharyngeal cancer, hypopharyngeal cancer, etc.), head and neck cancer, salivary gland cancer, brain tumors (e.g., pineal astrocytoma, pilocytic astrocytoma, diffuse astrocytoma, anaplastic astrocytoma, etc.), neurilemmoma, liver cancer (e.g., primary liver cancer, extrahepatic bile duct cancer, etc.), kidney cancer (e.g., renal cell carcinoma, transitional cell carcinoma of the renal pelvis and ureter, etc.), gallbladder cancer, pancreatic cancer, endometrial cancer, cervical cancer, ovarian cancer (e.g., epithelial ovarian cancer, extragonadal germ cell tumor, ovarian germ cell tumor, ovarian low malignant potential tumor, etc.), bladder cancer, urethral cancer, skin cancer (e.g., intraocular (eye) melanoma, Merkel cell carcinoma, etc.), hemangioma, malignant lymphoma (e.g., reticulum cell sarcoma, lymphosarcoma, Hodgkin's disease, etc.), melanoma, thyroid cancer (e.g., medullary thyroid carcinoma, etc.), parathyroid cancer, nasal cavity cancer, paranasal sinus cancer, bone tumors (e.g., These include, but are not limited to, osteosarcoma, Ewing's tumor, uterine sarcoma, soft tissue sarcoma, metastatic medulloblastoma, angiofibroma, dermatofibrosarcoma protuberans, retinal sarcoma, penile cancer, testicular tumor, pediatric solid tumor (e.g., Wilms' tumor, pediatric renal tumor, etc.), Kaposi's sarcoma, Kaposi's sarcoma caused by AIDS, maxillary sinus tumor, fibrous histiocytoma, leiomyosarcoma, rhabdomyosarcoma, chronic myeloproliferative disease, leukemia (e.g., acute myeloid leukemia, acute lymphoblastic leukemia, etc.), etc.
病原性細菌とは、ヒトや、イヌ、ネコ等のペット等の動物に感染して疾患や病的症状の起源を与える細菌である。病原性細菌として具体的には、例えば、病原性大腸菌(pathogenic Escherichia coli)(腸管病原性大腸菌、腸管侵入性大腸菌、毒素原性大腸菌、腸管出血性大腸菌、腸管集合性大腸菌を含む)、サルモネラ(Salmonela)属菌、リステリア(Listeria)属菌、カンピロバクター(Campylobacter)属菌、黄色ブドウ球菌(Staphylococcus aureus)、ウェルシュ菌(Clostridium perfringens)等が挙げられるが、これらに限定されない。 Pathogenic bacteria are bacteria that infect humans and animals, such as pets such as dogs and cats, and cause diseases and pathological symptoms. Specific examples of pathogenic bacteria include pathogenic Escherichia coli (including enteropathogenic E. coli, enteroinvasive E. coli, enterotoxigenic E. coli, enterohemorrhagic E. coli, and enteroaggregative E. coli), bacteria of the genus Salmonella, bacteria of the genus Listeria, bacteria of the genus Campylobacter, Staphylococcus aureus, and Clostridium perfringens, but are not limited to these.
細胞透過性を有する修飾物質として具体的には、例えば、ポリエチレングリコール、膜透過性ペプチド、糖鎖、リポソーム等が挙げられる。 Specific examples of cell-permeable modifying substances include polyethylene glycol, membrane-permeable peptides, sugar chains, liposomes, etc.
標的細胞を特異的に認識する物質としては、標的細胞を特異的に認識するものであればよく、具体的には、例えば、標的細胞表面に存在する受容体に対するリガンド、抗体、抗体断片、アプタマー等が挙げられる。抗体は、例えば、マウス等の動物に、標的細胞表面に存在する抗原、受容体又はそれらの断片を抗原として免疫することによって作製することができる。或いは、例えば、ファージライブラリのスクリーニングにより作製することができる。抗体断片としては、Fv、Fab、scFv等が挙げられる。上記の抗体は、モノクローナル抗体であることが好ましい。また、市販の抗体であってもよい。 The substance that specifically recognizes a target cell may be any substance that specifically recognizes a target cell, and specific examples include ligands, antibodies, antibody fragments, aptamers, and the like for receptors present on the surface of the target cell. Antibodies can be produced, for example, by immunizing animals such as mice with antigens, receptors, or fragments thereof present on the surface of the target cell as antigens. Alternatively, antibodies can be produced, for example, by screening a phage library. Examples of antibody fragments include Fv, Fab, and scFv. The above-mentioned antibodies are preferably monoclonal antibodies. Alternatively, they may be commercially available antibodies.
アプタマーとは、標的物質に対する特異的結合能を有する物質である。アプタマーとしては、核酸アプタマー、ペプチドアプタマー等が挙げられる。標的ペプチドに特異的結合能を有する核酸アプタマーは、例えば、systematic evolution of ligand by exponential enrichment(SELEX)法等により選別することができる。また、標的ペプチドに特異的結合能を有するペプチドアプタマーは、例えば酵母を用いたTwo-hybrid法等により選別することができる。 An aptamer is a substance that has a specific binding ability to a target substance. Examples of aptamers include nucleic acid aptamers and peptide aptamers. Nucleic acid aptamers that have a specific binding ability to a target peptide can be selected, for example, by the systematic evolution of ligand by exponential enrichment (SELEX) method. Peptide aptamers that have a specific binding ability to a target peptide can be selected, for example, by the two-hybrid method using yeast.
本実施形態の細胞殺傷剤は、上記構成を有する光触媒を含有することで、標的細胞の細胞内に選択的に当該光触媒を取り込ませることができる。取り込まれた光触媒は、照射された光エネルギーにより細胞内の水を分解して、水素及び酸素を発生させる。発生された水素及び酸素は気泡となる。発生した水素及び酸素の体積は、分解前の水の体積の1200倍程度まで膨張する。細胞膜或いは細胞壁を維持する力よりも、この膨張する力が強いため、当該膨張する力によって物理的に標的細胞を破壊(破裂)させることができる。 The cell killing agent of this embodiment contains a photocatalyst having the above-mentioned configuration, and thus can selectively incorporate the photocatalyst into target cells. The incorporated photocatalyst breaks down water in the cells by irradiating light energy, generating hydrogen and oxygen. The generated hydrogen and oxygen become bubbles. The volume of the generated hydrogen and oxygen expands to about 1200 times the volume of the water before decomposition. Since this expanding force is stronger than the force maintaining the cell membrane or cell wall, the target cells can be physically destroyed (burst) by the expanding force.
光触媒(細胞殺傷剤)により生体中で発生する水素及び酸素は極微量であることから人体への影響は少ない。また、細胞殺傷剤は、投与後一定時間血液中に滞留し、その後体外に排出される。そのため、本実施形態の細胞殺傷剤では、被験体における副作用の発生が従来の抗がん剤よりも抑制されるものと推察される。また、本実施形態の細胞殺傷剤は、薬剤と異なり、薬剤耐性菌も発生しにくい。
さらに、本実施形態の細胞殺傷剤の有効成分である光触媒は、タイプII型のバンド構造を有することにより、従来の酸化チタンからなる光触媒よりも、効率よく水の分解を行うことができる。そのため、本実施形態の細胞殺傷剤は、より効果的且つ効率的にがん細胞や各種病原性細菌を殺傷することができる。
The amount of hydrogen and oxygen generated in the living body by the photocatalyst (cytotoxic agent) is extremely small, so there is little impact on the human body. In addition, the cytotoxic agent remains in the blood for a certain period of time after administration, and is then excreted from the body. Therefore, it is presumed that the cytotoxic agent of this embodiment suppresses the occurrence of side effects in subjects more than conventional anticancer drugs. In addition, unlike drugs, the cytotoxic agent of this embodiment is less likely to cause drug-resistant bacteria.
Furthermore, the photocatalyst, which is the active ingredient of the cell killing agent of the present embodiment, has a type II band structure and can decompose water more efficiently than a conventional photocatalyst made of titanium oxide, so that the cell killing agent of the present embodiment can kill cancer cells and various pathogenic bacteria more effectively and efficiently.
本実施形態の細胞殺傷剤による標的細胞に対する細胞殺傷効果は、光触媒の効率、標的細胞の細胞内に取り込まれる光触媒の数、照射する光エネルギーの強さ、及び光触媒による水の分解が行われる速さによって、制御することができる。 The cell killing effect of the cell killing agent of this embodiment on target cells can be controlled by the efficiency of the photocatalyst, the number of photocatalysts taken up into the target cell, the intensity of the irradiated light energy, and the speed at which water is decomposed by the photocatalyst.
光触媒の効率及び光触媒による水の分解が行われる速さについては、上述した化合物半導体を適宜選択することで制御することができる。中でも、粒子のコアとシェルとの組み合わせが、InGaN/TiO2である光触媒は、効率がよく、水の分解を素早く行うことができる。 The efficiency of the photocatalyst and the speed at which water is decomposed by the photocatalyst can be controlled by appropriately selecting the above-mentioned compound semiconductor. Among them, a photocatalyst having a particle core/shell combination of InGaN/ TiO2 is efficient and can decompose water quickly.
1個の標的細胞の細胞内に取り込まれる光触媒の数は、粒子の平均粒子径によって適宜調整することができるが、例えば、粒子の平均粒子径が1nm超100nm以下程度である場合に、1個以上10万個以下とすることができ、100個以上5万個以下であることが好ましく、1000個以上3万個以下であることがより好ましい。取り込まれる光触媒の数が上記下限値以上であることで、より十分な細胞殺傷効果を発揮することができ、一方で、上記上限値以下であることで、標的細胞により容易に取り込ませることができる。 The number of photocatalysts taken up into one target cell can be adjusted as appropriate depending on the average particle size of the particles, but for example, when the average particle size of the particles is greater than 1 nm and less than or equal to 100 nm, the number can be between 1 and 100,000, preferably between 100 and 50,000, and more preferably between 1,000 and 30,000. When the number of photocatalysts taken up is equal to or greater than the lower limit, a more sufficient cell killing effect can be achieved, while when the number is equal to or less than the upper limit, the photocatalysts can be taken up more easily by the target cell.
照射する光エネルギーの強さとしては、例えば、0.01mW/cm2以上とすることができ、0.1mW/cm2以上であることが好ましく、1mW/cm2以上であることがより好ましい。照射する光エネルギーの強さが上記下限値以上であることで、光触媒の活性をより十分に発現させることができる。一方で、光エネルギーの強さが強いほど光触媒の活性がより高くなることから、上限は特に限定されない。 The intensity of the irradiated light energy can be, for example, 0.01 mW/ cm2 or more, preferably 0.1 mW/cm2 or more , and more preferably 1 mW/cm2 or more . By irradiating the light energy intensity at or above the lower limit, the activity of the photocatalyst can be more fully expressed. On the other hand, the stronger the intensity of the light energy, the higher the activity of the photocatalyst, so the upper limit is not particularly limited.
光触媒は、標識物質を更に備えていてもよい。光触媒が、標識物質を更に備えることで、励起光が意図した通りに照射されていることを確認することができる。標識物質としては、光触媒の励起光と同じ波長の励起光により蛍光を発する蛍光物質を適宜選択して用いることができる。蛍光物質として具体的には、例えば、公知の量子ドット、インドシアニングリーン(ICG)、プロトポルフィリン、ポリフィリン類縁体(フォトフリン、レザフィリン等の光増感剤)、5-アミノレブリン酸(5-ALA;代謝産物プロトポルフィリンIX(PP IX))、近赤外蛍光色素(例えば、Cy5.5、Cy7、AlexaFluoro、ローダミン等)、その他公知の蛍光色素(例えば、GFP、FITC(Fluorescein)、TAMRA等)等が挙げられる。 The photocatalyst may further comprise a labeling substance. By further comprising a labeling substance in the photocatalyst, it is possible to confirm that the excitation light is being irradiated as intended. As the labeling substance, a fluorescent substance that emits fluorescence when exposed to excitation light of the same wavelength as the excitation light of the photocatalyst can be appropriately selected and used. Specific examples of fluorescent substances include known quantum dots, indocyanine green (ICG), protoporphyrin, porphyrin analogues (photosensitizers such as Photofrin and Laserphyrin), 5-aminolevulinic acid (5-ALA; metabolite protoporphyrin IX (PP IX)), near-infrared fluorescent dyes (e.g., Cy5.5, Cy7, AlexaFluor, rhodamine, etc.), and other known fluorescent dyes (e.g., GFP, FITC (Fluorescein), TAMRA, etc.).
[光触媒の構造]
以下に、光触媒の構造を説明する。以下の説明において、二種類の半導体の比較において、価電子帯及び導電帯のエネルギー準位が高い半導体が「第1の半導体」であり、価電子帯及び導電帯のエネルギー準位が低い半導体が「第2の半導体」である。
[Photocatalyst structure]
The structure of the photocatalyst is described below. In the following description, in a comparison between two types of semiconductors, the semiconductor with the higher energy levels of the valence band and the conduction band is the "first semiconductor" and the semiconductor with the lower energy levels of the valence band and the conduction band is the "second semiconductor."
(第1実施形態)
図1Aは、本発明の第1実施形態に係る光触媒の構造を示す図である。図1Aに示すように、粒子10は、コア11と、コア11を被覆するシェル12と、粒子表面、すなわち、シェル上に結合した細胞透過性を有する修飾物質(修飾物質)13及び標的細胞を特異的に認識する物質(特異的認識物質)14と、から構成される。コア11は第2の半導体から形成され、シェル12は第1の半導体から形成されている。
First Embodiment
Fig. 1A is a diagram showing the structure of a photocatalyst according to a first embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1A, a
図1Bは、本発明の第1実施形態に係る光触媒のバンド構造を示す図である。図1Bにおいて、「H2/H2O」は水の還元電位を表し、「O2/H2O」は水の酸化電位を表し、「Eg」はバンドギャップを表す。図1B以降の図においても、「H2/H2O」、「O2/H2O」、及び「Eg」は同様の意味である。
図1Bにおいて、粒子10は、コアに電子の存在確率が高い電荷分離状態が可能なバンド構造を有する。
Fig. 1B is a diagram showing the band structure of the photocatalyst according to the first embodiment of the present invention. In Fig. 1B, " H2 / H2O " represents the reduction potential of water, " O2 / H2O " represents the oxidation potential of water, and "Eg" represents the band gap. In Fig. 1B and subsequent figures, " H2 / H2O ", " O2 / H2O ", and "Eg" have the same meanings.
In FIG. 1B,
図1Bに示されるように、粒子10はタイプIIのバンド構造を有する。粒子10において、バンドギャップに対応するエネルギー以上のエネルギーを有する光が吸収されると、第1の半導体及び第2半導体の少なくともいずれか一方において価電子帯の電子(e-)が導電帯に励起し、価電子帯に正孔(h+)、導電帯に電子(e-)がそれぞれ生成する。その後、第1の半導体の導電帯の電子は、第2の半導体の導電帯に移動し、第2の半導体の価電子帯の正孔は第1の半導体の価電子帯に移動する。これにより、正孔(h+)は、第1の半導体の価電子帯内に、すなわちシェル12内に多く存在し、電子(e-)は、第2の半導体の導電帯内に、すなわちコア11内に多く存在する。そして、正孔(h+)は水の酸化反応に用いられて酸素(O2)を発生させ、電子(e-)は水の還元反応に用いられて水素(H2)を発生させる。
As shown in FIG. 1B, the
粒子10において、生成した正孔(h+)と電子(e-)とは、異なる半導体内に位置し空間的に分離されるのでキャリアの再結合が抑制される。したがって、キャリア寿命が増大し、光触媒におけるエネルギー変換効率を向上させることができる。また、粒子10内に正孔(h+)と電子(e-)とが生成され、生成した正孔(h+)及び電子(e-)と、光触媒の活性面となる粒子10表面との距離が近いことで、正孔(h+)及び電子(e-)を効率よく水の酸化反応又は還元反応に利用することができる。また、これら反応により発生した酸素(O2)及び水素(H2)により標的細胞を効果的に殺傷することができる。
In the
(第2実施形態)
図2Aは、本発明の第2実施形態に係る光触媒の構造を示す図である。図2Aに示すように、粒子20は、コア21と、コア21を被覆するシェル22と、粒子表面、すなわち、シェル上に結合した修飾物質23及び特異的認識物質24と、から構成される。コア21は第1の半導体で形成され、シェル22は第2の半導体から形成されている。
Second Embodiment
Fig. 2A is a diagram showing the structure of a photocatalyst according to a second embodiment of the present invention. As shown in Fig. 2A, a
図2Bは、本発明の第2実施形態に係る光触媒のバンド構造を示す図である。図2Bにおいて、粒子20は、コアに正孔の存在確率が高い電荷分離状態が可能なバンド構造を有する。
Figure 2B is a diagram showing the band structure of a photocatalyst according to a second embodiment of the present invention. In Figure 2B,
図2Bに示されるように、粒子20はタイプIIのバンド構造を有する。粒子20において、バンドギャップに対応するエネルギー以上のエネルギーを有する光が吸収されると、第1の半導体及び第2半導体の少なくともいずれか一方において価電子帯の電子(e-)が導電帯に励起し、価電子帯に正孔(h+)、導電帯に電子(e-)がそれぞれ生成する。その後、第1の半導体の導電帯の電子は、第2の半導体の導電帯に移動し、第2の半導体の価電子帯の正孔は第1の半導体の価電子帯に移動する。これにより、正孔(h+)は、第1の半導体の価電子帯内に、すなわちシェル22内に多く存在し、電子(e-)は、第2の半導体の導電帯内に、すなわちコア21内に多く存在する。そして、正孔(h+)は水の酸化反応に用いられて酸素(O2)を発生させ、電子(e-)は水の還元反応に用いられて水素(H2)を発生させる。
As shown in FIG. 2B, the
粒子20において、生成した正孔(h+)と電子(e-)とは、異なる半導体内に位置し空間的に分離されるのでキャリアの再結合が抑制される。したがって、キャリア寿命が増大し、光触媒におけるエネルギー変換効率を向上させることができる。また、ナノ粒子20内に正孔(h+)と電子(e-)とが生成され、生成した正孔(h+)及び電子(e-)と、光触媒の活性面となるナノ粒子20表面との距離が近いことで、正孔(h+)及び電子(e-)を効率よく水の酸化反応または還元反応に利用することができる。また、これら反応により発生した酸素(O2)及び水素(H2)により標的細胞を効果的に殺傷することができる。
In the
(第3実施形態)
図3は、本発明の第3実施形態に係る光触媒の構造を示す図である。図3に示すように、粒子30は、コア31と、コア31を部分的に被覆する部分シェル32と、粒子表面、すなわち、シェル上に結合した修飾物質33及び特異的認識物質34と、から構成される。コア31は第1の半導体から形成され、部分シェル32は第2の半導体から形成されている。第2実施形態における粒子20とは、部分シェル32がコア31を部分的に被覆するように形成されており、シェル22がコア21全体を被覆するように形成されていない点のみ異なる。各半導体のバンド構造、ナノ粒子30のバンド構造の関係は、図2Bに示した第2実施形態と同様であるので説明を省略する。
Third Embodiment
3 is a diagram showing the structure of a photocatalyst according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the
粒子30においては、コア31の一部がナノ粒子30表面に露出していることにより、コア31に多く存在している正孔(h+)と触媒活性面との距離がさらに近接し、生成された正孔(h+)を水の酸化反応により効率的に利用することが可能となる。すなわち、より効率的に酸素(O2)を放出することができ、より高い細胞殺傷効果を発揮することができる。
In the
第1実施形態における粒子10についても、本実施形態と同様に、シェルがコア全体を被覆するように構成するのではなく、シェルがコアの一部を被覆するように構成することも可能である。このような構成であることで、コアに多く存在している電子(e-)と触媒活性面との距離がさらに近接し、生成された電子(e-)を水の還元反応により効率的に利用することが可能となる。すなわち、より効率的に水素(H2)を放出することができ、より高い細胞殺傷効果を発揮することができる。
As with the present embodiment, the
(第4実施形態)
図4は、本発明の第4実施形態に係る光触媒の構造を示す図である。図4に示すように、粒子40は、コア41と、コア41を部分的に被覆する部分シェル42と、粒子表面、すなわち、シェル上に結合した修飾物質43及び特異的認識物質44と、から構成される。コア41は第1の半導体から形成され、部分シェル42は第2の半導体から形成されている。第3実施形態における粒子30とは、修飾物質43がシェル全体を被覆するように形成しており、さらに、特異的認識物質44が修飾物質43上に結合している点のみ異なる。各半導体のバンド構造、ナノ粒子40のバンド構造の関係は、図2Bに示した第2実施形態と同様であるので説明を省略する。修飾物質43は、脂質二重層構造からなるリポソームである。
Fourth Embodiment
FIG. 4 is a diagram showing the structure of a photocatalyst according to a fourth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the
粒子40においては、修飾物質43がリポソームであることにより、エンドサイトーシス又はファゴサイトーシス、或いは、リポソーム膜と細胞膜との融合により、標的細胞の細胞内に粒子40を取り込ませることができる。
In the case of
第1実施形態における粒子10及び第2実施形態における粒子20についても、本実施形態と同様に、修飾物質13又は修飾物質23がシェル全体を被覆するように形成しており、さらに、特異的認識物質44が修飾物質43上に結合するように構成することも可能である。このような構成であることで、エンドサイトーシス又はファゴサイトーシス、或いは、リポソーム膜と細胞膜との融合により、標的細胞の細胞内に粒子10又は粒子20を取り込ませることができる。
As with the present embodiment, the
[光触媒の製造方法]
本実施形態において、光触媒は、例えば、まずコアを形成する化合物半導体からなる中間体粒子を製造した後、シェルを形成する化合物半導体で、前記中間体粒子の表面を被覆する。次いで、修飾物質及び特異的認識物質を粒子の表面に担持させる、或いは、修飾物質でさらに粒子を被覆した後、修飾物質上に特異的認識物質を結合させることで、光触媒を製造することができる。
[Photocatalyst manufacturing method]
In this embodiment, the photocatalyst can be produced, for example, by first producing intermediate particles made of a compound semiconductor that forms a core, and then coating the surface of the intermediate particles with a compound semiconductor that forms a shell, and then supporting a modifier and a specific recognition substance on the surface of the particles, or by further coating the particles with a modifier and then binding a specific recognition substance onto the modifier.
反応溶媒にコアを形成する化合物半導体を投入し、混合した後、混合溶液をオートクレーブ容器等の温度調節可能な反応容器内で、200℃以上400℃以下程度の温度で、30分間以上3時間以下程度の時間保持することで、コア粒子の結晶を成長させる。なお、加熱温度及び加熱時間を変更することで、粒子の粒子径を適宜調整することができる。
反応溶媒としては、使用するコアを形成する化合物半導体の種類に応じて適宜選択することができるが、例えば、ジフェニルエーテル等が挙げられる。
得られたコアをそのまま続くシェルを形成する化合物半導体との反応に用いてもよいが、純度の高い光触媒を得る観点から、コアを精製し、未反応の原料等を除去することが好ましい。コアの精製方法としては、例えば、粒子体を分散可能な溶媒と、未反応の原料等を溶解し除去するための溶媒との混合溶媒を用いて、コアを洗浄する方法等が挙げられる。
The compound semiconductor that forms the core is charged into the reaction solvent and mixed, and then the mixed solution is held in a temperature-controllable reaction vessel such as an autoclave vessel at a temperature of about 200° C. to about 400° C. for about 30 minutes to about 3 hours to grow the crystals of the core particles. Note that the particle size of the particles can be appropriately adjusted by changing the heating temperature and heating time.
The reaction solvent can be appropriately selected depending on the type of compound semiconductor used to form the core, and examples thereof include diphenyl ether.
The obtained core may be used as it is for the reaction with the compound semiconductor that forms the subsequent shell, but from the viewpoint of obtaining a photocatalyst with high purity, it is preferable to purify the core and remove unreacted raw materials, etc. Examples of the method for purifying the core include a method of washing the core with a mixed solvent of a solvent capable of dispersing the particles and a solvent for dissolving and removing unreacted raw materials, etc.
次いで、コアの表面に、シェルを形成する化合物半導体からなる層を形成させて、被覆する。シェルを形成する化合物半導体からなる層を形成させる方法としては、例えば、金属酸化物のシェルを形成する場合にはゾルゲル法が挙げられ、コア粒子に対して金属アルコキシドを加水分解することでシェルを形成する。具体的には、金属アルコキシドと、界面活性剤、アンモニア水等の反応促進剤とをコア粒子の分散液に添加し、室温程度の温度で数時間攪拌することでコア粒子の表面に、シェルを形成する化合物半導体からなる結晶を成長させて、光触媒を得ることができる。 Then, a layer made of the compound semiconductor that forms the shell is formed on the surface of the core to cover it. For example, a sol-gel method can be used to form a layer made of the compound semiconductor that forms the shell, in which a metal oxide shell is formed by hydrolyzing a metal alkoxide on the core particles. Specifically, a metal alkoxide and a reaction promoter such as a surfactant or aqueous ammonia are added to a dispersion of core particles, and the mixture is stirred at about room temperature for several hours to grow crystals made of the compound semiconductor that forms the shell on the surface of the core particles, thereby obtaining a photocatalyst.
また、シェル形成時の加熱温度及び加熱時間、シェル材料の添加量等を変更することで、シェルによるコアの被覆範囲を制御することができる。例えば、加熱時間を短くすることで、シェルを形成する化合物半導体が、コア粒子を完全に被覆する前に成長を中断することができ、上記第3実施形態における粒子30のように、シェル32がコア31を部分的に被覆している粒子30を得ることができる。
The extent to which the shell covers the core can be controlled by changing the heating temperature and heating time during shell formation, the amount of shell material added, etc. For example, by shortening the heating time, the growth of the compound semiconductor that forms the shell can be interrupted before it completely covers the core particle, and it is possible to obtain a
修飾物質及び特異的認識物質を粒子表面に担持させる方法としては、直接的又はリンカー等を介すことで、物理的又は化学的に結合させることができる。結合様式としては、例えば、配位結合、共有結合、水素結合、疎水性相互作用、物理吸着等が挙げられ、公知の結合方法を採用することができる。 The modifier and specific recognition substance can be supported on the particle surface by physical or chemical bonding, either directly or via a linker. Examples of bonding modes include coordinate bonds, covalent bonds, hydrogen bonds, hydrophobic interactions, and physical adsorption, and known bonding methods can be used.
<医薬組成物>
本実施形態の医薬組成物は、がんの予防又は治療に用いられる医薬組成物であって、上記細胞殺傷剤を含む。
Pharmaceutical Compositions
The pharmaceutical composition of this embodiment is a pharmaceutical composition used for the prevention or treatment of cancer, and contains the above-mentioned cell killing agent.
本実施形態の医薬組成物によれば、副作用や薬剤耐性菌の出現を抑制しながら、がんを効果的に予防又は治療することができる。 The pharmaceutical composition of this embodiment can effectively prevent or treat cancer while suppressing side effects and the emergence of drug-resistant bacteria.
本実施形態の医薬組成物は、薬学的に許容可能な担体を更に含有することができる。 The pharmaceutical composition of this embodiment may further contain a pharma- ceutically acceptable carrier.
薬学的に許容される担体としては、通常医薬組成物の製剤に用いられるものを特に制限なく用いることができる。より具体的には、例えば、ゼラチン、コーンスターチ、トラガントガム、アラビアゴム等の結合剤;デンプン、結晶性セルロース等の賦形剤;アルギン酸等の膨化剤;水、エタノール、グリセリン等の注射剤用溶剤;ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤等の粘着剤等が挙げられる。 As the pharma- ceutically acceptable carrier, those usually used in the preparation of pharmaceutical compositions can be used without any particular restrictions. More specifically, examples include binders such as gelatin, corn starch, gum tragacanth, and gum arabic; excipients such as starch and crystalline cellulose; swelling agents such as alginic acid; solvents for injections such as water, ethanol, and glycerin; and adhesives such as rubber-based adhesives and silicone-based adhesives.
本実施形態の医薬組成物は添加剤を更に含んでいてもよい。添加剤としては、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等の潤滑剤;ショ糖、乳糖、サッカリン、マルチトール等の甘味剤;ペパーミント、アカモノ油等の香味剤;ベンジルアルコール、フェノール等の安定剤;リン酸塩、酢酸ナトリウム等の緩衝剤;安息香酸ベンジル、ベンジルアルコール等の溶解補助剤;酸化防止剤;防腐剤等が挙げられる。 The pharmaceutical composition of this embodiment may further contain additives. Examples of additives include lubricants such as calcium stearate and magnesium stearate; sweeteners such as sucrose, lactose, saccharin, and maltitol; flavorings such as peppermint and saffron oil; stabilizers such as benzyl alcohol and phenol; buffers such as phosphates and sodium acetate; solubilizers such as benzyl benzoate and benzyl alcohol; antioxidants; preservatives, etc.
本実施形態の医薬組成物は、上記細胞殺傷剤と、上記薬学的に許容される担体及び添加剤を適宜組み合わせて、一般に認められた製薬実施に要求される単位用量形態で混和することによって製剤化することができる。 The pharmaceutical composition of this embodiment can be formulated by appropriately combining the above-mentioned cell killing agent with the above-mentioned pharma- ceutical acceptable carriers and additives, and mixing them in a unit dose form required for generally accepted pharmaceutical practice.
本実施形態の医薬組成物が水を含む分散剤である場合には、光触媒の活性を抑制するために遮光性を有する容器等に収容して保存しておくことが好ましい。或いは、用時調製することが好ましい。 When the pharmaceutical composition of this embodiment is a dispersant containing water, it is preferable to store it in a light-blocking container or the like in order to suppress the activity of the photocatalyst. Alternatively, it is preferable to prepare it just before use.
本実施形態の医薬組成物は、経口的に使用される剤型であってもよく、非経口的に使用される剤型であってもよいが、経口的に使用される剤型が好ましい。経口的に使用される剤型としては、例えば錠剤、カプセル剤、エリキシル剤、マイクロカプセル剤等が挙げられる。非経口的に使用される剤型としては例えば注射剤、軟膏剤、貼付剤等が挙げられる。 The pharmaceutical composition of this embodiment may be in a dosage form for oral use or a dosage form for parenteral use, but is preferably in a dosage form for oral use. Examples of dosage forms for oral use include tablets, capsules, elixirs, microcapsules, etc. Examples of dosage forms for parenteral use include injections, ointments, patches, etc.
本実施形態の医薬組成物は、他の疾患の治療薬と組み合せて、使用してもよい。例えば、上記細胞殺傷剤を、抗がん剤や抗生物質等と組み合わせて使用することで、対象の疾患をより効果的に予防又は治療することができる。
上記細胞殺傷剤と他の薬剤とは、同一の製剤にしてもよく、別々の製剤にしてもよい。また、各製剤は、同一の投与経路で投与してもよく、別々の投与経路で投与してもよい。更に、各製剤は、同時に投与してもよく、逐次的に投与してもよく、一定の時間乃至期間を空けて別々に投与してもよい。一実施態様において、上記細胞殺傷剤と他の薬剤とは、これらを包含するキットとしてもよい。
The pharmaceutical composition of the present embodiment may be used in combination with a therapeutic agent for another disease. For example, the cell killing agent may be used in combination with an anticancer agent, an antibiotic, or the like, to more effectively prevent or treat the target disease.
The cytocidal agent and the other drug may be in the same formulation or in separate formulations. Each formulation may be administered by the same administration route or by separate administration routes. Furthermore, each formulation may be administered simultaneously, sequentially, or separately at a certain time or period. In one embodiment, the cytocidal agent and the other drug may be in the form of a kit containing them.
本実施形態の医薬組成物は、標識物質と組み合せて、使用してもよい。例えば、上記細胞殺傷剤を、標識物質と組み合わせて使用することで、疾患の患部に光触媒が送達する様子を可視化することができる。
標識物質としては、例えば、放射性同位元素、蛍光物質等が挙げられる。
放射性同位元素としては、陽電子放出核種を利用することができ、具体的には、例えば55Co、64Cu、66Ga、68Ga、76Br、89Zr、124I等が挙げられる。これらの陽電子放出核種による光触媒の標識には、公知の方法を利用することができる。
The pharmaceutical composition of the present embodiment may be used in combination with a labeling substance. For example, the cell killing agent may be used in combination with a labeling substance to visualize the delivery of the photocatalyst to the affected area of the disease.
Examples of labeling substances include radioisotopes and fluorescent substances.
As the radioisotope, a positron-emitting nuclide can be used, specifically, for example, 55 Co, 64 Cu, 66 Ga, 68 Ga, 76 Br, 89 Zr, 124 I, etc. A known method can be used to label the photocatalyst with these positron-emitting nuclides.
蛍光物質としては、上記細胞殺傷剤において例示されたものと同様のものが挙げられる。 Fluorescent substances include those exemplified above as cell killing agents.
[投与方法]
投与する対象としては、限定されるものではないが、例えば、ヒト、サル、イヌ、ウシ、ウマ、ヒツジ、ブタ、ウサギ、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、及びそれらの細胞等が挙げられる。中でも、哺乳動物又は哺乳動物細胞が好ましく、ヒト又はヒト細胞が特に好ましい。
[Administration Method]
Subjects to which the antibody is administered include, but are not limited to, humans, monkeys, dogs, cows, horses, sheep, pigs, rabbits, mice, rats, guinea pigs, hamsters, and cells thereof. Among these, mammals or mammalian cells are preferred, and humans or human cells are particularly preferred.
患者又は患畜への投与は、例えば、髄腔内注射、動脈内注射、静脈内注射、皮下注射、局所注射、鼻腔内的、経気管支的、筋内的、経皮的、又は経口的に当業者に公知の方法により行うことができる。投与量は、患者の体重や年齢、患者の症状、投与方法等により変動するが、当業者であれば適当な投与量を適宜選択することが可能である。 Administration to patients or animals can be performed by methods known to those skilled in the art, such as intrathecal injection, intraarterial injection, intravenous injection, subcutaneous injection, local injection, intranasal injection, transbronchial injection, intramuscular injection, transdermal injection, or oral injection. The dosage varies depending on the patient's weight and age, the patient's symptoms, the method of administration, etc., but those skilled in the art can select an appropriate dosage.
[光の照射方法]
本実施形態の医薬組成物を投与した後に、患者又は患畜に光を照射する光源としては、光触媒が水の分解に必要なエネルギー以上のとなる光、すなわち約1000nm(>約1.23eV)より短波長の光を照射する光源であればよく、例えば、太陽光、LED、キセノンランプ、水銀ランプ、レーザー等が挙げられる。
すなわち、本実施形態の医薬組成物の投与後に、体表面から太陽光を浴びて光触媒を活性化させることができる。或いは、積極的な治療を行うことを目的として、上述した光源(太陽光を除く)を用いて体表面から光を照射することもでき、又は、上述した光源(太陽光を除く)を取り付けたカテーテル等を用いて、疾患の患部に光を照射することもできる。レーザーを取り付けたカテーテルを用いる場合には、レーザーと光触媒とを組み合わせた光療法ということもできる。
[Light irradiation method]
The light source for irradiating the patient or animal with light after administration of the pharmaceutical composition of this embodiment may be any light source that irradiates light with an energy level equal to or greater than that required for the photocatalyst to decompose water, i.e., light with a wavelength shorter than about 1000 nm (>about 1.23 eV), and examples of such light include sunlight, LED, xenon lamp, mercury lamp, laser, etc.
That is, after administration of the pharmaceutical composition of this embodiment, the photocatalyst can be activated by exposing the body surface to sunlight. Alternatively, for the purpose of active treatment, light can be irradiated from the body surface using the above-mentioned light source (excluding sunlight), or light can be irradiated to the affected area using a catheter or the like equipped with the above-mentioned light source (excluding sunlight). When a catheter equipped with a laser is used, it can be said to be a phototherapy that combines a laser and a photocatalyst.
<予防方法及び治療方法>
一実施形態において、本発明は、上記細胞殺傷剤の有効量を、被験体に投与することを含む、がんの予防方法を提供する。
本実施形態のがんの予防方法の対象となるがんとしては、上記「細胞殺傷剤」において例示されたがん種と同様のものが挙げられる。被験体としては、健常者であってもよく、がんの患者又はがんを発症している可能性がある者であってもよい。また、被験体は、ヒトに限定されず、上記「医薬組成物」において例示された各種哺乳動物が包含される。
<Preventive and therapeutic methods>
In one embodiment, the present invention provides a method for preventing cancer, comprising administering to a subject an effective amount of the cell-killing agent.
Examples of cancers that are the target of the cancer prevention method of this embodiment include the same cancer types exemplified in the above "Cell Killing Agent". The subject may be a healthy individual, a cancer patient, or a person who may develop cancer. In addition, the subject is not limited to humans, and includes various mammals exemplified in the above "Pharmaceutical Composition".
また、一実施形態において、本発明は、上記細胞殺傷剤の有効量を、治療を必要とする患者又は患畜に投与することを含む、がんの治療方法を提供する。 In one embodiment, the present invention provides a method for treating cancer, comprising administering an effective amount of the cell killing agent to a patient or animal in need of treatment.
或いは、一実施形態において、本発明は、上記細胞殺傷剤の有効量を、治療を必要とする患者又は患畜に投与することと、
前記被験体の腫瘍部に光を照射することと、
を含む、がんの治療方法を提供する。
Alternatively, in one embodiment, the present invention provides a method for treating a cancer, comprising administering to a human or animal patient in need of treatment an effective amount of the cell killing agent;
Irradiating a tumor site of the subject with light;
The present invention provides a method for treating cancer, comprising:
上記細胞殺傷剤は、上述したように、触媒活性が高く、当該細胞殺傷剤を投与後に、太陽光を浴びるのみでも十分に細胞殺傷効果を発揮することができるが、より有効に治療を行うために、能動的に光を照射することもできる。光源及び照射方法としては、上記「医薬組成物」において例示されたものと同様のものが挙げられる。
本実施形態のがんの予防方法の対象となるがんとしては、上記「細胞殺傷剤」において例示されたがん種と同様のものが挙げられる。また、患畜としては、上記「医薬組成物」において例示された、ヒトを除く各種哺乳動物が包含される。
As described above, the cytotoxic agent has high catalytic activity, and after administration of the cytotoxic agent, exposure to sunlight alone can be sufficient to exert a cytotoxic effect, but in order to perform treatment more effectively, light can also be actively irradiated. Examples of light sources and irradiation methods include those exemplified in the above "pharmaceutical composition".
Examples of cancers that can be treated by the cancer prevention method of this embodiment include the same types of cancers as those exemplified in the above "cell killing agent." Furthermore, examples of animals to be treated include various mammals other than humans exemplified in the above "pharmaceutical composition."
また、一実施形態において、本発明は、がんの予防又は治療のための、上記細胞殺傷剤の使用を提供する。
また、一実施形態において、本発明は、がんの予防又は治療に用いられる医薬組成物を製造するための、上記細胞殺傷剤の使用を提供する。
In one embodiment, the present invention also provides use of the cell-killing agent for the prevention or treatment of cancer.
In one embodiment, the present invention also provides use of the cell-killing agent for the manufacture of a pharmaceutical composition for use in the prevention or treatment of cancer.
<サプリメント組成物>
本実施形態のサプリメント組成物は、がんの予防に用いられるサプリメント組成物であって、上記細胞殺傷剤を含む。
Supplement Composition
The supplement composition of this embodiment is a supplement composition used for preventing cancer and contains the above-mentioned cell killing agent.
本実施形態のサプリメント組成物によれば、副作用や薬剤耐性菌の出現を抑制しながら、がんを効果的に予防することができる。本実施形態における光触媒は、上述したように、生体中で発生する水素及び酸素の量は極微量であることから人体への影響は少なく、また、投与後一定時間血液中に滞留し、その後体外に排出される。よって、安全性の面からも毎日摂取することに問題が少ないと考えられる。 The supplement composition of this embodiment can effectively prevent cancer while suppressing side effects and the emergence of drug-resistant bacteria. As described above, the photocatalyst of this embodiment generates only minute amounts of hydrogen and oxygen in the body, so it has little effect on the human body, and remains in the blood for a certain period of time after administration and is then excreted from the body. Therefore, it is considered that there are few problems with taking it every day from a safety standpoint.
本実施形態のサプリメント組成物は、飲食品に通常使用される公知の添加剤を更に含有することができる。添加剤としては、例えば、砂糖、果糖、異性化液糖、ブドウ糖、アスパルテーム、ステビア等の甘味料、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸等の酸味料、デキストリン、澱粉等の賦形剤、結合剤、希釈剤、香料、緩衝剤、増粘剤、ゲル化剤、着色剤、安定剤、乳化剤、分散剤、懸濁化剤、防腐剤等が挙げられる。 The supplement composition of this embodiment may further contain known additives that are commonly used in foods and beverages. Examples of additives include sweeteners such as sugar, fructose, isomerized liquid sugar, glucose, aspartame, and stevia, acidulants such as citric acid, malic acid, and tartaric acid, excipients such as dextrin and starch, binders, diluents, flavorings, buffers, thickeners, gelling agents, colorants, stabilizers, emulsifiers, dispersants, suspending agents, and preservatives.
本実施形態のサプリメント組成物は、粉末、ゲル状等の固形状であってもよく、ゾル錠等の半固形状であってもよく、分散液等の液体状であってもよい。 The supplement composition of this embodiment may be in a solid form such as a powder or gel, in a semi-solid form such as a sol tablet, or in a liquid form such as a dispersion.
本実施形態のサプリメント組成物が水を含む分散剤である場合には、光触媒の活性を抑制するために遮光性を有する容器等に収容して保存しておくことが好ましい。 When the supplement composition of this embodiment is a dispersant containing water, it is preferable to store it in a light-blocking container or the like to suppress the activity of the photocatalyst.
本実施形態のサプリメント組成物は、特別用途食品、栄養機能食品、栄養補助食品、健康食品、特定保健用食品、機能性表示食品に食品添加物として配合することができる。 The supplement composition of this embodiment can be incorporated as a food additive into special purpose foods, functional foods, nutritional supplements, health foods, foods for specified health uses, and foods with functional claims.
本実施形態のサプリメント組成物における光触媒の配合量は、その細胞殺傷効果が発揮できる量であればよく、上述の医薬組成物における経口投与での投与量及び対象飲食品の一般的な摂取量を考慮して、通常、成人1日当たりの摂取量が1日あたり約0.01μg以上1g以下、好ましくは約0.05μg以上100mg以下、より好ましくは約0.1μg以上10mg以下程度とすることができる。例えば、固形状の場合には0.5質量%以上50質量%以下とすることができ、液体状の場合には0.1w/v%以上10w/v%以下とすることができる。 The amount of photocatalyst in the supplement composition of this embodiment may be any amount that can exert its cell killing effect, and taking into consideration the oral dosage in the above-mentioned pharmaceutical composition and the general intake of the target food and beverage, the daily intake per adult can usually be about 0.01 μg to 1 g, preferably about 0.05 μg to 100 mg, and more preferably about 0.1 μg to 10 mg. For example, in the case of a solid form, it can be 0.5% by mass to 50% by mass, and in the case of a liquid form, it can be 0.1 w/v% to 10 w/v%.
<殺菌用組成物>
本実施形態の殺菌用組成物は、上記細胞殺傷剤を含む。
<Sterilizing Composition>
The sterilizing composition of the present embodiment contains the above-mentioned cell killing agent.
本実施形態の殺菌用組成物によれば、薬剤耐性菌の出現を抑制しながら、細菌、特に病原性細菌を効果的に殺菌することができる。 The sterilizing composition of this embodiment can effectively sterilize bacteria, particularly pathogenic bacteria, while suppressing the emergence of drug-resistant bacteria.
本実施形態の殺菌用組成物は、上記細胞殺傷剤のみでも十分に殺菌効果を有するが、殺菌及び抗菌効果を有する添加物をさらに含んでいてもよい。抗菌効果を有する添加物としては、例えば、亜硫酸ナトリウム、安息香酸ナトリウム、ソルビン酸、ソルビン酸カリウム、デヒドロ酢酸ナトリウム、パラオキシ安息香酸ブチル、プロピオン酸、エチルパラベン、プロピルパラベン、ブチルパラベン、ポリリン酸、ポリリジン、しらこたん白抽出物、エタノール、グリシン、グリセリン脂肪酸エステル、酢酸ナトリウム、チアミンラウリル硫酸塩、カンゾウ油性抽出物、キトサン、モウソウチク抽出物、リゾチーム、ローズマリー抽出物、カチオン性界面活性剤(塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、塩化セチルピリジニウム等)等が挙げられる。 The sterilizing composition of this embodiment has a sufficient sterilizing effect even with the cell killing agent alone, but may further contain an additive having sterilizing and antibacterial effects. Examples of additives having antibacterial effects include sodium sulfite, sodium benzoate, sorbic acid, potassium sorbate, sodium dehydroacetate, butyl paraoxybenzoate, propionic acid, ethylparaben, propylparaben, butylparaben, polyphosphate, polylysine, milt protein extract, ethanol, glycine, glycerin fatty acid ester, sodium acetate, thiamine lauryl sulfate, licorice oil extract, chitosan, moso bamboo extract, lysozyme, rosemary extract, cationic surfactants (benzalkonium chloride, benzethonium chloride, cetylpyridinium chloride, etc.), etc.
本実施形態の殺菌用組成物は、その効果を阻害しない範囲において、一般に殺菌用組成物に配合される他の成分、例えば、無機顔料、体質顔料等の粉末類、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、高級脂肪酸アルカノールアミド、脂肪酸モノグリセリド等の脂肪酸と多価アルコールとのエステル、保湿剤、低級アルコール、増粘剤、キレート剤、防腐剤、色素、香料等の公知の添加剤を配合することができる。 The sterilizing composition of this embodiment can contain other components that are generally blended into sterilizing compositions, for example, powders such as inorganic pigments and extender pigments, anionic surfactants, cationic surfactants, amphoteric surfactants, nonionic surfactants, esters of fatty acids and polyhydric alcohols such as higher fatty acid alkanolamides and fatty acid monoglycerides, moisturizers, lower alcohols, thickeners, chelating agents, preservatives, colorants, fragrances, and other known additives, within the scope of not impairing the effect of the sterilizing composition of this embodiment.
本実施形態の殺菌用組成物は、粉末、ゲル状等の固形状であってもよく、ゾル錠等の半固形状であってもよく、水やアルコール(エタノール等)を溶媒として用いた分散液等の液体状であってもよい。 The sterilization composition of this embodiment may be in a solid form such as a powder or gel, a semi-solid form such as a sol tablet, or a liquid form such as a dispersion using water or alcohol (ethanol, etc.) as a solvent.
本実施形態の殺菌用組成物が水を含む分散剤である場合には、光触媒の活性を抑制するために遮光性を有する容器等に収容して保存しておくことが好ましい。 When the sterilization composition of this embodiment is a dispersant containing water, it is preferable to store it in a light-blocking container or the like to suppress the activity of the photocatalyst.
本実施形態の殺菌用組成物における光触媒の配合量は、その細胞殺傷効果が発揮できる量であればよく、上述の細胞殺傷剤における標的細胞の細胞内に取り込まれる光触媒の数を考慮して、適宜調製することができるが、例えば、固形状の場合には0.5質量%以上50質量%以下とすることができ、液体状の場合には0.1w/v%以上10w/v%以下とすることができる。 The amount of photocatalyst in the sterilization composition of this embodiment may be any amount that can exert its cell killing effect, and can be appropriately adjusted taking into consideration the number of photocatalysts that are taken up into the target cells in the above-mentioned cell killing agent. For example, in the case of a solid, the amount can be 0.5% by mass or more and 50% by mass or less, and in the case of a liquid, the amount can be 0.1% by mass or more and 10% by mass or less.
[殺菌用組成物による殺菌方法]
殺菌用組成物による殺菌方法としては、本実施形態の殺菌用組成物を殺菌対象に接触させた後、光を照射することで、殺菌を行うことができる。
[Sterilization method using sterilizing composition]
As a sterilization method using the sterilizing composition, sterilization can be performed by contacting the sterilizing composition of the present embodiment with an object to be sterilized and then irradiating the object with light.
殺菌対象としては、特に限定されないが、本実施形態の殺菌用組成物を用いた殺菌方法は加熱を伴わないことから、熱に弱い素材からなる対象や加熱による殺菌が困難な対象に好適に用いられる。 There are no particular limitations on the objects to be sterilized, but since the sterilization method using the sterilizing composition of this embodiment does not involve heating, it is suitable for objects made of heat-sensitive materials or objects that are difficult to sterilize by heating.
対象への殺菌用組成物の接触方法としては、例えば、噴霧、霧吹き、浸漬(ディッピング、ソーキング等)等が挙げられる。或いは、液体状の殺菌用組成物を、紙、不織布、脱脂綿レーヨンステーブル綿、又はこれらにプラスティックフィルム等を複合した基布に含浸させてなるウェットワイパーの形態で、対象に接触させることもできる。
中でも、噴霧、又は霧吹きが好ましい。
Examples of methods for contacting the sterilizing composition with the target include spraying, misting, immersion (dipping, soaking, etc.), etc. Alternatively, the liquid sterilizing composition can be contacted with the target in the form of a wet wiper impregnated with a base fabric such as paper, nonwoven fabric, absorbent cotton, rayon stable cotton, or a combination of these with a plastic film, etc.
Among these, spraying or atomizing is preferred.
また、光源としては、上記医薬組成物において例示されたものと同様のものが挙げられる。
また、照射する光の強さとしては、上記細胞殺傷剤において例示されたものと同様のものが挙げられる。
In addition, examples of the light source include the same ones as those exemplified for the pharmaceutical composition above.
The intensity of the light to be irradiated may be the same as those exemplified for the cell killing agent above.
<インビトロで標的細胞を物理的に破壊させる方法>
本実施形態の方法は、インビトロで標的細胞を物理的に破壊させる方法であって、
上記細胞殺傷剤と、標的細胞と、を接触させて、前記細胞殺傷剤を前記標的細胞の細胞内に取り込ませることと、
前記細胞殺傷剤が取り込まれた前記標的細胞に光を照射することと、
を含む。
Methods for physically destroying target cells in vitro
The method of the present embodiment is a method for physically destroying target cells in vitro, comprising:
contacting the cell killing agent with a target cell to allow the cell killing agent to be incorporated into the target cell;
irradiating the target cells into which the cell killing agent has been incorporated with light;
Includes.
本実施形態の方法によれば、上記細胞殺傷剤が取り込まれた前記標的細胞に光を照射することで、前記光のエネルギーにより前記細胞殺傷剤に含まれる光触媒が、前記標的細胞の細胞内に含まれる水を分解し、水素及び酸素を発生させる。その後、前記水素及び前記酸素により前記標的細胞を膨張させて、インビトロで効果的に標的細胞を物理的に破壊させることができる。
標的細胞が細菌である場合に、本実施形態の方法は、殺菌方法ということもできる。
According to the method of the present embodiment, the target cells into which the cytotoxic agent has been taken up are irradiated with light, and the photocatalyst contained in the cytotoxic agent decomposes the water contained within the target cells by the energy of the light, generating hydrogen and oxygen. The target cells are then expanded by the hydrogen and oxygen, and the target cells can be effectively physically destroyed in vitro.
When the target cells are bacteria, the method of this embodiment can also be called a bactericidal method.
標的細胞としては、上記細胞殺傷剤において例示されたものと同様のものが挙げられるが、中でも、病原性細菌であることが好ましい。 Target cells include those exemplified in the above cell killing agents, but among them, pathogenic bacteria are preferred.
細胞殺傷剤と標的細胞との接触方法については、上記殺菌用組成物において例示された方法と同様のものが挙げられる。
また、光源としては、上記医薬組成物において例示されたものと同様のものが挙げられる。
また、照射する光の強さとしては、上記細胞殺傷剤において例示されたものと同様のものが挙げられる。
Methods for contacting the cell killing agent with the target cells include the same methods as those exemplified for the above-mentioned sterilizing composition.
In addition, examples of the light source include the same ones as those exemplified for the pharmaceutical composition above.
The intensity of the light to be irradiated may be the same as those exemplified for the cell killing agent above.
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[実施例1]
(がん細胞の破壊試験)
1.細胞殺傷剤の作製の形成
反応溶媒であるジフェニルエーテル、GaI3、InI3及びNaNH2を投入後、混合し、当該混合溶液を温度300℃で1時間保持した。これにより、In60Ga40N(第1の半導体)からなる、平均粒子径5nmの光触媒結晶のコア粒子を成長させた。なお、コア粒子の平均粒子径は、TEM及び動的光散乱法により測定した。
その後、コア粒子を分散させるトルエンと、当該粒子体から不要な原料を除去するエタノールと、を交互に用いた遠心分離処理を繰り返して、コア粒子を精製し、シクロヘキサンに分散させた。
次いで、得られたコア粒子の分散液に、チタンテトライソプロポキシド、界面活性剤としてオクチルフェノールエトキシレート、及びアンモニア水を添加し、加水分解させて、In60Ga40Nからなるコア粒子の周囲に、平均粒子径0.3nmのTiO2(第2の半導体)を形成させて、タイプII型であって、コアシェル型のInGaN(コア)/TiO2(シェル)粒子を得た。なお、TiO2の平均粒子径は、TEM及び動的光散乱法により測定した。
次いで、得られたInGaN/TiO2粒子のクロロホルム分散液に、3-メルカプトプロピオン酸ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムのメタノール溶液を添加して70℃で反応させ、カルボキシ基を修飾した。
さらに、細胞透過性及び標的細胞を特異的に認識する性質を付与するため、膜透過性ペプチドであるアルギニンペプチド(R8)及びがん細胞に選択的な結合をするチオール末端の葉酸修飾ポリエチレングリコールを、カルボキシ基修飾した粒子と混合し、がん細胞破壊用の光触媒を得た。
[Example 1]
(Cancer cell destruction test)
1. Formation of the cell killing agent After adding diphenyl ether, GaI 3 , InI 3 and NaNH 2 as a reaction solvent, they were mixed and the mixed solution was kept at a temperature of 300° C. for 1 hour. This allowed the growth of core particles of photocatalytic crystals made of In 60 Ga 40 N (first semiconductor) with an average particle size of 5 nm. The average particle size of the core particles was measured by TEM and dynamic light scattering.
Thereafter, the core particles were purified by repeating a centrifugation process using alternately toluene to disperse the core particles and ethanol to remove unnecessary raw materials from the particles, and then dispersed in cyclohexane.
Next, titanium tetraisopropoxide, octylphenol ethoxylate as a surfactant, and ammonia water were added to the obtained dispersion of core particles, and hydrolysis was performed to form TiO 2 (second semiconductor) with an average particle size of 0.3 nm around the core particles made of In 60 Ga 40 N, thereby obtaining type II core-shell type InGaN (core)/TiO 2 (shell) particles. The average particle size of TiO 2 was measured by TEM and dynamic light scattering.
Next, a methanol solution of sodium 3-mercaptopropionate and tetramethylammonium hydroxide was added to the resulting chloroform dispersion of InGaN/TiO 2 particles and reacted at 70° C. to modify the carboxyl groups.
Furthermore, in order to impart cell permeability and the ability to specifically recognize target cells, a membrane-permeable peptide, arginine peptide (R8), and thiol-terminated folic acid-modified polyethylene glycol, which selectively binds to cancer cells, were mixed with the carboxyl group-modified particles to obtain a photocatalyst for destroying cancer cells.
2.がん細胞破壊試験
上記「1.」で得られた光触媒の分散液(200nmol/L)をHeLa細胞に噴霧して、エンドサイトーシスにより細胞内に取り込ませた。細胞1個あたりに取り込まれた光触媒の数を光吸収により測定したところ、約2万個であった。なお、光吸収による細胞1個あたりに取り込まれた光触媒の数の測定方法として具体的には、まず、HeLa細胞の培養液に濃度が既知の光触媒の分散液を噴霧して光触媒を取り込ませた後、残った光触媒の分散液を回収した。次いで、噴霧前の光触媒の分散液の濃度と回収した光触媒の分散液の濃度の差を光吸収量で比較して、光触媒の取込量を算出した。次いで、波長700nmの赤外光(エネルギー密度0.1mW/cm2)を10分間照射した。これにより、細胞内の水を光触媒により分解し、水素及び酸素を発生させた。これら水素及び酸素からなる気泡によって細胞が膨張し、細胞膜が物理的に破壊されて、がん細胞が死滅した。がん細胞が死滅したことは、光学顕微鏡による目視観察で確認した。
2. Cancer cell destruction test The dispersion of the photocatalyst (200 nmol/L) obtained in "1." above was sprayed onto HeLa cells, and the cells were taken up by endocytosis. The number of photocatalysts taken up per cell was measured by light absorption, and was about 20,000. The method for measuring the number of photocatalysts taken up per cell by light absorption was as follows: First, a dispersion of a photocatalyst with a known concentration was sprayed onto the culture medium of HeLa cells to allow the photocatalyst to be taken up, and the remaining dispersion of the photocatalyst was collected. Next, the difference between the concentration of the dispersion of the photocatalyst before spraying and the concentration of the dispersion of the photocatalyst collected was compared in terms of the amount of light absorption to calculate the amount of the photocatalyst taken up. Next, infrared light with a wavelength of 700 nm (energy density 0.1 mW/cm 2 ) was irradiated for 10 minutes. This caused the water in the cells to be decomposed by the photocatalyst, generating hydrogen and oxygen. The cells expanded due to the bubbles of hydrogen and oxygen, and the cell membrane was physically destroyed, resulting in the death of the cancer cells. The death of the cancer cells was confirmed by visual observation using an optical microscope.
本実施形態の細胞殺傷剤によれば、副作用や薬剤耐性菌の出現を抑制し、且つ、より効果的且つ効率的にがん細胞や各種病原性細菌を殺傷できる。 The cell killing agent of this embodiment can suppress side effects and the emergence of drug-resistant bacteria, and can kill cancer cells and various pathogenic bacteria more effectively and efficiently.
10,20,30,40…粒子(光触媒)
11,21,31,41…コア
12,22,32,42…シェル
13,23,33,43…細胞透過性を有する修飾物質(修飾物質)
14,24,34,44…標的細胞を特異的に認識する物質(特異的認識物質)
10, 20, 30, 40...particles (photocatalyst)
11, 21, 31, 41 ...
14, 24, 34, 44...Substances that specifically recognize target cells (specific recognition substances)
Claims (9)
前記粒子の表面に設けられ、標的細胞を特異的に認識する物質と、
前記粒子の表面に設けられ、前記標的細胞に対する細胞透過性を有する修飾物質と、を有し、
前記粒子は、化合物半導体で構成され、
前記化合物半導体は、第1の半導体と第2の半導体とを含み、
前記粒子は、前記第1の半導体と前記第2の半導体のいずれか一方をコア、他方をシェルとするコアシェル構造を有し、
前記粒子のバンド構造は、タイプII型であり、
前記第1の半導体の価電子帯における最高エネルギー準位が、水の酸化電位よりも正であり、
前記第2の半導体の導電帯における最低エネルギー準位が水の還元電位よりも負である、細胞殺傷剤。 Particles that are photocatalysts;
A substance provided on the surface of the particle that specifically recognizes a target cell;
A modifying substance provided on the surface of the particle and having cell permeability to the target cell,
the particles are made of a compound semiconductor;
the compound semiconductor includes a first semiconductor and a second semiconductor;
the particle has a core-shell structure in which one of the first semiconductor and the second semiconductor is a core and the other is a shell,
The band structure of the grain is type II,
the highest energy level in the valence band of the first semiconductor is more positive than the oxidation potential of water;
A cell-killing agent, wherein the lowest energy level in the conduction band of said second semiconductor is more negative than the reduction potential of water.
請求項1~6のいずれか一項に記載の細胞殺傷剤と、標的細胞と、を接触させて、前記細胞殺傷剤を前記標的細胞の細胞内に取り込ませることと、
前記細胞殺傷剤が取り込まれた前記標的細胞に光を照射することと、を含む方法。 1. A method for physically disrupting target cells in vitro, comprising:
Contacting a target cell with the cell killing agent according to any one of claims 1 to 6 to allow the cell killing agent to be incorporated into the target cell;
and irradiating the target cells into which the cell-killing agent has been incorporated with light.
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