(57)【要約】【課題】空間的及び時間的に高精度で薬剤を放出することができるドラッグデリバリーシステムを提供する。【解決手段】  本発明に係るドラッグデリバリーシステムは、脂質二重膜の間にインターカレートした分子を有し、薬剤を内包するリポソームと、分子に対して少なくとも２種以上の異なる波長の光を同時照射することで二重共鳴吸収過程を誘導して、脂質二重膜の膜構造の相転移温度以上に脂質二重膜を加熱し、不安定化させ、薬剤をリポソームの外部に放出させる光照射装置と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脂質二重膜の間にインターカレートした分子を有し、薬剤を内包するリポソームと、
前記分子に対して少なくとも２種以上の異なる波長の光を同時照射する光照射部を備え、該光照射部による前記同時照射により、前記分子で二重共鳴吸収過程を誘導して、前記脂質二重膜の膜構造の相転移温度以上に前記脂質二重膜を加熱し、不安定化させ、前記薬剤を前記リポソームの外部に放出させる光照射装置と、
を含むドラッグデリバリーシステム。
【請求項２】
前記リポソームに内包された前記薬剤は、前記少なくとも２種以上の異なる波長の光の同時照射によって二重共鳴吸収過程を生じない薬剤である、請求項１に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項３】
前記光照射装置は、前記光照射部による前記少なくとも２種以上の異なる波長の光の同時照射にあたり、パルス幅Ｔを前記分子の第１励起状態Ｓ１の蛍光寿命τより長く設定する照射条件設定部を有する、請求項１又は２に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項４】
前記光照射装置の前記照射条件設定部は、前記少なくとも２種以上の異なる波長の光の周波数及び照射強度、並びに前記同時照射の際の前記パルス幅を変更する、請求項３に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項５】
前記光照射装置の前記照射条件設定部は、前記周波数、前記照射強度、及び前記パルス幅を、前記脂質二重膜を４２度以上に加熱可能に選択する、請求項４に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項６】
前記光照射装置は、前記光照射部による前記少なくとも２種以上の異なる波長の光の同時照射にあたり、照射領域の移動及び照明面積の調整が可能な調節手段を有する、請求項４又は５に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項７】
前記光照射装置の前記照射条件設定部は、
前記少なくとも２種以上の異なる波長の光が第１の波長の第１の光及び第２の波長の第２の光であって、前記第１の光により前記分子が基底状態Ｓ０から第１励起状態Ｓ１に励起され、前記第２の光により前記分子が前記第１励起状態Ｓ１から第ｎ励起状態Ｓｎに励起される場合に、
前記第１励起状態Ｓ１から前記第ｎ励起状態Ｓｎでの吸収断面積をσeとし、
前記第２の光の照射強度であるフォトンフラックスをIeとして、
σeIeτ＞１を満たすように、前記第２の光のフォトンフラックスIeを決定する、
請求項４〜６の何れか一項に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項８】
前記照射条件設定部は、
前記基底状態Ｓ０から前記第１励起状態Ｓ１での吸収断面積をσpとし、前記第１の光のフォトンフラックスをIpとしたとき、σpＩpＴ≧０．６９を満たすように、前記パルス幅Ｔ及び前記第１の光の照射強度であるフォトンフラックスＩpを決定する、
請求項７に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項９】
前記リポソームの前記脂質二重膜は、少なくとも２種の脂質分子の混合体を含んでなる、請求項１〜８の何れか一項に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項１０】
前記リポソームの前記脂質二重膜は、ポリオキシエチレン鎖長の異なる少なくとも二種のポリエチレングリコール系界面活性剤を更に含んでなる、請求項９に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項１１】
前記リポソームの前記分子が蛍光性分子であり、該蛍光性分子は、前記脂質二重膜内と前記脂質二重膜外とで、蛍光波長又は蛍光収率が異なる、請求項１〜１０の何れか一項に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項１２】
前記蛍光性分子の前記蛍光波長又は前記蛍光収率の変化を計測する分光計測器を更に含む、請求項１１に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項１３】
前記リポソームの前記分子が疎水性分子である、請求項１〜１２の何れか一項に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項１４】
前記リポソームの前記分子は、前記少なくとも２種以上の異なる波長の光を同時照射されることにより、立体構造又は電子構造を変化させる、請求項１〜１３の何れか一項に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項１５】
前記リポソームの前記分子が、アゾベンゼンとその誘導体、スピロピランとその誘導体、スピロオキサジンとその誘導体、ヘキサアリールビイミダゾールとその誘導体、ナフトピランとその誘導体、サリチリデンアニリンとその誘導体、ジアリールエテンとその誘導体、フルキドとその誘導体、フェノキシナフタセンキノンとその誘導体、ジフェニルヘキサトリエンとその誘導体、及びロドプシンとその誘導体から選択される少なくとも一種を含む、請求項１３又は１４に記載のドラッグデリバリーシステム。
【請求項１６】
脂質二重膜の間にインターカレートした分子を有し、
内部空間に薬剤を内包し、
前記分子は、少なくとも２種以上の異なる波長の光の同時照射により二重共鳴吸収過程を誘導され、前記脂質二重膜の膜構造の相転移温度以上に前記脂質二重膜を昇温させて不安定化させ、前記薬剤を外部に放出可能な、
リポソーム。
【請求項１７】
薬剤を内包し、脂質二重膜の間にインターカレートした分子を有するリポソームの該分子に対して少なくとも２種以上の異なる波長の光を同時照射する光照射部を備え、
該光照射部による前記同時照射により、前記分子で二重共鳴吸収過程を誘導して、前記脂質二重膜の膜構造の相転移温度以上に前記脂質二重膜を加熱し、不安定化させ、前記薬剤を前記リポソームの外部に放出させる、光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リポソーム、リポソームを用いたドラッグデリバリーシステム、及び光照射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
膨大な細胞が組織や臓器を形成し、それが人体を構成している。それぞれの臓器や組織は生体情報をやりとりしてホメオタシスを維持している。そして、近距離又は長距離の相互作用を通して制御される生体システムの何処かが構造的又は機能的に異常をきたしたときに、生理活性物質を薬剤として利用してかかる異常を治療することは有効である。
【０００３】
ところで、これら組織や細胞には、細胞が高密度で充填されているとともに、その間を直径１００μｍ以下、具体的には直径５〜１０μｍ程度の毛細血管が、網の目のように張り巡らされている。従って、細胞に生理活性物質を伝達にするには血管系を利用することが効率的である。特に、癌細胞を根絶やしにするためには、局所注射では拡散距離に限界があるので、抗癌剤を血管から導入する必要がある。
【０００４】
医療現場では、必要な薬剤を必要な分量で病巣部位に特異的に作用させることが理想であり、これを目指す手段としてドラックデリバリーシステム（ＤＤＳ）の開発が活発になっている。従来から、高い活性を有する数多くの薬剤が開発されてきたが、これらの薬剤を必要分量だけ内包し、確実に病巣部位（すなわち、標的部位）に送り届ける機能が期待されている。
【０００５】
ＤＤＳとは、薬剤を内包するキャリアを標的部位まで到達させ、標的部位にて薬剤を放出されるシステムをいう。そのようなキャリアとしては、例えば、リポソーム、水溶性高分子、エマルジョン、マイクロビーズ、高分子ミセル、ナノゲルといった人工合成物が挙げられる。一般的に、これらのキャリアは、体内に入ると異物として認識されるため、生体の防御機能の一環としてマクロファージなどにより貪食されがちであるが、これらのキャリアの中でも、リン脂質等からなる脂質二重膜で構成されるリポソームは、リン脂質を修飾することで、マクロファージなどによる貪食を低減することができる。したがって、リポソームは、その構造を工夫することで、患者体内に導入した場合の血中滞留時間を延長することができる。これにより、リポソームは、他のキャリアよりも有利に標的部位まで到達させることができるので、ＤＤＳの有益なキャリアとして期待されている。なお、これらのキャリアに内包されうる薬剤としては、例えば、ペネム系抗生物質や、カルモフールのような抗癌剤が挙げられる。
【０００６】
近年、空間及び時間領域で制御できるＤＤＳが必要とされている。かかるＤＤＳに使用するキャリアには、病変部（標的部位）までは確実に薬剤を保持し、外部へ流出させない安定性が求められる。その一方で、病変部にて確実に薬剤を放出し、作用させる必要がある。もし、薬剤を内包したキャリアが病変部を通過してさらに時間が経過すれば、薬剤は所望の作用を全く奏することなく、代謝され体外へ排出されてしまう。
【０００７】
そこで、従来、温度感受性のＤＤＳが提案されてきた（例えば、非特許文献１参照）。非特許文献１に記載のリポソームは、ジパルミトイルホスファチジルコリン（ＤＰＰＣ）とジステアロイルホスファチジルコリン（ＤＳＰＣ）を３：１の割合で用いて得たリポソームであり、その相転移温度が４１度と低い。このため、癌細胞の温熱治療に際して４２度以上に癌細胞を温めることに伴って、癌細胞周辺まで血流により運搬された上記リポソームの膜構造が結晶構造から液晶構造に相転移し、不安定化する。これにより、上記リポソームに内包された薬剤を癌細胞周辺にてリポソーム外部に拡散させ、癌細胞に作用させて、効率的に癌細胞を死滅させることができる。このようにして、非特許文献１に記載のリポソームによれば、温熱治療及びＤＤＳにより投与した薬剤による治療の相乗効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】高分子学会編「ドラッグデリバリーシステム」共立出版、２０１２年５月１０日、ｐ７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、実際の運用では、非特許文献１に記載のリポソームを用いて上述のような効果を実現させるためには多くの不安定要因が存在することが判明した。例えば、ＤＰＰＣとＤＳＰＣの混合膜では、相転移温度に対して敏感に反応せず、かつ、通常、癌細胞のような病変部とその周辺部の温度勾配は緩慢であるため、狙った病変部にて、狙った時刻に精度良く薬剤を放出することは困難であった。
【００１０】
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、空間的及び時間的に高精度で薬剤を放出することができるＤＤＳを提供することにある。より具体的には、脂質二重膜の間にインターカレートした分子を有するリポソームをＤＤＳのキャリアとして用い、上記の技術課題を多色同時照明法により克服する方途を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成する本発明に係るドラッグデリバリーシステムは、脂質二重膜の間にインターカレートした分子を有し、薬剤を内包するリポソームと、前記分子に対して少なくとも２種以上の異なる波長の光を同時照射する光照射部を備え、該光照射部による前記同時照射により、前記分子で二重共鳴吸収過程を誘導して、前記脂質二重膜の膜構造の相転移温度以上に前記脂質二重膜を加熱し、不安定化させ、前記薬剤を前記リポソームの外部に放出させる光照射装置と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記リポソームに内包された前記薬剤は、前記少なくとも２種以上の異なる波長の光の同時照射によって二重共鳴吸収過程を生じない薬剤であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記光照射装置は、前記光照射部による前記少なくとも２種以上の異なる波長の光の同時照射にあたり、パルス幅を前記分子の第１励起状態Ｓ１の蛍光寿命τより長く設定する照射条件設定部を有することが好ましい。
【００１４】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記照射条件設定部は、前記少なくとも２種以上の異なる波長の光の周波数及び照射強度、並びに前記同時照射の際の前記パルス幅を変更することが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記光照射装置の前記照射条件設定部は、前記周波数、前記照射強度、及び前記パルス幅を、前記脂質二重膜を４２度以上に加熱可能に選択することが好ましい。
【００１６】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記光照射装置は、前記光照射部による前記少なくとも２種以上の異なる波長の光の同時照射にあたり、照射領域の移動及び照明面積の調整が可能な調節手段を有することが好ましい。
【００１７】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記光照射装置の前記照射条件設定部は、前記少なくとも２種以上の異なる波長の光が第１の波長の第１の光及び第２の波長の第２の光であって、前記第１の光により前記分子が基底状態Ｓ０から第１励起状態Ｓ１に励起され、前記第２の光により前記分子が前記第１励起状態Ｓ１から第ｎ励起状態Ｓｎに励起される場合に、前記第１励起状態Ｓ１から前記第ｎ励起状態Ｓｎでの吸収断面積をσeとし、前記第２の光の照射強度であるフォトンフラックスをIeとして、σeIeτ＞１を満たすように、前記第２の光のフォトンフラックスIeを決定することが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記光照射装置の前記照射条件設定部は、前記基底状態Ｓ０から前記第１励起状態Ｓ１での吸収断面積をσpとし、前記第１の光のフォトンフラックスをIpとしたとき、σpＩpＴ≧０．６９を満たすように、前記パルス幅Ｔ及び前記第１の光の照射強度であるフォトンフラックスＩpを決定することが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記リポソームの前記脂質二重膜は、少なくとも２種の脂質分子の混合体を含んでなることが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記リポソームの前記脂質二重膜は、ポリオキシエチレン鎖長の異なる少なくとも二種のポリエチレングリコール系界面活性剤を更に含んでなることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記リポソームの前記分子が蛍光性分子であり、該蛍光性分子は、前記脂質二重膜内と前記脂質二重膜外とで、蛍光波長又は蛍光収率が異なることが好ましい。
【００２２】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記蛍光性分子の前記蛍光波長又は前記蛍光収率の変化を計測する分光計測器を更に含むことが好ましい。
【００２３】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記リポソームの前記分子が疎水性分子であることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記リポソームの前記分子は、前記少なくとも２種以上の異なる波長の光を同時照射されることにより、立体構造又は電子構造を変化させることが好ましい。
【００２５】
また、本発明に係るドラッグデリバリーシステムにおいて、前記リポソームの前記分子が、アゾベンゼンとその誘導体、スピロピランとその誘導体、スピロオキサジンとその誘導体、ヘキサアリールビイミダゾールとその誘導体、ナフトピランとその誘導体、サリチリデンアニリンとその誘導体、ジアリールエテンとその誘導体、フルキドとその誘導体、フェノキシナフタセンキノンとその誘導体、ジフェニルヘキサトリエンとその誘導体、及びロドプシンとその誘導体から選択される少なくとも一種を含むことが好ましい。
【００２６】
上記目的を達成する本発明に係るリポソームは、脂質二重膜の間にインターカレートした分子を有し、内部空間に薬剤を内包し、前記分子は、少なくとも２種以上の異なる波長の光の同時照射により二重共鳴吸収過程を誘導され、前記脂質二重膜の膜構造の相転移温度以上に前記脂質二重膜を昇温させて不安定化させ、前記薬剤を外部に放出可能であることを特徴とする。
【００２７】
上記目的を達成する本発明に係る光照射装置は、薬剤を内包し、脂質二重膜の間にインターカレートした分子を有するリポソームの該分子に対して少なくとも２種以上の異なる波長の光を同時照射する光照射部を備え、該光照射部による前記同時照射により、前記分子で二重共鳴吸収過程を誘導して、前記脂質二重膜の膜構造の相転移温度以上に前記脂質二重膜を加熱し、不安定化させ、前記薬剤を前記リポソームの外部に放出させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、空間的及び時間的に高精度で薬剤を放出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】二重共鳴吸収過程の模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るリポソームの一例の構成を示す模式図である。
【図３】図２に示した脂質二重膜２の詳細構造を示す模式図である。
【図４】図２に示したリポソーム１の製造方法の一例を説明する模式図である。
【図５】本発明の一実施の形態にて使用可能な光照射装置及び分光計測器の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
先ず、本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明に係るドラッグデリバリーシステム（ＤＤＳ）においてキャリアとして用いるリポソームに薬剤を放出させるために利用した現象について説明する。
【００３１】
本発明は、多色同時照明により分子一般で誘導できる二重共鳴吸収という現象を基礎にしている。多色同時照明とは、少なくとも２種以上の異なる波長の光を対象物に対して同時照射することをいう。図１に二重共鳴吸収過程の模式図を示す。図１によれば、まず、第１の波長の第１の光、すなわちポンプ光により分子を基底状態Ｓ０から第１励起状態Ｓ１に励起する。さらに、第２の波長の第２の光、すなわちイレース光により更に上位の第ｎ励起状態Ｓｎに励起する。第ｎ励起状態は、励起対象である分子によって異なり、第１励起状態Ｓ１より上位の励起状態の順位が複数ある場合には、エネルギーの低い順に、第２、第３、・・・第ｎ励起状態と称する。
【００３２】
通常、第１励起状態Ｓ１に励起された分子は、蛍光を出してエネルギー緩和を実施し（蛍光緩和）、第ｎ励起状態Ｓｎに励起された分子は熱を放出してエネルギー緩和を実施する（熱緩和）。しかし、ポンプ光とイレース光を分子に同時照射すると、第１励起状態Ｓ１からの蛍光緩和を経ることなく、第ｎ励起状態Ｓｎまで分子が励起されるため、蛍光緩和を抑制できる。このような現象は、超解像顕微鏡の原理として用いられている。通常、超解像顕微鏡においては、Ｓ１の励起寿命すなわち蛍光寿命τに等しい数ナノ秒程度のパルス光を照射する。
【００３３】
本発明者は、第１励起状態Ｓ１の蛍光寿命τより長時間の同時照射を行なうと、分子が熱緩和し続け、高温状態になると同時に、周囲の溶媒又は分子に対して大きな熱を放出し続けることを新たに見いだした。そこで、本発明者は、このような緩和特性をＤＤＳに活用して、光制御によりリポソームの脂質二重膜を開裂させて、空間的及び時間的に高精度でリポソームに内包された薬剤を放出させることができることに新たに着想した。
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３５】
図２は、本発明の一実施の形態に係るリポソームの一例の構成を示す模式図である。このリポソーム１は、脂質２ａ及び脂質２ｂが疎水基を相互に対面させて構成された脂質二重膜２の疎水基側の空間に、分子３をインターカレート（挿入）してなる。分子３は疎水性分子であることが好ましい。脂質二重膜２の疎水基側の空間への親和性が向上し、安定してリポソーム内に存在することができるからである。さらに、リポソーム１は、リポソーム内部空間４に薬剤を内包してなる。なお、リポソーム１の代表的なサイズは２００ｎｍ前後である。
【００３６】
図３Ａ及びＢは、脂質二重膜２の詳細構造を示す模式図である。脂質二重膜２は、リン脂質二重膜であり、例えば、スフィンゴリン脂質のような代表的なリン脂質を単独で用いて形成されるか、好ましくは、少なくとも２種の脂質分子の混合体を含んでなる混合膜として構成される。このような混合膜は、混合膜の温度が４６度を超えると膜構造が結晶構造（図３Ａ）から液晶構造（図３Ｂ）に相転移する。図３Ｂに示す液晶構造（液晶相）の状態では、リン脂質の脂肪酸部分が屈曲運動し、リン脂質が回転又は移動（拡散）し、さらにリン脂質が内層と外層間を移動する反転運動するなどして流動性が高まっている。そして、混合膜は、さらに高温になると、膜構造自体が揺らぎはじめ、最終的には膜が開裂して、リポソームとしての構造が破壊される。
【００３７】
さらに、上述の混合膜は、少なくとも２種の脂質分子を所定割合で混合して得た混合膜であることが好ましい。そのような混合膜としては、非特許文献１に記載の、ジパルミトイルホスファチジルコリン（ＤＰＰＣ）とジステアロイルホスファチジルコリン（ＤＳＰＣ）の比率を３：１に調整することで、相転移温度を４１度まで低下させた温度応答性のリポソームに備えられる脂質二重膜が挙げられる。このようなリポソームを患者に投与した後に患者を加熱すれば、体内においてリポソームを構造不安定化させて、薬剤を放出させることができる。
【００３８】
さらに、脂質二重膜２は、ポリオキシエチレン鎖長の異なる少なくとも二種のポリエチレングリコール系界面活性剤を含むことが好ましい。このような脂質二重膜を有するリポソームは、選択的に癌細胞に取り込まれる性質をもつからである。
【００３９】
そして、本発明の実施の形態によるリポソームは、上述のような脂質二重膜間に分子をインターカレートしてなる。インターカレートする分子は、図１を参照して説明した多色同時照明による二重共鳴吸収を誘導可能な分子であれば良く、例えば、蛍光色素分子であると共に、オキサジン環を有するオキサジン誘導体である、ナイルレッド、及びナイルブルーでありうる。この他に、インターカレートする分子として、他のオキサジン誘導体である、Colour Index Generic Name、Pigment Violet 23及びPigment Violet 37も使用可能である。以下、一例として、ナイルレッドのインターカレート方法について説明する。図４（ａ）〜（ｈ）は、本発明の実施の形態によるリポソーム１の製造方法の一例を説明する模式図である。この製造方法は、逆相蒸発法と呼ばれるものである。先ず、図４（ａ）に示すように、リン脂質分子１１をジエチルエーテル１２（０．５質量％）に溶解させる。次に、図４（ｂ）に示すように、無極性溶媒として、例えば、トルエン１３を混入する。すると、極性溶媒のジエチルエーテル１２の層と無極性溶媒のトルエン１３の層とに分離する。その結果、溶解したリン脂質分子１１は、極性部１１ａをジエチルエーテル１２側に、無極性部１１ｂをトルエン１３側に向けて平面展開する。
【００４０】
その後、図４（ｃ）に示すように、界面層１４が形成されたのち、ナイルレッド３をトルエン１３側に溶解させる。この際、例えば、1mg/mlの濃度で、ナイルレッドを溶解させる。更にHEPES緩衝液(pH7.2)を加える。これにより、ナイルレッド３は、図４（ｄ）に示すように、リン脂質分子１１の無極性部１１ｂに吸着して、安定に固着される。次に、約１時間にわたり超音波を発生させることにより界面層１４を切断して、図４（ｅ）に示すように、エマルジョン１５を形成する。その後、ジエチルエーテル１２を留除して、図４（ｆ）に示すように、エマルジョン１５を集合させる。次に、渦を与えて拡散する。これにより、図４（ｇ）に示すように、一部のエマルジョンのリン脂質分子１１の相が逆転して、リン脂質二重膜が形成し始め、ナイルレッド３が無極性のリン脂質二重膜２の内側に封入される。
【００４１】
その後、最後工程として、減圧下でジエチルエーテル１２を完全に留除して、図４（ｈ）に示すように、ナイルレッド３がリン脂質二重膜２の内側の閉じ込められたリポソーム１を形成する。これにより、直径２０ｎｍ〜２５０ｎｍの粒径分布をもつリポソームが得られる。これらを、遠心分離機や精密ろ過法により、すなわち、例えばポリスチレンろ過膜を通すことで、求めるサイズのリポソームが分別でき、回折限界サイズ以下の所望の径を有するリポソーム１が得られる。
【００４２】
ここで、ナイルレッドは、第１励起状態Ｓ１及び第２励起状態Ｓ２を有し、波長５３２ｎｍのポンプ光（第１の光）で、基底状態Ｓ０から第１励起状態Ｓ１へと励起が可能であり、波長６４７ｎｍのイレース光（第２の光）で第１励起状態Ｓ１から第２励起状態Ｓ２へと励起が可能である。ナイルレッドにおいて、基底状態Ｓ０から第１励起状態Ｓ１への吸収断面積σpは１０-16ｃｍであり、第１励起状態Ｓ１から第２励起状態Ｓ２への吸収断面積σeが１０-17ｃｍのオーダーであり、第１励起状態Ｓ１の蛍光寿命τは、溶媒にもよるが３ナノ秒程度である。
【００４３】
図１に示した二重共鳴吸収過程の模式図によれば、第１励起状態Ｓ１に励起された分子が蛍光緩和する前に、イレース光で第２励起状態Ｓ２に励起する必要があるので、蛍光緩和速度（1/τ）よりも早い励起速度で第２励起状態Ｓ２に再励起する必要がある、すなわち、Ieσe＞１／τを満たす必要があり、別の表現をすれば、下式（１）を満たす必要がある。
Ieσeτ＞１・・・(１)
ここで、
τ：第１励起状態Ｓ１の蛍光寿命
σe：第１励起状態Ｓ１から第２励起状態Ｓ２での吸収断面積
Ｉe：イレース光のフォトンフラックス（照射強度＝単位時間・単位面積あたりの光子数）
である。
【００４４】
また、基底状態Ｓ０から第１励起状態Ｓ１への励起確率Ｒは、下式（２）で表される。
Ｒ＝１−ｅ-IpσpＴ  ・・・（２）
ここで、
ｅ：自然対数
Ｔ：ポンプ光照射時間（パルス幅）
σp：基底状態Ｓ０から第１励起状態Ｓ１での吸収断面積
Ｉp：ポンプ光のフォトンフラックス（照射強度＝単位時間・単位面積あたりの光子数）
である。
【００４５】
少なくとも、Ｒが０．５以上（すなわち、半分以上の分子が）の確率で、基底状態Ｓ０から第１励起状態Ｓ１に励起できないと、イレース光の照射によりもたらされる更に高次の励起状態である第２励起状態Ｓ２からの熱緩和により、本実施の形態によるリポソームを破壊するために十分な熱量を発生させることができないので、式（２）で表されるＲの値を０．５以上とするために、下式（３）を満足するように、ポンプ光のフォトンフラックスＩp及びパルス幅Ｔを設定することが必要となる。
σpIpＴ≧０．６９・・・(３)
ここで、
σp：基底状態Ｓ０から第１励起状態Ｓ１での吸収断面積
Ip：ポンプ光のフォトンフラックス
Ｔ：ポンプ光照射時間（パルス幅） 
である。
【００４６】
具体的には、ナイルレッドの場合、式（１）よりイレース光のフォトンフラックスIeを見積もると、3.3x1025/cm2/sec以上が要求される。このようなフォトンフラックスを有するイレース光を、例えば、開口数０．７の対物レンズで集光した場合、約５５０ｎｍの径の集光スポットが得られる。これは、尖頭値で約１００ｍＷのイレース光を集光したことに相当する。リポソームの代表的なサイズは２００ｎｍ前後であるから、このような集光条件では、ナイルレッドを第１励起状態Ｓ１から第２励起状態Ｓ２に励起するために十分な照射強度、及び、一つのリポソームを照射するために十分な大きさのスポットサイズで照明することができる。
【００４７】
また、他の具体例として、上述のようなイレース光のフォトンフラックスIeを必要とするナイルレッドについて、例えば、開口数０．７の対物レンズでイレース光を集光する場合を説明する。この場合、約５５０ｎｍの径の集光スポットが得られる。これは、尖頭値で約２４ｍＷのイレース光を集光したことに相当する。この場合も、上記例と同様に、十分な強度及び大きさのスポットサイズのイレース光で、本発明によるリポソームを照明することができる。
【００４８】
図１を参照して説明したように、ポンプ光及びイレース光の同時照射のパルス幅Ｔは、第１励起状態Ｓ１の蛍光寿命τより長いことが好ましい。以下、Ｔ＞τであることの利点を説明する。すなわち、パルス幅Ｔが短いと、確率的にその間に熱を出さず蛍光緩和する分子が存在する。空間的に考察すると、ある分子は二重共鳴吸収過程を起こして発熱するが、またある分子は蛍光緩和して発熱しない。従って、Ｔ＜τの条件では脂質二重膜に空間斑をもって熱が発生する。しかし、Ｔ＞τの条件であれば１分子に対して複数回の二重共鳴吸収過程発生するので、確率的に時間平均されるので、脂質二重膜にインターカレートした分子が空間的に一様に発熱する。その結果として、リポソームを一様かつ効率的に加熱し、脂質二重膜の破壊を効率的に誘導できる。具体的には、仮に、ポンプ光及びイレース光の同時照射のパルス幅Ｔを、第１励起状態Ｓ１の蛍光寿命τより長い５ナノ秒に設定し、ポンプ光のフォトンフラックスＩpを、1.4x1024/cm2/secとした場合に、開口数０．７の対物レンズで、ポンプ光を集光する場合、約４６０ｎｍの径の集光スポットが得られる。これは、尖頭値で約０．６ｍＷのポンプ光を集光することに相当する。
さらに、上述したように、パルス幅Ｔ及びポンプ光のフォトンフラックスＩpは、上記式（３）を満足するように選択されることが更に好ましく、イレース光のフォトンフラックスＩeは上記式（１）を満足するように選択されることが好ましい。このようなパルス幅Ｔ、ポンプ光のフォトンフラックスＩp、及びイレース光のフォトンフラックスＩeで同時照射を行うと、効率的に分子を発熱させることができるからである。
【００４９】
一般に、癌細胞１個のサイズは１０μｍといわれており、癌細胞を一辺１０μｍの立方体で近似すると、その標準的な体積は１０００μｍ3と仮定できる。ここで、ある癌細胞（体積：１０００μｍ3）に対してドラッグデリバリーシステムによって投薬することを想定する。まず、１０，０００個のナイルレッド分子をインターカレートしたリポソームを１つ患者体内に投与する。癌細胞の主成分が水であるとすると、患者体温（３６度）からリポソームの脂質二重膜の相転移温度（４６度）まで加熱するために必要な熱容量は、4.2x10-8J/K（１度あたりの熱容量4.2x10-9J/Kの１０倍）となる。従って、上記リポソームに含まれる１０，０００個のナイルレッド分子のそれぞれが、4.2x10-12J/Kの熱を放射する必要がある。
【００５０】
そこで、ナイルレッドの二重共鳴吸収過程を通じて、このような熱量を与えるために必要なポンプ光及びイレース光の総照射時間を以下に概算する。ポンプ光のフォトンフラックスがIp=1.4x1024/cm2/secである場合、５ナノ秒間ポンプ光を照射すると、０．５の確率でナイルレッド分子を第１励起状態Ｓ１に励起できる。従って、ポンプ光及びイレース光を１０ナノ秒間照射することで、ナイルレッド分子を第１励起状態Ｓ１に少なくとも１回励起でき、その後の二重共鳴吸収過程を誘導できる。一回の二重共鳴吸収過程にて、ナイルレッド分子は、ポンプ光及びイレース光の光子を１個ずつ吸収するので、これらを全て熱エネルギーに転換する。
【００５１】
波長５３２ｎｍのポンプ光では、光子エネルギーは２．３３ｅＶであり、波長６４７ｎｍのイレース光では、光子エネルギーは１．９２ｅＶであるので、一回の二重共鳴吸収過程でそれらの合計の４．２５ｅＶを得る。これが、熱緩和すると6.8x10-19Jが熱として癌細胞に蓄積される。従って、4.2x10-12Jの熱を放射するためには、１分子につき約6.2x106回の二重共鳴吸収過程を誘導する必要がある。
【００５２】
上述の通り、ポンプ光及びイレース光を１０ナノ秒間照射することで、二重共鳴吸収過程を誘導できるので、総照射時間を６２ミリ秒とすれば、リポソームの温度が相転移温度の４６度に到達し、脂質二重膜が不安定化して、薬剤を放出させることができる。なお、癌細胞は４３度以上になると、死滅が始まることが知られている（川下将一, 李志霞, "深部がんの低侵襲治療に役立つガラス微小球", New Glass, 24, 8-14 (2009)）。従って、リポソームを４６度程度に昇温させることにより、リポソームから放出された薬剤による薬効と、昇温自体による癌細胞の死滅効果との相乗効果で、効率的且つ選択的に癌細胞を死滅させることができる。
【００５３】
図５に本実施の形態にかかるドラッグデリバリーシステムにおいて使用可能な光照射装置２０の一例の概略構成図及び光照射装置２０からの光情報を分光計測する分光計測器３０を示す。図５に示す光照射装置２０は、光照射部２１を備え、さらに、照射する光の周波数、照射強度、及びパルス幅を変更可能な照射条件設定部２２と、照射領域の移動及び照明面積の調整が可能な調節手段２３と、光照射部２１から照射された光に応じて被検体４０から発せられた光を受光する受光部２４と、を備えることが好ましい。そして分光計測器３０は、受光部２４から得た光を分光計測する。分光計測器３０により、リポソームである被検体４０から発せられる蛍光を計測することで、リポソームの挙動を確認することができるようになる。
【００５４】
まず、光照射装置２０は、光照射部２１により、リポソームに対して少なくとも２種以上の異なる波長の光を同時照射することで、リポソームの脂質二重膜にインターカレートされた分子について二重共鳴吸収過程を誘導して、脂質二重膜構造の相転移温度以上に脂質二重膜を加熱し、脂質二重膜を不安定化させ、薬剤をリポソームの外部に放出させる。このような光照射部２１によれば、空間的及び時間的に高精度で薬剤を放出させることができる。さらに、光照射装置２０は、照射条件設定部２２により、少なくとも２種以上の異なる波長の光の同時照射にあたり、リポソームの脂質二重膜にインターカレートされた分子の第１励起状態Ｓ１の蛍光寿命τより、パルス幅を長く設定することができる。さらに、パルス幅に加えて、光の周波数及び照射強度などの諸条件を変更可能なため、脂質二重膜の間にインターカレートする分子に応じて、かかる分子に適した条件に照射諸条件を変更することができる。さらに、上記一例では、リポソームの温度を４６度に昇温することを目標として諸条件を算出したが、本実施の形態によるドラッグデリバリーシステム使用する光照射装置２０の照射条件設定部２２は、上記諸条件を、脂質二重膜を４２度以上に加熱可能に選択することが好ましく、４３度以上に加熱可能に選択することがより好ましく、４６度以上に加熱可能に選択することが特に好ましい。
【００５５】
以上述べた通り、本実施の形態によるドラッグデリバリーシステムによれば、加熱原理としてポンプ光とイレース光の波長が同調した分子のみ励起させる。したがって、リポソーム内に内包された薬剤分子が、上記ポンプ光及びイレース光の同時照射によって二重共鳴吸収過程を生じない分子である限りにおいて、上記ポンプ光及びイレース光の同時照射によっては、励起破壊されることはない。よって、リポソームに内包された薬剤は、上記ポンプ光及びイレース光の同時照射によって二重共鳴吸収過程を生じない薬剤であることが肝要である。なお、所定のポンプ光及びイレース光の同時照射によって二重共鳴吸収過程を生じない薬剤の鑑別は、例えば、当該薬剤の成分中の分子について、吸光光度計又は蛍光分光光度計により励起波長を測定し、測定下励起波長と、上記所定のポンプ光及びイレース光とを比較検討することによって行うことができる。なお、「ポンプ光及びイレース光の同時照射によって二重共鳴吸収過程を生じない薬剤」とは、「脂質二重膜の間にインターカレートした分子とは励起波長が異なる薬剤」を指す。
【００５６】
さらに、上記ポンプ光及びイレース光の同時照射は、生体内の正常組織自体を直接励起しない波長帯であることが肝要である。したがって、このようなポンプ光及びイレース光の波長範囲としては、ポンプ光及びイレース光は、２００ｎｍ〜９００ｎｍの範囲内である必要がある。ドラッグデリバリーの経路として血液を想定しているが、血液の長波長側の吸収端は９００ｎｍであり、炭素の共有結合を有数する有機分子の紫外吸収端は２００ｎｍであるので、ポンプ光及びイレース光とイレース光の波長はこの帯域に存在している必要がある。特に、７００ｎｍ〜９００ｎｍは生体の窓と呼ばれ、血液に対する透過性が著しく高い。特に、強い強度を必要とするイレース光に対して吸収の少ないこの領域が望ましい。例えば、ナイルブルーは領域波長のイレース光で強い第ｎ励起状態Ｓｎの吸収帯を有する。すなわち、より好ましくは、ポンプ光：２００ｎｍ〜７００ｎｍ、及びイレース光：７００ｎｍ〜９００ｎｍである。ポンプ光及びイレース光の波長帯をこのように設定することで、二重共鳴吸収過程を一層高効率で誘導することができる。
【００５７】
上記実施の形態によるドラックデリバリーシステムとは異なり、単色光で脂質二重膜の間にインターカレートした分子を励起する方法として、紫外光や赤外光を用いる方法が考えられる。しかしこの場合はドラッグデリバリーシステムのリポソームの脂質二重膜のみならず、全ての生体器官をも加熱してしまうので、この点が少なくとも２種以上の異なる波長の光を同時照射することを含む本発明によるドラックデリバリーシステムとは異なる点である。もし、インターカレートする分子において、第１励起状態Ｓ１より上位に２つ以上の励起状態の準位があれば、２波長以上の照明光を同時照射することも効果的である。
【００５８】
さらに、脂質二重膜の間にインターカレートする分子として、光照射により分子構造を大きく変える分子を利用することも有効である。ここで、分子構造とは、具体的には、分子の立体構造及び電子構造の少なくとも一方を指す。光照射により分子構造を大きく変える分子とは、具体的には、所定波長の光を照射することにより、シス型とトランス型との間で分子構造を変化させる分子である。そのような分子は、アゾベンゼンとその誘導体、スピロピランとその誘導体、スピロオキサジンとその誘導体、ヘキサアリールビイミダゾールとその誘導体、ナフトピランとその誘導体、サリチリデンアニリンとその誘導体、ジアリールエテンとその誘導体、フルキドとその誘導体、フェノキシナフタセンキノンとその誘導体、ジフェニルヘキサトリエンとその誘導体、及びロドプシンとその誘導体から選択される少なくとも一種を含む。中でも、アゾベンゼンは光照射により劇的な構造変化を起こす。アゾベンゼンは、シス型とトランス型の安定した構造を持ち、波長３６０ｎｍ前後の光と波長５００ｎｍ前後の光を照射することで、相互に可逆的に構造を変化させる。このとき力学的に大きな構造変化を起こす。例えば、アゾベンゼンを重合した高分子フィルムは光照射により力学的な推進力を発生することが知られており、アクチュエーターとして利用されている。
【００５９】
脂質二重膜の間にインターカレートする分子としてアゾベンゼンを利用する場合の一例を以下に説明する。まず、予め、トランス状態のアゾベンゼン分子を、ジパルミトイルホスファチジルコリン（ＤＰＰＣ）とジステアロイルホスファチジルコリン（ＤＳＰＣ）を混合した脂質二重膜の疎水部にインターカレートする。この場合、トランス状態のアゾベンゼン分子は配向構造をとるので、安定して保持されている。しかし、波長３６０ｎｍの光を照射すると、アゾベンゼンは、屈曲して空間的には等方的になるので流動性が高まる。このとき、比較的結晶構造に近い脂質二重膜も液晶状態に流動化し、構造が不安定化する。
【００６０】
さらに、波長３５５ｎｍの光と波長５３２ｎｍの光のショートパルス光をナノ秒オーダーで同時に照射すると、二重共鳴吸収過程のみならず、シス体とトランス体間の構造変化が繰り返し起きる。この様にして、リポソームの脂質二重膜を繰り返し力学的に不安定化させることができる。そして、このようなたび重なる構造変化に伴い、リポソーム内部の薬剤が徐々に放出される様になる。このようにして、脂質二重膜の間にインターカレートする分子として、光照射により分子構造を大きく変える分子を利用することで、リポソームに内包させた薬剤を漸近的に拡散させることができる。
【００６１】
さらに、上述した構造変化が繰り返されることに伴い、脂質二重膜にて力学エネルギーが熱エネルギーに転換され、リポソームの温度が上昇する。すなわち、ジパルミトイルホスファチジルコリン（ＤＰＰＣ）とジステアロイルホスファチジルコリン（ＤＳＰＣ）を混合した脂質二重膜の相転移温度を超える状態への移行を促進し、最終的には、膜構造の破壊を導く。このようにして、脂質二重膜の間にインターカレートする分子として、光照射により分子構造を大きく変える分子を利用することで、リポソームに内包させた薬剤を一挙に放出（破壊的放出）することができる。
【００６２】
以上の様に、脂質二重膜の間にインターカレートする分子として、光照射により分子構造を大きく変える分子を利用することで、リポソームからの薬剤の放出のタイミングと放出量を人工的に制御できる。
【００６３】
さらに、脂質二重膜の間にインターカレートする分子は、蛍光性分子であり、該蛍光性分子は、脂質二重膜内と脂質二重膜外とで、蛍光波長又は蛍光収率が異なることが好ましい。そのような分子の一例として、ジフェニルヘキサトリエンが挙げられる。ジフェニルヘキサトリエン及びその誘導体も光照射により分子構造を変化する分子であるが、それに加えて疎水環境では光照射により強い蛍光を出す。一方で、ジフェニルヘキサトリエン及びその誘導体は、親水性の環境では、蛍光収率が著しく低下する。
【００６４】
したがって、ジフェニルヘキサトリエン及びその誘導体を脂質二重膜の間にインターカレートしたリポソームを患者に投与した場合、血液中を輸送されている間は、脂質二重膜内の疎水環境にてジフェニルヘキサトリエン及びその誘導体が蛍光を発するので、分光器等を用いて、患者体内を移動中のリポソームの動きを可視化できる。よって、リポソームが病変部位に到達したか否かを確認することができる。さらに、蛍光の追跡により病変部位にリポソームが到達したことを確認して、光照射よりリポソームの脂質二重膜を破壊して薬剤を放出させた後は、親水環境にジフェニルヘキサトリエンが流出するので、観察される蛍光が著しく暗くなる。このようにして、蛍光波長又は前記蛍光収率の変化を計測することにより、ジフェニルヘキサトリエン及びその誘導体を脂質二重膜の間にインターカレートしたリポソームを用いることにより、薬剤が病変部位で効率的に拡散したかどうかを確認することができるようになる。よって、本実施の形態によるドラッグデリバリーシステムの精度を一層向上させることができる。
【００６５】
光照射により分子構造を変化させる分子について、シス型及びトランス型の間の変換周波数や遷移確率は、２色光源の照射強度や、パルス照射時の頻度及びタイミングにより制御することができる。さらに、これらの条件を調節することで、リポソームから放出される薬剤の流量を制御することができる。例えば、波長３５５ｎｍの光と波長５３２ｎｍの光のショートパルス光を交互に照射する周波数を低くして、かつ、光強度を抑制すると、脂質二重膜の相転移は漸近的に促進され、それに応じて不安定化した脂質二重膜から、薬剤がゆっくり流出する。しかし、照射強度を高くし、ロングパルスを与えると一瞬にしてリポソームが破壊され大量の薬剤を病変部位にて迅速に放出させることができる。
【００６６】
さらに、実際の医療現場での上記ドラッグデリバリーシステムの運用では、内視鏡との併用が有効である。例えば、癌治療の場合、予め抗癌剤を導入した血管から、薬剤を内包させたリポソームを導入する。ここでは、リポソームとして、光照射により分子構造を変化させる分子を脂質二重膜の間にインターカレートして得たリポソームを使用するものとして説明する。そして、内視鏡のファイバー光学系から導入した励起光により病変部位を蛍光観察する。リポソームの脂質二重膜の間にインターカレートした分子から蛍光信号が確認できたら、上記脂質二重膜の間にインターカレートした分子の構造をシス型とトランス型との間を相互に変化させる２色のレーザー光を内視鏡のファイバー光学系より導入する。例えば、波長３５５ｎｍの光と波長５３２ｎｍの光を用いるのであれば、ＹＡＧレーザーの２倍波と３倍波を利用できるので、１台のコンパクトな光源で対応できる。
【００６７】
このとき、再度、病変部位を蛍光計測し、蛍光信号が低下していることを確認する。もし、蛍光信号が低下していればリポソームの脂質二重膜の破壊が完了しており、狙った病変部位にて、高濃度且つ選択的に、抗癌剤の投与が完了したことが確認できる。もちろん、内視鏡或いは硬性鏡を利用した内臓疾患治療のみならず、皮膚に対して直接光照射することで、本実施の形態によるドラッグデリバリーシステムを用いた薬剤投与を行うことも可能である。
【００６８】
さらに、近年では、集光したレーザー光を空間的に走査できるタイプの内視鏡が開発されている（年吉  洋、中田宗樹、藤田博之、両澤  敦、諫本圭史、鄭  昌鎬、「ＭＥＭＳ技術による光ファイバー内視鏡」、日本工業出版光アライアンス、２００７年１２月号）。従って、この機能を用いれば、照明スポットを時系列で移動させることで、胃などの臓器内部における患部の必要領域を照明できる。可視及び近赤外領域ではワット級のレーザー光源があるので、高速で患部を照明できる。
【００６９】
また、十分なレーザー強度があれば、集光レンズの開口数を小さくすれば、照明領域を広げることができ、短時間で患部全体を照明することができる。内視鏡においては、光ファイバーにより蛍光をピックアップできるので、ピックアップした蛍光光を改めて分光計測器で分析すれば、その蛍光特性の変化によりナイルレッドをはじめリポソームの脂質二重膜間にインターカレートした分子が親水性環境の患部細胞付近に拡散したかどうか確認できる。すなわち、光照射によりドラッグデリバリーシステムが正常に機能したかを確認することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１          リポソーム
２          脂質二重膜
２ａ,ｂ     脂質
３          分子
４          リポソーム内部空間
１１        リン脂質分子
１１ａ      極性部
１１ｂ      無極性部
１２        ジエチルエーテル
１３        トルエン
１４        界面層
１５        エマルジョン
２０        光照射装置
２１        光照射部
２２        照射条件設定部
２３        調節手段
２４        受光部
３０        分光計測器
４０        被検体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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