JP7696559B2 - Device for inducing immune cells into tumor tissue - Google Patents
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Description
本発明は、腫瘍組織へ低温大気圧プラズマを噴射することにより腫瘍に対して非侵襲的に免疫細胞を誘導し局所免疫を賦活化して、腫瘍の治療・悪化防止・予防に用いることができる、腫瘍組織への免疫細胞誘導装置に関するものである。 The present invention relates to a device for inducing immune cells into tumor tissue, which can be used to treat, prevent, or prevent tumors by injecting low-temperature atmospheric pressure plasma into the tumor tissue to non-invasively induce immune cells into the tumor and activate local immunity.
腫瘍、特に転移し易い悪性腫瘍、例えば胃癌、肺癌、大腸癌、乳癌などは、日本人の死因の第一位である。このような腫瘍の治療には、腫瘍原発巣やリンパ節例えば乳癌原発巣から微小腫瘍細胞が転移し又は転移しつつあるセンチネルリンパ節や、腫瘍原発巣のみならず転移した他の臓器の外科的な切除手術療法、抗癌剤や分子標的剤のような化学療法、ホルモン療法のような内分泌療法、X線・電子線・陽子線、重粒子線・α線・β線・γ線のような放射線を用いた放射線療法、若しくは薬物療法と手術とを併用した集学的治療が行われる。 Tumors, especially malignant tumors that are prone to metastasis, such as stomach cancer, lung cancer, colon cancer, and breast cancer, are the leading cause of death among Japanese people. Treatment for such tumors includes surgical resection of the primary tumor site or lymph nodes, such as sentinel lymph nodes to which microtumor cells have metastasized or are metastasizing from the primary tumor site of breast cancer, as well as the primary tumor site and other organs to which the tumor has metastasized; chemotherapy using anticancer drugs or molecular targeted agents; endocrine therapy such as hormone therapy; radiation therapy using radiation such as X-rays, electron beams, proton beams, heavy particle beams, alpha beams, beta beams, and gamma beams; or multidisciplinary treatment combining drug therapy with surgery.
切除手術療法は人体的・精神的ダメージが大きく、化学療法では腫瘍細胞のみならず正常細胞へのダメージのため吐き気や下痢や脱毛など重篤な副作用を惹起する可能性が高く、内分泌療法ではほてりや関節筋肉障害などの副作用を惹き起こし易く、放射線療法では骨髄抑制や発疹のような急性障害の他に味覚障害や呼吸障害や下血やリンパ浮腫などの晩期障害の恐れがある。 Surgical resection therapy causes great physical and psychological damage, chemotherapy is highly likely to cause serious side effects such as nausea, diarrhea, and hair loss due to damage not only to tumor cells but also to normal cells, endocrine therapy is likely to cause side effects such as hot flashes and joint and muscle disorders, and radiation therapy can cause acute disorders such as bone marrow suppression and rashes, as well as late-stage disorders such as taste disorders, respiratory disorders, bloody stools, and lymphedema.
近年、新たな腫瘍治療法として低温大気圧プラズマ技術が試みられている。例えば特許文献1には、電極の対向面に凹部の形成された対向電極対と、前記対向電極対間のプラズマ発生領域を覆う筐体と、前記筐体にプラズマを発生させるガスを導入するガス導入口と、前記対向電極対により発生されたプラズマを前記筐体の外部に照射するための照射部とを有し、前記対向電極対はプラズマ密度が1×1014cm-3以上1×1017cm-3以下の範囲内のプラズマを発生させるものであり、前記照射部は、そのプラズマを卵巣腫瘍細胞に照射するものである卵巣癌治療装置が、開示されている。このような卵巣癌治療装置は、低温大気圧プラズマ照射部位で専ら、卵巣癌細胞が、低温大気圧プラズマによる直接的なアポトーシスにより、死滅するというものである。 In recent years, low-temperature atmospheric pressure plasma technology has been attempted as a new tumor treatment method. For example, Patent Document 1 discloses an ovarian cancer treatment device having a pair of opposing electrodes with recesses formed on the opposing surfaces of the electrodes, a housing covering a plasma generation area between the pair of opposing electrodes, a gas inlet for introducing a gas that generates plasma into the housing, and an irradiation unit for irradiating the plasma generated by the pair of opposing electrodes to the outside of the housing, the pair of opposing electrodes generating plasma with a plasma density in the range of 1×10 14 cm −3 to 1×10 17 cm −3 , and the irradiation unit irradiating the plasma to ovarian tumor cells. In this ovarian cancer treatment device, ovarian cancer cells are killed exclusively at the site irradiated with the low-temperature atmospheric pressure plasma by direct apoptosis caused by the low-temperature atmospheric pressure plasma.
また、プラズマを腫瘍細胞に直接照射するのではなく、照射された溶液に抗腫瘍効果が見出されている。例えば特許文献2には、腫瘍細胞を選択的に死滅させる抗腫瘍水溶液において、リン酸水素二ナトリウムと、炭酸水素ナトリウムと、L-グルタミンと、L-ヒスチジンと、L-チロシン二ナトリウム二水和物とのうちの少なくとも1種類を含む溶質を水に溶かした第1の水溶液に大気圧プラズマを照射して第2の水溶液とし、前記第2の水溶液を冷凍したものである抗腫瘍水溶液が開示されている。
In addition, rather than directly irradiating tumor cells with plasma, an antitumor effect has been found in the irradiated solution. For example,
さらに、特許文献3には、R1-NHCH2COCH2CH2COOR2で示される化合物またはその塩もしくはエステルを含む、プラズマ療法による癌または腫瘍の治療効果を増強するための医薬組成物が、開示されている。特許文献3には、この医薬組成物を用いた、プラズマ直接照射による腫瘍に対する直接的な殺細胞効果が、開示されている。 Furthermore, Patent Document 3 discloses a pharmaceutical composition for enhancing the therapeutic effect of cancer or tumor by plasma therapy, which contains a compound represented by R 1 -NHCH 2 COCH 2 CH 2 COOR 2 or a salt or ester thereof. Patent Document 3 discloses a direct cell-killing effect on tumors by direct plasma irradiation using this pharmaceutical composition.
しかし、プラズマ照射した局所乃至やや深部にある腫瘍とりわけ腫瘍原発巣やそこからの転移部位で局所免疫を誘導することは、知られていない。 However, it is not known whether plasma irradiation induces local immunity in tumors located locally or at a slightly deeper site, especially in the primary tumor site or in the metastatic site from the primary tumor.
また、非特許文献1に、低温大気圧プラズマ照射による表面の皮膚の免疫について解析されている。この非特許文献1は、低温大気圧プラズマ照射による皮膚傷害を主に検討したものであり、照射部位の皮膚に炎症細胞浸潤を認め、有害事象としての照射部位の皮膚に直接的な炎症反応を惹起するというものであるが、治療効果を有する腫瘍免疫惹起や免疫誘導というよりは、照射部位の熱傷(96℃)のよる炎症反応の惹起である。 In addition, Non-Patent Document 1 analyzes the immunity of the surface skin due to exposure to low-temperature atmospheric pressure plasma. This Non-Patent Document 1 mainly examines skin damage due to low-temperature atmospheric pressure plasma exposure, and finds that inflammatory cell infiltration is observed in the skin at the irradiated site, and that a direct inflammatory reaction is induced in the skin at the irradiated site as an adverse event. However, this is not a tumor immunity induction or immune induction that has a therapeutic effect, but rather an inflammatory reaction induced by a burn (96°C) at the irradiated site.
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、腫瘍に対して低温大気圧プラズマを噴射して、非侵襲的に免疫細胞を誘導して局所免疫を賦活化し、低温大気圧プラズマ照射部位のみならずその近傍で広範囲に腫瘍病巣でのアポトーシスを間接的に誘導して、簡便かつ短時間で有効に腫瘍の治療・悪化防止・予防に用いる簡素で汎用性の高い腫瘍組織への免疫細胞誘導装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and aims to provide a simple and versatile device for inducing immune cells into tumor tissue that can be used to treat, prevent the progression of, and prevent tumors easily, quickly, and effectively by injecting low-temperature atmospheric pressure plasma onto a tumor, non-invasively inducing immune cells to activate local immunity, and indirectly inducing apoptosis in tumor lesions over a wide area not only at the site of low-temperature atmospheric pressure plasma irradiation but also in the vicinity.
前記の目的を達成するためになされた腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、管状誘電体であるガラス管又は石英管内でガスを導通させるガス流路と、前記管状誘電体の外側を囲んでいる管状の中電極並びにその中電極よりも上流側に70mmの距離をおいて配置された上流側接地電極及びその中電極よりも下流側に40mmの距離をおいて配置された下流側接地電極と、それら電極の間で前記ガスの導通下で大気圧下においてプラズマを室温にて発生させるために印加する電源と、前記プラズマにより生成したプラズマ気流を前記ガス流路の先端にて腫瘍組織へ直接的に及び/又は間接的に噴射するための単一又は複数のプラズマ気流噴出口とを有することによって前記プラズマで前記腫瘍組織に免疫細胞を誘導させるためのものである。 The device for inducing immune cells into tumor tissue, which has been made to achieve the above-mentioned object, comprises a gas flow path for conducting gas within a tubular dielectric such as a glass tube or quartz tube, a tubular middle electrode surrounding the outside of the tubular dielectric, an upstream ground electrode arranged 70 mm upstream of the middle electrode, and a downstream ground electrode arranged 40 mm downstream of the middle electrode, a power source applied to generate plasma at room temperature under atmospheric pressure while the gas is conducted between these electrodes, and a single or multiple plasma airflow nozzles for spraying the plasma airflow generated by the plasma directly and/or indirectly into tumor tissue at the tip of the gas flow path , thereby inducing immune cells into the tumor tissue with the plasma.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、前記プラズマ気流噴出口が口径を1mm以下にすることにより、活性酸素窒素種の生成効率を高めるとともに前記免疫細胞を誘導し局所免疫を賦活化するものであることが好ましい。これまでの実験ではプラズマ気流噴出口が口径を200~700μmとする場合、高い効果が得られた。 This immune cell induction device for tumor tissue is preferably one in which the diameter of the plasma airflow nozzle is 1 mm or less, thereby increasing the efficiency of generating reactive oxygen and nitrogen species and inducing the immune cells to activate local immunity. In previous experiments, high effectiveness was obtained when the diameter of the plasma airflow nozzle was 200 to 700 μm.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、前記ガスの流量が、生体組織を乾燥させないように、1.5L/分以下、好ましくは0.5~1.5L/分になるようにする。例えば、前記プラズマ気流噴出口が口径を650μmの場合1L/分であるというものである。 This device for inducing immune cells into tumor tissue sets the flow rate of the gas at 1.5 L/min or less, preferably 0.5 to 1.5 L/min, so as not to dry out the biological tissue. For example, if the plasma airflow nozzle has a diameter of 650 μm, the flow rate is 1 L/min.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、前記プラズマが、例えばプラズマから腫瘍組織へ流れる平均電流を400μA以下に制限されたというものである。 This immune cell induction device for tumor tissue limits the average current flowing from the plasma to the tumor tissue to, for example, 400 μA or less.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置に用いられる前記ガスとしては、例えばヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス、又はこれら何れかの混合ガスが挙げられる。 The gases used in this device for inducing immune cells into tumor tissue include, for example, helium gas, argon gas, nitrogen gas, oxygen gas, or a mixture of any of these gases.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、前記先端が先細りとなっており、及び/又は前記プラズマ気流噴出口が前記管状誘電体の管径よりも細径となっていることが好ましく、さらに前記プラズマ気流から腫瘍組織へ流れる平均電流を400μA以下に制限することが好ましい。 It is preferable that this immune cell induction device for tumor tissue has a tapered tip and/or that the plasma airflow outlet has a smaller diameter than the tube diameter of the tubular dielectric, and further that the average current flowing from the plasma airflow to the tumor tissue is limited to 400 μA or less.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、ガラス又は石英管でプラズマが生成される誘電体バリアー放電である。前記誘電体によりプラズマの発生がパルス放電プラズマのように間欠に発生する。全ての電極が誘電体の外部に設置される完全な誘電体バリアー(放電空間に電極を設けない構造)を設けていることにより、プラズマの密度は、比較的に低いものの熱による影響を最低限にすることが可能とするものであると、一層好ましい。 This immune cell induction device for tumor tissue is a dielectric barrier discharge in which plasma is generated in a glass or quartz tube. The dielectric generates plasma intermittently, like pulsed discharge plasma. By providing a complete dielectric barrier (a structure in which no electrodes are provided in the discharge space) in which all electrodes are installed outside the dielectric, it is even more preferable that the plasma density is relatively low, but the effects of heat can be minimized.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、前記プラズマ気流噴出口が、内視鏡の先端、カテーテルの先端、又はプローブの先端に設けられているものであってもよい。 This immune cell induction device for tumor tissue may be one in which the plasma airflow outlet is provided at the tip of an endoscope, the tip of a catheter, or the tip of a probe.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、プラズマ気流をワンショット又はマルチショットで、前記腫瘍組織に一方向へ又は多方向へ噴射するものである。
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、高電圧電源の出力をスイッチング装置によって、前記ワンショット又は前記マルチショットを噴射するものである。
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、前記腫瘍組織が、in vivoで、腫瘍原発巣、腫瘍細胞、微小腫瘍細胞、体表リンパ節、センチネルリンパ節、リンパ節、血管、播種性腫瘍組織、及び/又は転移組織であるというものである。
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、前記腫瘍組織に、Bリンパ球、マクロファージ、好中球、T細胞、NK細胞、樹状細胞、及び/又は形質細胞を増加させるために、前記プラズマ気流を局所的に噴射して使用するためのものである。
前記の目的を達成するためになされた前記腫瘍組織への免疫細胞誘導装置を使用する方法は、前記プラズマ気流をワンショット又はマルチショットで、前記腫瘍組織に一方向へ又は多方向へ噴射するというものである。
This device for inducing immune cells into tumor tissue injects a plasma stream into the tumor tissue in one direction or in multiple directions with one shot or multiple shots.
This device for inducing immune cells into tumor tissue ejects the one-shot or multi-shot by using a switching device to switch the output of a high-voltage power supply.
This device for inducing immune cells into tumor tissue is such that the tumor tissue is a primary tumor focus, tumor cells, microtumor cells, superficial lymph nodes, sentinel lymph nodes, lymph nodes, blood vessels, disseminated tumor tissue, and/or metastatic tissue in vivo.
This immune cell induction device for tumor tissue is intended to locally inject the plasma stream in order to increase B lymphocytes, macrophages, neutrophils, T cells, NK cells, dendritic cells, and/or plasma cells in the tumor tissue.
The method of using the immune cell induction device to tumor tissue, which has been made to achieve the above-mentioned object, involves spraying the plasma airflow into the tumor tissue in one direction or in multiple directions with one shot or multiple shots.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置の使用方法は、例えば高電圧電源の出力をスイッチング装置よって、前記ワンショット又はマルチショットを、ショット当たり数秒~十数分間噴射するように、使用するというものである。 The method of using this immune cell induction device for tumor tissue involves, for example, using a switching device to switch the output of a high-voltage power supply so that the one-shot or multi-shot is sprayed for a period of several seconds to several tens of minutes per shot.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置の使用方法は、前記腫瘍組織が、in vivoで、腫瘍原発巣、腫瘍細胞、微小腫瘍細胞、体表リンパ節、センチネルリンパ節、リンパ節、血管、播種性腫瘍組織、及び/又は転移組織であることが好ましい。 In the method of using this immune cell induction device in tumor tissue, the tumor tissue is preferably a primary tumor focus, tumor cells, microtumor cells, superficial lymph nodes, sentinel lymph nodes, lymph nodes, blood vessels, disseminated tumor tissue, and/or metastatic tissue in vivo.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置の使用方法は、前記腫瘍組織に、Bリンパ球、マクロファージ、好中球、T細胞、NK細胞、樹状細胞、及び/又は形質細胞を増加させるために、前記プラズマ気流を局所的に噴射して使用するというものである。 The method of using this immune cell induction device in tumor tissue involves locally injecting the plasma stream into the tumor tissue to increase B lymphocytes, macrophages, neutrophils, T cells, NK cells, dendritic cells, and/or plasma cells.
本発明の腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、室温下にて低温大気圧プラズマによるプラズマ気流を噴射(プラズマ直接照射)して、腫瘍組織に対して非侵襲的に免疫細胞を誘導して局所免疫を賦活化することができるというものである。 The device for inducing immune cells into tumor tissue of the present invention can non-invasively induce immune cells into tumor tissue and activate local immunity by injecting a plasma stream (direct plasma irradiation) generated by low-temperature atmospheric pressure plasma at room temperature.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置を使用すれば、生体の腫瘍組織即ちin vivoでの低温大気圧プラズマによるプラズマ気流の噴射により、従来のようなプラズマ直接照射による腫瘍細胞の直接的な殺菌効果や直接的なアポトーシス誘導ではなく、免疫細胞誘導を介した免疫反応による間接的なアポトーシス誘導による効果によって、従来のプラズマ装置とは全く異なる作用機序を発現することができる。 By using this immune cell induction device for tumor tissue, the plasma airflow produced by low-temperature atmospheric pressure plasma can be sprayed onto tumor tissue in vivo, i.e., in vivo, and instead of the direct sterilization effect or direct apoptosis induction of tumor cells by direct plasma irradiation as in the past, it is possible to exert an action mechanism that is completely different from that of conventional plasma devices by indirectly inducing apoptosis through an immune response via immune cell induction.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置を使用すれば、腫瘍組織、とりわけ腫瘍原発巣や転移しつつある微小腫瘍細胞の他、転移した又は転移しつつある体表リンパ節・センチネルリンパ節・リンパ節・血管・播種性腫瘍組織や、転移した臓器のような転移組織に対して、簡便かつ短時間で、安全かつ有効に、正常組織を損傷することなく、腫瘍の治療・悪化防止・予防に用いることができる。 This device for inducing immune cells into tumor tissue can be used to treat, prevent the progression of, and prevent tumors easily, quickly, safely, and effectively without damaging normal tissues, in tumor tissues, particularly primary tumor lesions and metastatic microtumor cells, as well as metastatic tissues such as surface lymph nodes, sentinel lymph nodes, lymph nodes, blood vessels, disseminated tumor tissues that have metastasized or are metastasizing, and metastatic tissues such as metastatic organs.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、前記プラズマ気流を腫瘍組織へ局所的に噴射して使用することにより、腫瘍組織内に、免疫細胞、とりわけBリンパ球、マクロファージ、好中球、T細胞、NK細胞、樹状細胞、及び/又は形質細胞を増加させることができ、その結果、腫瘍組織中の腫瘍細胞の壊死を誘導することによって、腫瘍の治療・悪化防止・予防を行うことができるというものである。 This device for inducing immune cells into tumor tissue can increase immune cells, particularly B lymphocytes, macrophages, neutrophils, T cells, NK cells, dendritic cells, and/or plasma cells, in the tumor tissue by locally spraying the plasma stream onto the tumor tissue, thereby inducing necrosis of tumor cells in the tumor tissue and thereby treating, preventing the progression of, and preventing tumors.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置によれば、腫瘍組織の全体に渡ってプラズマ気流を噴射しなくても、腫瘍組織の一部にプラズマ気流を所定時間照射するだけで、免疫細胞を誘導して局所免疫を賦活化させ、それによって患者自身の免疫作用を増強させる結果、腫瘍組織全体の腫瘍細胞を壊死に誘導させることができる。 With this device for inducing immune cells into tumor tissue, it is possible to induce immune cells and activate local immunity by simply irradiating a portion of the tumor tissue with the plasma airflow for a specified period of time, without having to spray the plasma airflow over the entire tumor tissue, thereby enhancing the patient's own immune function and inducing necrosis of tumor cells throughout the tumor tissue.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置によれば、表皮の腫瘍組織の腫瘍細胞のみならず、皮下の腫瘍組織の腫瘍細胞を壊死に誘導できるので、非浸潤的な治療を行うことができる。 This device for inducing immune cells into tumor tissue can induce necrosis in not only tumor cells in epidermal tumor tissue, but also tumor cells in subcutaneous tumor tissue, allowing for non-invasive treatment.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、簡素で汎用性の高いばかりか、複雑で大掛かりな装置としなくても、小型で持ち運び可能なポータブル性に優れ、様々な医療現場で簡便に使用することができる。 This device for inducing immune cells into tumor tissue is not only simple and versatile, but also small and portable, so it can be easily used in a variety of medical settings without the need for complex, large-scale equipment.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置は、簡素な構造であるので、安価で簡便に製造できる。 This device for inducing immune cells into tumor tissue has a simple structure and can be manufactured cheaply and easily.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置の使用方法によれば、免疫細胞を誘導し、腫瘍組織を壊死に間接的に誘導でき、副作用をほとんど惹き起こさずに、腫瘍治療に用いることができる。 This method of using an immune cell induction device in tumor tissue can induce immune cells and indirectly induce necrosis in tumor tissue, making it possible to use the device in tumor treatment with almost no side effects.
以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。 The following describes in detail the embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments.
本発明の腫瘍組織への免疫細胞誘導装置1は、その模式図である図1に示すように、低温大気圧プラズマ発生装置10と、ガスボンベ23を有するガス供給装置20と、プラズマ52を発生させる電圧印加装置30と、キャリアガス51の供給及びプラズマ52の発生を制御するパーソナルコンピュータ(PC)であるプラズマ発生制御装置40とを有している。 As shown in the schematic diagram of FIG. 1, the device 1 for inducing immune cells into tumor tissue of the present invention includes a low-temperature atmospheric pressure plasma generator 10, a gas supply device 20 having a gas cylinder 23, a voltage application device 30 for generating plasma 52, and a plasma generation control device 40 which is a personal computer (PC) for controlling the supply of carrier gas 51 and the generation of plasma 52.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置1は、プラズマ気流噴出口15を細く設けることで、腫瘍組織へ流れるガス流量を0.5~1.5L/分に低くすることにより、腫瘍組織の乾燥を抑制することができる。さらに噴出口を細く設けることで、腫瘍組織へ流れる電流を抑制することもできる。その結果、腫瘍組織とその周辺の正常組織のジュール熱による熱的損傷を抑制することができる。
This immune cell induction device 1 for tumor tissue can prevent the tumor tissue from drying out by narrowing the
低温大気圧プラズマ発生装置10は、プラズマ52の発生によって生成されるプラズマ気流53を噴出させるためのものである。低温大気圧プラズマ発生装置10には、ガス流路11を形成する内管誘電体としてガラス製又は石英製の管状誘電体13が設けられ、その管状誘電体13の根元側で可撓性のガス配管21、並びに開閉弁22a・圧力調整器22b及びガス流量調整器22cを介してガスボンベ23に繋がり、管状誘電体13の他方の先端側がポリテトラフルオロエチレンのような誘電体製の円筒状であってプラズマ気流噴出口15だけ開いているノズル16で塞ぐように、管状誘電体13を取り巻きつつ被せられている。ノズル16に管状誘電体13の管径よりも細径のプラズマ気流53を噴出するプラズマ気流噴出口15が開けられている。
The low-temperature atmospheric pressure plasma generator 10 is for ejecting the plasma airflow 53 generated by the generation of plasma 52. The low-temperature atmospheric pressure plasma generator 10 is provided with a tubular dielectric 13 made of glass or quartz as an inner tube dielectric forming a gas flow path 11, and the base side of the tubular dielectric 13 is connected to a gas cylinder 23 via a flexible gas pipe 21, an on-off valve 22a, a pressure regulator 22b, and a gas flow regulator 22c, and the other end side of the tubular dielectric 13 is surrounded and covered by a nozzle 16 made of a dielectric material such as polytetrafluoroethylene, which is cylindrical and has only the
管状誘電体13には、ガス流路11を取り巻くように間隙を開けて設けられた円筒形状のポリテトラフルオロエチレン(テフロン;登録商標)製のような外筒誘電体である外筒ケース14が、設けられている。管状誘電体13と接するように筒状同軸の中電極12bが取り巻いている。管状誘電体13の上流側には、外筒ケース14と接するように筒状同軸の上流側電極12aが取り巻いている。また、管状誘電体13の下流側には、ノズル16と接するように筒状同軸の下流側電極12cが取り巻いている。12aと12bの距離は70mm、12bと12cの距離は40mmとなっている。ガラス管の厚さは1mmとなっている。
The tubular dielectric 13 is provided with an
中電極12bと、上流側接地電極12a及び下流側接地電極12cとからなる電極12は、高電圧電源31に接続されている。上流側接地電極12a及び下流側接地電極12cは、接地されている。 The electrode 12, which is composed of the middle electrode 12b, the upstream ground electrode 12a, and the downstream ground electrode 12c, is connected to a high-voltage power supply 31. The upstream ground electrode 12a and the downstream ground electrode 12c are grounded.
高電圧電源31で電極12間に交流又はパルス電圧を印加すると誘電体バリア放電を生ずる結果、プラズマ52を発生するようになっている。プラズマ52によりガス流路11中のキャリアガス51の流れによってプラズマ気流53がプラズマ気流噴出口15から患者の腫瘍領域60へ向け噴出されるようになっている。
When an AC or pulse voltage is applied between the electrodes 12 by the high-voltage power supply 31, a dielectric barrier discharge occurs, generating plasma 52. The plasma 52 causes a plasma airflow 53 to be ejected from the
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置1は、上流側接地電極12aと中電極12bの間で安定なプラズマを発生することとプラズマ気流を供給する下流側(中電極12bと下流側接地電極12cの間)を分ける二分化された構造であることから、従来のような二つの電極及び単電極プラスマを発生する装置よりも、低いガス流量下でも安定なプラズマを発生及び維持することができる。さらにプラズマ気流噴出口15を設けることでプラズマ気流に含まれている荷電粒子及び励起種の供給量を制御することができる。
This immune cell induction device 1 for tumor tissue has a bifurcated structure that separates the downstream side (between the middle electrode 12b and the downstream ground electrode 12c) from the upstream side that generates stable plasma between the upstream ground electrode 12a and the middle electrode 12b, and supplies the plasma airflow. Therefore, it can generate and maintain stable plasma even under a low gas flow rate, compared to conventional devices that generate plasma with two electrodes and a single electrode. Furthermore, by providing a
管状誘電体13は、誘電体製の管状のもので例えばガラス管であっても石英管であってもよい。プラズマ気流噴出口15は、例えば管状誘電体13の先端側でノズル16で塞がれつつノズル16の中央に管状誘電体13と同軸状に小口径の噴出孔として設けられたものである。プラズマ気流噴出口15は、その口径を650μmとするものである。最大15分程度のプラズマ照射で生体組織が乾燥しないような適切な口径は数百μm程度である。口径がこの範囲よりも大き過ぎると安定にプラズマを維持するために大量のキャリアガスが必要となり、生体組織が乾燥しやすくなる。さらにプラズマ気流噴出口15が大きくなるとともに生体組織へ流れる電流も増加する。その結果、生体組織はジュール熱による損傷が起こる。
The tubular dielectric 13 is a tube made of dielectric material, and may be, for example, a glass tube or a quartz tube. The
プラズマ気流噴出口15は、図1中、管状誘電体13の先端を塞いでいるノズル16に開けられた例を示したが、図2(a)に示すようにノズルを用いず、同径の管状誘電体13の先端がプラズマ気流噴出口15を兼ねていてもよい。プラズマ気流噴出口15は、同図(b)に示すように、管状誘電体13の先端がドーム状に塞がれ又は先細りに窄まった単孔であってもよい。プラズマ気流噴出口15は、同図(c)に示すように、ノズル16に開けられた複数の孔であってもよい。プラズマ気流噴出口15は、同図(d)に示すように、管状誘電体13の先端を塞ぐ円錐状乃至ドーム状のノズル16が先細りに窄まった先端に開けられたものであってもよい。
In FIG. 1, the
図2(e)に示すように、ノズル16には、プラズマ気流噴出口15から腫瘍領域60表面までの所定の距離を保てるように、サポータ16aが設けられていてもよい。具体的には、図3に示すように、ポリテトラフルオロエチレン製のノズルから、4本の爪状のサポータ16aが伸びて設けられ、4本のサポータ16aの先端が内側に曲がっていてもよい。サポータ16aは、プラズマ気流噴出口15から腫瘍領域60表面までの距離を、ガス流量及びプラズマジェットの長さに応じて10~20mmにするように、調整されていることが好ましい。
As shown in FIG. 2(e), the nozzle 16 may be provided with a supporter 16a to maintain a predetermined distance from the
図2(c)~(e)のようなノズル16は、必要に応じて適宜付け替えることができる。例えば、図3に示すように、ノズル16の直径・形状、プラズマ気流噴出口15の口径、サポータ16aの長さを適宜調整したノズル16に付け替えるというものであってもよい。
The nozzles 16 shown in Figures 2(c) to (e) can be replaced as needed. For example, as shown in Figure 3, the diameter and shape of the nozzle 16, the aperture of the
なお、図を示していないが、管状誘電体13の外径が一定のまま内径のみが先細りとなって先端が開いた単孔であってもよく、管状誘電体13ごと先細りとなって先端が開いた単孔であってもよく、管状誘電体13自体が同径の細管となっていることによって先端が開いた単孔であってもよく、管状誘電体13の先端に多数の孔があいた複数孔であってもよく、前記口径の範囲内の楕円形状又は溝状であってもよい。 Although not shown in the figure, the tubular dielectric 13 may have a constant outer diameter and only the inner diameter tapers to form a single hole with an open tip, the tubular dielectric 13 may taper to form a single hole with an open tip, the tubular dielectric 13 itself may be a thin tube of the same diameter and thus have a single hole with an open tip, the tubular dielectric 13 may have multiple holes at the tip, or may have an elliptical or groove shape within the above-mentioned diameter range.
電圧印加装置30は、高電圧電源31として交流電源又はパルス電源を有し、数~数十kHz好ましくは10kHz程度の低周波で1~10kV好ましくは数k~10kV程度のパルス電圧を電極12に印加するものである。管状誘電体13にキャリアガスを流しながら電極12に印加すると、電子と分子温度が異なっている非平衡プラズマジェットとしてプラズマ気流53が、生成して噴出される。 The voltage application device 30 has an AC power supply or a pulse power supply as a high voltage power supply 31, and applies a pulse voltage of 1 to 10 kV, preferably several to 10 kV, at a low frequency of several to several tens of kHz, preferably about 10 kHz, to the electrode 12. When a carrier gas is flowed through the tubular dielectric 13 while a voltage is applied to the electrode 12, a plasma airflow 53 is generated and ejected as a non-equilibrium plasma jet in which the electron and molecular temperatures are different.
誘電体バリアー放電方式を用いることにより、プラズマの生成が間欠的な状態にすることができる。プラズマ気流噴出口15から吹き出されているプラズマ気流の電流(放電電流)を図4に示す。休止期間のある間欠的なプラズマが大気中の酸素、窒素、及び水分と反応を起こして活性酸素窒素種を生成し、腫瘍組織への免疫細胞誘導を起こすことができる。さらに休止期間のある間欠的なプラズマを用いることでプラズマ気流の温度の増加を抑制することができる。誘電体バリアー放電方式を用いたとしても100kHz以上の周波数ではプラズマの休止期間が十分でなく、プラズマ気流の過熱を抑制することが困難である。
By using the dielectric barrier discharge method, plasma generation can be made intermittent. Figure 4 shows the current (discharge current) of the plasma airflow being blown out from the
電圧印加装置30は、前記プラズマを誘電体バリアー放電方式により高電圧(10kV)低電流(1mA以下)で生成することができる。図4で示している電流値から求められた平均電流値は、正電流・負電流がともに400μA程度である。最大の電流値は、1mA以下である。結果、投入する平均電力は1W程度である。プラズマ生成のために投入する電力が小さく、さらに腫瘍領域60表面へ流れる電流が小さいことにより、プラズマ気流の過熱を抑制するとともに、腫瘍領域のジュール加熱を抑制し、熱的損傷を回避することができる。 The voltage application device 30 can generate the plasma at a high voltage (10 kV) and low current (1 mA or less) using a dielectric barrier discharge method. The average current values calculated from the current values shown in FIG. 4 are about 400 μA for both positive and negative currents. The maximum current value is 1 mA or less. As a result, the average power input is about 1 W. The small power input for plasma generation and the small current flowing to the surface of the tumor region 60 prevent overheating of the plasma airflow and Joule heating of the tumor region, thereby avoiding thermal damage.
ガス供給装置20は、ガスボンベ23からキャリアガス51を供給する。キャリアガス51は、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、酸素ガス及び/又はこれらの混合ガスが挙げられるが、周辺の大気(酸素、窒素、水分)を巻き込んで化学反応が起き易い点やプラズマ発生のための投入電力が少なくて済む点で、ヘリウムであると一層好ましい。大気圧プラズマから生成された反応性の高い活性種(酸素窒素種)は、プラズマ気流53によって腫瘍領域60表面まで輸送される。 The gas supply device 20 supplies a carrier gas 51 from a gas cylinder 23. The carrier gas 51 may be helium gas, argon gas, nitrogen gas, oxygen gas, and/or a mixture of these gases. Helium is more preferable because it is more likely to involve the surrounding atmosphere (oxygen, nitrogen, moisture) and cause a chemical reaction, and because less power is required to generate the plasma. Highly reactive active species (oxygen-nitrogen species) generated from the atmospheric pressure plasma are transported to the surface of the tumor region 60 by the plasma airflow 53.
ガス供給装置20は、プラズマ発生制御装置40で制御されて開閉弁22a・圧力調整器22b・ガス流量調整器22cでガスボンベ23から管状誘電体13へのキャリアガスの流量を調整する。キャリアガスの流量は、0.5~1.5L/分とすることが好ましい。この範囲より少ないとプラズマ気流53の流量が少なすぎ生成した活性酸素窒素種を腫瘍領域の表面まで十分に輸送することができない。この範囲より多いとプラズマ気流53によって腫瘍領域の表面が過度に乾燥してしまい、免疫細胞の誘導が困難になる。 The gas supply device 20 is controlled by the plasma generation control device 40, and the on-off valve 22a, pressure regulator 22b, and gas flow regulator 22c adjust the flow rate of the carrier gas from the gas cylinder 23 to the tubular dielectric 13. The flow rate of the carrier gas is preferably 0.5 to 1.5 L/min. If it is less than this range, the flow rate of the plasma airflow 53 is too low and the generated active oxygen and nitrogen species cannot be sufficiently transported to the surface of the tumor area. If it is more than this range, the surface of the tumor area will be excessively dried by the plasma airflow 53, making it difficult to induce immune cells.
プラズマ発生制御装置40は、ガスボンベ23から管状誘電体13へのキャリアガス51の供給(開閉及び流量)及びプラズマ52の発生のための電極12への電圧印加装置30の交流電源又はパルス電源の高電圧電源31での印加を制御するため、中央制御装置(CPU)と入力端末とを有している。CPUは、入力端末からの信号に応じて制御するためのもので、キャリアガス51の供給を制御するキャリアガス制御回路と電圧印加装置20の交流電源又はパルス電源の高電圧電源31の電圧・電流・パルスを制御する電圧印加制御回路とを有している(不図示)。 The plasma generation control device 40 has a central control unit (CPU) and an input terminal to control the supply (opening/closing and flow rate) of carrier gas 51 from the gas cylinder 23 to the tubular dielectric 13 and the application of the high voltage power supply 31 of the AC power supply or pulse power supply of the voltage application device 30 to the electrode 12 for generating plasma 52. The CPU is for control in response to a signal from the input terminal, and has a carrier gas control circuit that controls the supply of carrier gas 51 and a voltage application control circuit that controls the voltage, current, and pulse of the high voltage power supply 31 of the AC power supply or pulse power supply of the voltage application device 20 (not shown).
なお、腫瘍組織への免疫細胞誘導装置1は、図1に示すように、管状誘電体13を直接把持して腫瘍組織62へ直接的に又は表皮61を介して腫瘍組織62へ間接的にプラズマ気流53を噴出するものであってもよいが、細い管状誘電体13を直接把持する代わりに図5(a)に示すように内視鏡17aの先端、同図(b)に示すようにカテーテル17bの先端、若しくは同図(c)に示すように複数並んだ円形状又は溝状のプラズマ気流噴出口15を先端に有するプローブ18の先端に設けられていてもよく、同図(a-2)に示すように内視鏡やカテーテルには把持し易いように樹脂製のハウジングケース19が設けられていてもよい。
The immune cell induction device 1 for tumor tissue may be one that directly grasps the tubular dielectric 13 and ejects the plasma airflow 53 directly to the tumor tissue 62 or indirectly to the tumor tissue 62 via the epidermis 61, as shown in FIG. 1, but instead of directly grasping the thin tubular dielectric 13, it may be provided at the tip of an
また、腫瘍組織への免疫細胞誘導装置1における大気圧プラズマの発生方法は、管状誘電体13の外側に設けた電極12により、安定な誘電体バリア放電を管状誘電体13内部に生成し、グロー状の放電プラズマ気流53をプラズマ気流噴出口15から吹き出すことができる。
In addition, the method of generating atmospheric pressure plasma in the immune cell induction device 1 for tumor tissue is to generate a stable dielectric barrier discharge inside the tubular dielectric 13 using the electrode 12 provided on the outside of the tubular dielectric 13, and to blow out a glow-like discharge plasma airflow 53 from the
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置1は、以下のようにして使用される。 This immune cell induction device 1 for tumor tissue is used as follows:
腫瘍組織への免疫細胞誘導装置1を駆動し、キャリアガス51を流しながら電極12間で所定の電圧を所定の正弦波又はパルス波で印加すると誘電体バリア放電によりプラズマ52を発生させ、プラズマ52の発生によって生成されるプラズマ気流53をプラズマ気流噴出口15から噴出させる。このプラズマ気流53が、腫瘍組織62へ直接的に又は表皮61を介して腫瘍組織62へ間接的に、腫瘍領域60に吹き付けられて照射される。
When the immune cell induction device 1 for tumor tissue is driven and a predetermined voltage is applied between the electrodes 12 in the form of a predetermined sine wave or pulse wave while flowing the carrier gas 51, plasma 52 is generated by dielectric barrier discharge, and the plasma airflow 53 generated by the generation of the plasma 52 is ejected from the
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置1を用いた腫瘍の治療方法として、プラズマ気流53は、1秒間~1時間、好ましくは1~20分間、さらに好ましくは10~15分間、腫瘍領域60へ照射される。プラズマ気流53は、in vivoで腫瘍罹患患者又は腫瘍罹患動物の腫瘍領域60に万遍なく吹き付けられて照射されてもよいが、一箇所に集中していてもよい。 In a method for treating a tumor using this immune cell induction device 1 for tumor tissue, the plasma airflow 53 is irradiated to the tumor area 60 for 1 second to 1 hour, preferably 1 to 20 minutes, and more preferably 10 to 15 minutes. The plasma airflow 53 may be sprayed evenly onto the tumor area 60 of a tumor-affected patient or tumor-affected animal in vivo, or may be concentrated in one location.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置1を用いた腫瘍の治療方法は、シングルショット又はマルチショットを1日1回~数回、好ましくは1~3回施し、単回のみ若しくは毎日若しくは1~7日間隔乃至1~4週間隔で、腫瘍組織が消滅乃至減少するまで又は腫瘍の病状が寛容するまで、1日~約1箇月に渡り、継続的に施すというものである。 The method of treating a tumor using this immune cell induction device 1 for tumor tissue involves administering a single shot or multiple shots once to several times a day, preferably 1 to 3 times, either once or every day, or at intervals of 1 to 7 days or 1 to 4 weeks, continuously for 1 day to about 1 month until the tumor tissue disappears or decreases, or the tumor condition is tolerated.
このような腫瘍組織は、腫瘍原発巣であることが好ましいが、腫瘍原発巣の腫瘍細胞であってもよく、郭清すべき腫瘍原発巣とリンパ節であってもよい。腫瘍原発巣からリンパ流を最初に受ける局所リンパ節でありリンパ行性微小転移が最初に起こり得るセンチネルリンパ節であってもよく、微小転移腫瘍細胞(微小腫瘍細胞)に作用するセンチネルリンパ節内とそこに最も近接している輸入リンパ管や腋窩リンパ節のようなリンパ節であってもよく、体表リンパ節であってもよく、血管であってもよく、腫瘍が転移した組織であってもよい。 Such tumor tissue is preferably a primary tumor site, but may also be tumor cells of the primary tumor site, or the primary tumor site and lymph nodes to be dissected. It may be a sentinel lymph node, which is a local lymph node that first receives lymph flow from the primary tumor site and where lymphatic micrometastasis may first occur, or a lymph node such as an afferent lymphatic vessel or an axillary lymph node closest to the sentinel lymph node that acts on micrometastatic tumor cells (microtumor cells), a surface lymph node, a blood vessel, or a tissue to which the tumor has metastasized.
この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置1を用いた腫瘍の治療方法によれば、腫瘍組織内に、免疫細胞を誘導することができる。免疫細胞は、例えばBリンパ球(B細胞)、マクロファージ、好中球、T細胞、NK細胞、樹状細胞、及び/又は形質細胞である。
具体的には、抗体産生細胞の前駆細胞であってヘルパーT細胞と協力して抗体を作り出すBリンパ球や、ヘルパーT細胞によって刺激され抗原の情報を記憶するメモリーB細胞のようなBリンパ球(B細胞);
細胞質に富み結着し易く偽足を出して運動する大食細胞であって抗原(腫瘍)の情報をヘルパーT細胞に伝えるマクロファージ;
白血球の一種であり旺盛な食作用を有し偽足を伸ばして腫瘍細胞を取り込み酵素の働きで腫瘍細胞を死滅させる好中球;
サイトカインを産生してBリンパ球を活性化しBリンパ球と共に抗体産生を助けるヘルパーT細胞や、ヘルパーT細胞のもとで腫瘍細胞を殺傷・除去するキラーT細胞や、免疫が自己に対して働かないように抑制し免疫異常を起こさせないようにする制御性T細胞のようなT細胞;
腫瘍細胞のみならず異常と認識した細胞を傷害するNK細胞(ナチュラルキラー細胞);
腫瘍細胞などの抗原を取り込んでT細胞に抗原の情報を伝達し免疫反応を開始させる樹状細胞;
骨髄由来細胞が最終的に分化した形の細胞であって、抗体を分泌する形質細胞;
が挙げられる。
According to the method for treating a tumor using the device 1 for inducing immune cells into tumor tissue, it is possible to induce immune cells into the tumor tissue. The immune cells include, for example, B lymphocytes (B cells), macrophages, neutrophils, T cells, NK cells, dendritic cells, and/or plasma cells.
Specifically, B lymphocytes (B cells) such as B lymphocytes, which are precursor cells of antibody-producing cells and cooperate with helper T cells to produce antibodies, and memory B cells that are stimulated by helper T cells and store information about antigens;
Macrophages are cytoplasm-rich, easily attached, and move by extending pseudopodia; they convey information about antigens (tumors) to helper T cells;
Neutrophils are a type of white blood cell that have a strong phagocytic effect, extend their pseudopods to ingest tumor cells, and kill them with the action of enzymes.
T cells such as helper T cells, which produce cytokines to activate B lymphocytes and help produce antibodies together with B lymphocytes, killer T cells, which kill and eliminate tumor cells under the control of helper T cells, and regulatory T cells, which suppress the immune system from acting against the self and prevent immune abnormalities;
NK cells (natural killer cells), which damage not only tumor cells but also cells that they recognize as abnormal;
Dendritic cells take in antigens from tumor cells and other sources, transmitting information about the antigen to T cells and initiating an immune response;
The terminally differentiated form of bone marrow-derived cells is the antibody-secreting plasma cell;
Examples include:
プラズマ気流53は、プラズマ気流噴出口15から噴出して表皮61又は腫瘍組織62である腫瘍領域60に照射される。プラズマ照射中の表皮61又は腫瘍組織62の温度は高々39~47℃であるから、腫瘍領域60が炎症を起こして免疫細胞が賦活化するのではない。
The plasma airflow 53 is ejected from the
腫瘍領域60へのプラズマ気流53の照射による免疫細胞の増加・賦活化が誘導されることによって、腫瘍組織62全体に照射しなくとも一部に照射するだけで、腫瘍組織62が死滅へと誘導されるメカニズムの詳細は必ずしも明らかでないが、以下のように推察される。 The details of the mechanism by which the tumor tissue 62 is induced to die by irradiating only a portion of the tumor tissue 62 without irradiating the entire tumor tissue 62, as a result of the increase and activation of immune cells induced by irradiating the tumor region 60 with the plasma airflow 53, are not entirely clear, but are presumed to be as follows.
プラズマ気流53の照射によって、組織変性領域の周囲を含めて、腫瘍組織62の広範囲に、好中球の浸潤が認められる。腫瘍巣内へリンパ球・マクロファージの浸潤が多く認められる。このことから、プラズマ気流53の照射により、皮下組織の腫瘍組織62内で広範囲に好中球を遊走させることができ、また腫瘍巣内へリンパ球・マクロファージの浸潤を増加させることができる。これによって、免疫細胞が増加することによって、腫瘍組織中の腫瘍細胞の壊死に誘導しアポトーシスによって腫瘍の治療・悪化防止・予防を行うことができる。 Irradiation with the plasma airflow 53 results in the infiltration of neutrophils over a wide area of the tumor tissue 62, including around the area of tissue degeneration. Infiltration of lymphocytes and macrophages into the tumor nest is also observed. This shows that irradiation with the plasma airflow 53 can cause neutrophils to migrate over a wide area of the tumor tissue 62 in the subcutaneous tissue, and can also increase the infiltration of lymphocytes and macrophages into the tumor nest. This increases immune cells, which induces necrosis of tumor cells in the tumor tissue, and apoptosis can be used to treat, prevent the progression of, and prevent tumors.
以下、本発明を適用する腫瘍組織への免疫細胞誘導装置を使用した実施例と、本発明を適用外の比較例とについて、詳細に説明する。 Below, we will explain in detail an example in which the present invention is applied to a device for inducing immune cells into tumor tissue, and a comparative example in which the present invention is not applied.
(実施例1)
5週齢目の雄ヌードマウス(日本エスエルシー株式会社より購入)にヒト膀胱癌細胞株である253J-BV;4×106個/100μlを背部皮下に異所移植し、7-8週齢目で作製した担癌ヌードマウスに、本発明を適用する腫瘍組織への免疫細胞誘導装置により1L/分のヘリウムガスに対して10kV正弦波を周波数33kHzの条件で生成したプラズマ気流を15分間の条件で照射した。その後、活性酸素種(ROS)で発光するルミノール反応によりIVIS spectrumを用いて蛍光強度を測定して抗腫瘍作用について検討とFLIR T530赤外線サーモグラフィカメラを用いて表皮の温度分布の検討も行った。活性酸素種(ROS)で発光するルミノール反応の結果を、図6(a)のグラフと、同図(b-2)の写真とで示す。図7中、上段のグラフは、分布の中の最高温度の時間変化を示し、下段の写真は、表皮の温度分布の結果を示す。
Example 1
Human bladder cancer cell line 253J-BV; 4 x 106 cells/100 μl was ectopic transplanted subcutaneously on the back of 5-week-old male nude mice (purchased from Japan SLC Co., Ltd.), and the tumor-bearing nude mice were prepared at 7-8 weeks of age. The tumor-bearing nude mice were irradiated for 15 minutes with a plasma airflow generated by a 10 kV sine wave with a frequency of 33 kHz for 1 L/min of helium gas using an immune cell induction device to which the present invention is applied. After that, the fluorescence intensity was measured using an IVIS spectrum by the luminol reaction emitting light with reactive oxygen species (ROS), and the antitumor effect was examined, and the temperature distribution of the epidermis was also examined using a FLIR T530 infrared thermography camera. The results of the luminol reaction emitting light with reactive oxygen species (ROS) are shown in the graph of FIG. 6(a) and the photograph of the same figure (b-2). In FIG. 7, the upper graph shows the change over time in the maximum temperature distribution, and the lower photograph shows the results of the temperature distribution of the epidermis.
(比較例1)
腫瘍組織への免疫細胞誘導装置により生成したプラズマ気流に代えて、電圧を印加せずに非プラズマ処理のヘリウム気流にしたこと以外は、実施例1と同様にして、ヘリウムを照射した。その後、同様にルミノールで染色した。その結果を、図6(a)のグラフと、同図(b-1)の写真とで示す。
(Comparative Example 1)
Helium was irradiated in the same manner as in Example 1, except that a non-plasma treated helium airflow was used without applying voltage instead of the plasma airflow generated by the immune cell induction device for tumor tissue. Then, the tissue was stained with luminol in the same manner. The results are shown in the graph of FIG. 6(a) and the photograph of FIG. 6(b-1).
(実施例1と比較例1との染色対比結果)
図6から明らかな通り、実施例1のように腫瘍組織への免疫細胞誘導装置で生成したプラズマ気流の照射によって活性酸素種は、比較例1のようにヘリウム気流を照射した場合に比べて、約4倍近く有意に増加していた。このことから、この腫瘍組織への免疫細胞誘導装置を用いた低温大気圧プラズマ直接照射により照射部位に発生した活性酸素により、免疫細胞が活性化され腫瘍巣周囲から腫瘍巣内に誘導される事が分かった。
(Staining comparison results between Example 1 and Comparative Example 1)
As is clear from Figure 6, the amount of active oxygen species increased significantly by about four times as much when the tumor tissue was irradiated with a plasma airflow generated by the immune cell induction device as in Example 1, compared to the case of irradiating the tumor tissue with a helium airflow as in Comparative Example 1. This shows that the active oxygen generated at the irradiated site by direct irradiation of the tumor tissue with low-temperature atmospheric pressure plasma using the immune cell induction device activates immune cells, which are then induced from the periphery of the tumor nest into the tumor nest.
(実施例2)
5週齢目の雄ヌードマウス(日本エスエルシー株式会社より購入)の背部皮下にヒト膀胱癌細胞株である253J-BV;4×106個/100μlを移植し担癌モデルマウスを作製した。作製したヌードマウスの腫瘍領域で表皮を介して腫瘍組織に、本発明を適用する腫瘍組織への免疫細胞誘導装置により1L/分のヘリウムガスに対して10kV正弦波を周波数33kHzの条件で生成したプラズマ気流を15分間で約1.5cm離した距離から直接照射した。実施例1と同様にしてルミノールで染色した。また、腫瘍領域で切片を切り出し、HE染色(ヘマトキシリン・エオジン染色)及びアポトーシスした組織・細胞を染色するTUNEL染色(TdT-mediateddUTPnickendlabeling染色)を行った。ルミノール染色の結果を (a)に示し、HE染色の結果を同図(b-1)に示し、TUNEL染色の結果を同図(b-2)に示す。
Example 2
A human bladder cancer cell line, 253J-BV; 4 x 106 cells/100 μl, was transplanted subcutaneously on the back of a 5-week-old male nude mouse (purchased from Japan SLC Co., Ltd.) to prepare a tumor-bearing model mouse. In the tumor area of the prepared nude mouse, a plasma airflow was directly irradiated from a distance of about 1.5 cm for 15 minutes to the tumor tissue through the epidermis, the plasma airflow being generated under the conditions of a 10 kV sine wave with a frequency of 33 kHz for 1 L/min helium gas using an immune cell induction device for tumor tissue to which the present invention is applied. The tumor tissue was stained with luminol in the same manner as in Example 1. In addition, a section was cut out from the tumor area, and HE staining (hematoxylin-eosin staining) and TUNEL staining (TdT-mediated UTPnickendlabeling staining) for staining apoptotic tissues and cells were performed. The results of luminol staining are shown in (a), the results of HE staining are shown in (b-1), and the results of TUNEL staining are shown in (b-2).
(実施例2の染色結果)
図8から明らかな通り、同図(a)のようにルミノール蛍光測定結果によって活性酸素種が在ることが示されていた。また。同図(b-1)のように正常上皮と正常上皮との間に変性上皮が形成されていたが、プラズマ気流の照射によって同図(b-2)の濃い部分のように膀胱癌細胞が一部壊死しアポトーシスされていた。同図(c)の黒枠のようにプラズマ照射部位の表層に免疫細胞および浸出液が増加している。ことから腫瘍組織にBリンパ球、マクロファージ、好中球が集積し免疫担当細胞が増加していた。このことから、プラズマ照射で発生したアポトーシスにより免疫担当細胞が活性化され、その部位に集積してくることが分かった。
(Staining Results of Example 2)
As is clear from Figure 8, the luminol fluorescence measurement results showed the presence of reactive oxygen species, as shown in Figure 8(a). In addition, as shown in Figure 8(b-1), degenerated epithelium was formed between normal epithelium and normal epithelium, but irradiation with plasma airflow caused some bladder cancer cells to necrotize and undergo apoptosis, as shown in the dark area in Figure 8(b-2). As shown in the black frame in Figure 8(c), there was an increase in immune cells and exudate on the surface of the plasma-irradiated area. This indicates that B lymphocytes, macrophages, and neutrophils had accumulated in the tumor tissue, and immune cells had increased. This indicates that immune cells are activated by apoptosis caused by plasma irradiation and accumulate at the site.
(実施例3)
実施例2と同様にして、ヌードマウスの腫瘍領域で表皮を介して腫瘍組織に、本発明を適用する腫瘍組織への免疫細胞誘導装置により1L/分のヘリウムガスに対して10kV正弦波を周波数33kHzの条件で生成したプラズマ気流を15分間で約1.5cm離した距離から直接照射した。皮下組織と腫瘍組織とについて、免疫細胞として、Bリンパ球および好中球HE染色して顕微鏡下でカウントし、マクロファージはCD68(KP-1)で染色することによりカウントした。
Example 3
In the same manner as in Example 2, a plasma airflow was generated at a frequency of 33 kHz and a 10 kV sine wave for 1 L/min of helium gas by an immune cell induction device for tumor tissue according to the present invention, and was directly irradiated from a distance of about 1.5 cm to the tumor tissue in the tumor region of a nude mouse through the epidermis for 15 minutes. For the subcutaneous tissue and tumor tissue, immune cells such as B lymphocytes and neutrophils were stained with HE and counted under a microscope, and macrophages were stained with CD68 (KP-1) and counted.
(比較例2)
腫瘍組織への免疫細胞誘導装置でのプラズマ気流の照射に代えて、電気メスにより腫瘍部位の表皮を焼灼したこと以外は、実施例3と同様にして、Bリンパ球、マクロファージ、好中球をカウントした。
(Comparative Example 2)
B lymphocytes, macrophages, and neutrophils were counted in the same manner as in Example 3, except that the epidermis at the tumor site was cauterized with an electric scalpel instead of irradiating the tumor tissue with a plasma airflow using an immune cell induction device.
(実施例3と比較例2との免疫細胞の病理学的解析の対比結果)
実施例3のプラズマ気流照射処置と比較例2の電気メス処置とについて、皮下組織と腫瘍組織とにおける、Bリンパ球、マクロファージ、好中球の単位面積当たりの数を、比較した。その結果を図9に示す。
(Comparative results of pathological analysis of immune cells between Example 3 and Comparative Example 2)
The numbers of B lymphocytes, macrophages, and neutrophils per unit area in the subcutaneous tissue and tumor tissue were compared for the plasma airflow irradiation treatment of Example 3 and the electric scalpel treatment of Comparative Example 2. The results are shown in FIG.
図9(a)から明らかな通り、皮下組織では、電気メス処置でマクロファージの増加がメインでBリンパ球や好中球は僅かにしか認められなかったのに対し、プラズマ気流照射処置で好中球の増加がメインでBリンパ球は僅かにしか増加していなかった。一方、腫瘍細胞では、電気メス処置でBリンパ球やマクロファージの浸潤が少ないのに対し、プラズマ気流照射処置でBリンパ球やマクロファージの浸潤が多かった。 As is clear from Figure 9(a), in the subcutaneous tissue, electric scalpel treatment mainly increased macrophages, with only slight increases in B lymphocytes and neutrophils, whereas plasma airflow treatment mainly increased neutrophils, with only slight increases in B lymphocytes. On the other hand, in tumor cells, electric scalpel treatment showed little infiltration of B lymphocytes and macrophages, whereas plasma airflow treatment showed high infiltration of B lymphocytes and macrophages.
これらの結果から、このようにプラズマ治療群では、電気メスによる治療群とは異なり、照射部位よりやや深部にある腫瘍巣内にリンパ球・マクロファージを誘導し、これによって腫瘍組織を壊死させていることが示唆された。 These results suggest that, unlike the group treated with an electric scalpel, the plasma therapy group induced lymphocytes and macrophages into the tumor nest, which was located slightly deeper than the irradiation site, thereby causing necrosis of the tumor tissue.
本発明を適用する腫瘍組織への免疫細胞誘導装置、及びそれを用いた使用方法によれば、
腫瘍組織へ大気圧プラズマを噴射することにより免疫細胞を誘導し、局所免疫を賦活化することにより、腫瘍組織を壊死させアポトーシスによって、腫瘍の治療・悪化防止・予防に利用することができる。
According to the device for inducing immune cells into tumor tissue and the method for using the same,
By injecting atmospheric pressure plasma into tumor tissue, immune cells can be induced and the local immune system can be activated, causing tumor tissue to necrose and undergo apoptosis, which can be used to treat, prevent the progression of, or prevent tumors.
1は腫瘍組織への免疫細胞誘導装置、10は低温大気圧プラズマ発生装置、11はガス流路、12は電極、12aは上流側接地電極、12bは中電極、12cは下流側接地電極、13は管状誘電体、14は外筒ケース、15はプラズマ気流噴出口、16はノズル、16aはサポータ、17aは内視鏡、17bはカテーテル、18はプローブ、19はハウジングケース、20はガス供給装置、21はガス配管、22aは開閉弁、22bは圧力調整器、22cはガス流量調整器、23はガスボンベ、30は電圧印加装置、31は電源、40はプラズマ発生制御装置、51はキャリアガス、52はプラズマ、53はプラズマ気流、60は腫瘍領域、61は表皮、62は腫瘍組織である。 1 is a device for inducing immune cells into tumor tissue, 10 is a low-temperature atmospheric pressure plasma generator, 11 is a gas flow path, 12 is an electrode, 12a is an upstream ground electrode, 12b is a middle electrode, 12c is a downstream ground electrode, 13 is a tubular dielectric, 14 is an outer cylindrical case, 15 is a plasma airflow outlet, 16 is a nozzle, 16a is a supporter, 17a is an endoscope, 17b is a catheter, 18 is a probe, 19 is a housing case, 20 is a gas supply device, 21 is a gas pipe, 22a is an opening/closing valve, 22b is a pressure regulator, 22c is a gas flow regulator, 23 is a gas cylinder, 30 is a voltage application device, 31 is a power source, 40 is a plasma generation control device, 51 is a carrier gas, 52 is plasma, 53 is a plasma airflow, 60 is a tumor area, 61 is the epidermis, and 62 is tumor tissue.
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