(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程（ａ）〜（ｃ）を備えた、光線力学的治療法（photodynamic therapy:ＰＤＴ）における一重項酸素累積濃度のシミュレーション法。
（ａ）波長λ１〜λｎ（ｎは自然数）の励起光の各波長について、モンテカルロコードを用いたシミュレーションにより、腫瘍組織内における励起光強度を算出し、算出した各波長の励起光強度を積算し、腫瘍組織内の励起光強度データを取得する工程；
（ｂ）前記励起光の照射による光感受性物質の褪色因子、一重項酸素生成量子収率、腫瘍組織内の光感受性物質濃度、及び前記波長λ１〜λｎにおける光感受性物質のモル吸光係数を取得する工程；
（ｃ）工程（ａ）で取得した腫瘍組織内の励起光強度データ、工程（ｂ）で取得した光感受性物質の褪色因子、一重項酸素生成量子収率、腫瘍組織内の光感受性物質濃度、及び光感受性物質のモル吸光係数、並びに、前記励起光のビーム径及び照射時間を基に、腫瘍組織内における、光感受性物質から生成される一重項酸素の累積濃度をシミュレーションする工程；
【請求項２】
光感受性物質が、タラポルフィンナトリウム、インドシアニングリーン、又はプロトポルフィリンＩＸ（ＰｐＩＸ）である、請求項１に記載のシミュレーション法。
【請求項３】
工程（ｃ）において、腫瘍組織内の励起光強度（Φ）、腫瘍組織内の光感受性物質の濃度（Ｃ）、及び光感受性物質の褪色因子（β）を基に、励起光照射開始後の時間（ｔ）における、腫瘍組織内の光感受性物質の濃度（Ｃ）を、以下の式で表す、請求項１又は２に記載のシミュレーション法。
【数１】
0006583819.tif 000008
［式中、Ｃ（ｒ，ｚ，ｔ＝０）は、励起光照射開始直後（ｔ＝０）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における光感受性物質の濃度を表し、Φは腫瘍組織内の励起光強度を表し、βは褪色因子を表す］
【請求項４】
工程（ｃ）において、一重項酸素の累積濃度（Ａ）を、以下の式を用いてシミュレーションする、請求項３に記載のシミュレーション法。
【数２】
0006583819.tif 000009
［式中、Ａ（ｒ，ｚ，ｔ）は、励起光照射開始後の時間（ｔ）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における一重項酸素の累積濃度を表し、Ｃ（ｒ，ｚ，ｔ＝０）は、励起光照射開始直後（ｔ＝０）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における光感受性物質の濃度を表し、Φ（ｒ，ｚ，λ）は、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における波長λの励起光強度を表し、Ｔは励起光照射時間を表し、βは褪色因子を表し、λ1は、発光スペクトルの短波長側端の波長を表し、λ2は、発光スペクトルの長波長側端の波長を表し、ε（λ）は、前記波長λにおける光感受性物質のモル吸光係数を表し、λは励起光の波長を表し、ｈはプランク定数を表し、ｃは真空中の光速を表し、ＮＡはアボガドロ定数を表し、φは一重項酸素生成量子収率を表し、ｒは、励起光の中心位置から腫瘍組織までの水平方向への距離を表し、ｚは励起光の中心位置から腫瘍組織までの深さ方向への距離を表す］
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光線力学的治療法（photodynamic therapy:ＰＤＴ）における一重項酸素累積濃度のシミュレーション法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＤＴは、腫瘍に選択的に集積した光感受性物質への光照射により発生する活性酸素種によって、がん細胞を選択的に死滅させる低侵襲な治療法である。現在、日本国内では、ＰＤＴによるがん治療用の光感受性物質としてポルフィマーナトリウム（フォトフリン；ファイザー社製）及びタラポルフィンナトリウム（レザフィリン；Meiji Seika ファルマ社製）が厚生労働省から承認を得ている。しかし、これらの光感受性物質は人工的に合成された物質であり、術後、体内に残留した光感受性物質による光線過敏症を避けるために、数週間から１カ月間は暗室内で過ごさなければならないという課題があった。
【０００３】
一方、５−アミノレブリン酸（５−ＡＬＡ）の投与によって体内で生成され、がん細胞に選択的に蓄積するプロトポルフィリンＩＸ（ＰｐＩＸ）は、光感受性物質としてがんのＰＤＴ治療に用いられている（特許文献１〜３）。ＰｐＩＸは術後の光線過敏症が軽度であることから、ＰＤＴにおいて、ポルフィマーナトリウムやタラポルフィンナトリウムに代わる光感受性物質として期待されている。
【０００４】
５−ＡＬＡ由来ＰｐＩＸによるＰＤＴを始めとして、新規光感受性物質、及び新規光源を用いたＰＤＴの実用化のためには、照射する光の波長、照射光強度、照射時間、腫瘍組織内の光感受性物質の濃度等の条件を変えて、培養細胞による基礎実験、動物を用いた非臨床試験、及びヒトを対象とした臨床実験を行い、最適な治療条件を把握するとともに、安全性・有効性を示す必要があり、膨大な費用と時間が必要となる。新規ＰＤＴをスムーズかつ合理的に実用化へ導くためには、精度の高い計算機シミュレーションモデルを構築し、必要となる実験の条件を絞り込んだ上で、少数例の非臨床試験や臨床試験を行い、治療条件の妥当性や安全性・有効性を評価することが有効であると考えられる。
【０００５】
ＰＤＴで用いられる可視波長域において生体組織のほとんどは強い散乱体であるため、生体組織内部に入射した光は、散乱と吸収の両者の影響を受けながら伝搬する。生体組織内における光の散乱と吸収を物理学的に扱い、生体組織と光との相互作用を解析する手法は生体組織光学（tissue optics）とよばれる（非特許文献１）。しかし、ＰＤＴを始めとしたレーザー医療を基礎研究から臨床応用へ橋渡しする上で、生体組織光学的なアプローチは未だ根付いておらず、結果として、昨今のレーザー・光医学の急速な進歩に対し、この恩恵を患者が受けるには数年以上のタイムラグが生じてくる。このタイムラグを短くするには、生体組織光学に基づいた精度の高いシミュレーションモデルの開発が喫緊の課題であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７３１０３２号公報
【特許文献２】特開２００６−１２４３７２号公報
【特許文献３】特表２００２−５１２２０５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】R. K. Gupta: Tissue Optics, Current Sci. 76, pp.1341-1347 (1999)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、腫瘍組織内に存在する光感受性物質に、励起光照射した場合に生成される一重項酸素の累積濃度を、精度よくシミュレーションする方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を続けている。その過程において、光感受性物質から生成される一重項酸素生成量子収率や、腫瘍組織内の光感受性物質濃度に加え、腫瘍組織内の励起光強度や光感受性物質のモル吸光係数を、励起光の各波長での効果を加味し、腫瘍組織内における一重項酸素の累積濃度をより厳密にシミュレーションしたところ、シミュレーションで得られた結果が、実際の治療効果を反映したものであることを見いだし、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
〔１〕以下の工程（ａ）〜（ｃ）を備えた、光線力学的治療法（photodynamic therapy:ＰＤＴ）における一重項酸素累積濃度のシミュレーション法。
（ａ）波長λ１〜λｎ（ｎは自然数）の励起光の各波長について、モンテカルロコードを用いたシミュレーションにより、腫瘍組織内における励起光強度を算出し、算出した各波長の励起光強度を積算し、腫瘍組織内の励起光強度データを取得する工程；
（ｂ）前記励起光の照射による光感受性物質の褪色因子、一重項酸素生成量子収率、腫瘍組織内の光感受性物質濃度、及び前記波長λ１〜λｎにおける光感受性物質のモル吸光係数を取得する工程；
（ｃ）工程（ａ）で取得した腫瘍組織内の励起光強度データ、工程（ｂ）で取得した光感受性物質の褪色因子、一重項酸素生成量子収率、腫瘍組織内の光感受性物質濃度、及び光感受性物質のモル吸光係数、並びに、前記励起光のビーム径及び照射時間を基に、腫瘍組織内における、光感受性物質から生成される一重項酸素の累積濃度をシミュレーションする工程；
〔２〕光感受性物質が、タラポルフィンナトリウム、インドシアニングリーン、又はプロトポルフィリンＩＸ（ＰｐＩＸ）である、上記〔１〕に記載のシミュレーション法。
〔３〕工程（ｃ）において、腫瘍組織内の励起光強度（Φ）、腫瘍組織内の光感受性物質の濃度（Ｃ）、及び光感受性物質の褪色因子（β）を基に、励起光照射開始後の時間（ｔ）における、腫瘍組織内の光感受性物質の濃度（Ｃ）を、以下の式で表す、上記〔１〕又は〔２〕に記載のシミュレーション法。
【００１１】
【数１】
0006583819.tif 000002
［式中、Ｃ（ｒ，ｚ，ｔ＝０）は、励起光照射開始直後（ｔ＝０）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における光感受性物質の濃度を表し、Φは腫瘍組織内の励起光強度を表し、βは褪色因子を表す］
〔４〕工程（ｃ）において、一重項酸素の累積濃度（Ａ）を、以下の式を用いてシミュレーションする、上記〔３〕に記載のシミュレーション法。
【００１２】
【数２】
0006583819.tif 000003
［式中、Ａ（ｒ，ｚ，ｔ）は、励起光照射開始後の時間（ｔ）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における一重項酸素の累積濃度を表し、Ｃ（ｒ，ｚ，ｔ＝０）は、励起光照射開始直後（ｔ＝０）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における光感受性物質の濃度を表し、Φ（ｒ，ｚ，λ）は、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における波長λの励起光強度を表し、Ｔは励起光照射時間を表し、βは褪色因子を表し、λ1は、発光スペクトルの短波長側端の波長を表し、λ2は、発光スペクトルの長波長側端の波長を表し、ε（λ）は、前記波長λにおける光感受性物質のモル吸光係数を表し、λは励起光の波長を表し、ｈはプランク定数を表し、ｃは真空中の光速を表し、ＮＡはアボガドロ定数を表し、φは一重項酸素生成量子収率を表し、ｒは、励起光の中心位置から腫瘍組織までの水平方向への距離を表し、ｚは励起光の中心位置から腫瘍組織までの深さ方向への距離を表す］
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、腫瘍組織内の任意の部位に存在する光感受性物質に、励起光照射した場合に生成される一重項酸素の累積濃度を、精度よくシミュレーションできるため、腫瘍中のがん細胞を死滅させるのに必要十分な一重項酸素を生成させるための治療計画を、信頼性の高いものとして策定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】治療計画ソフトフローチャートを示す図である。
【図２】励起光分布のシミュレーションに用いる腫瘍組織のモデル図である。
【図３】腫瘍組織内における３種類の励起光（緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、及び赤色レーザー）強度（後述する式１中の「Φ」に相当）と、腫瘍組織の深さ（後述する式１中の「ｚ」に相当）との関係を、モンテカルロコードを用いてシミュレーションした結果を示す図である。
【図４】緑色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを励起光として用いた場合の、腫瘍組織内に産生される一重項酸素の累積濃度（後述する式１中の「Ａ」に相当）をシミュレーションし、腫瘍組織の深さとの関係を示す図である。各グラフにおける点は、上から順に、５００、４００、３００、２００、及び１００（秒）励起光を照射したときの結果を示す。
【図５】赤色ＬＥＤと赤色レーザーを励起光として用いた場合の、腫瘍組織内に産生される一重項酸素の累積濃度をシミュレーションし、腫瘍組織の深さとの関係を示す図である。各グラフにおける点は、上から順に、５００、４００、３００、２００、及び１００（秒）励起光を照射したときの結果を示す。
【図６】３種類の励起光（緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、及び赤色レーザー）の照射時間（後述する式１中の「Ｔ」に相当）と、腫瘍組織の深さ方向において生成される一重項酸素の分布との関係を示す図である。
【図７】図７Ａは、緑色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを励起光として用いた場合の、腫瘍組織内に産生される一重項酸素の累積濃度をシミュレーションし、腫瘍組織の深さとの関係を示す図である。励起光（緑色及び赤色ＬＥＤ）の照射パワー密度は１００ ｍＷ／ｃｍ２であり、照射時間は５００（秒）とした。図７Ｂは、かかるシミュレーション結果を基に、腫瘍モデルを緑色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを用いてＡＬＡ−ＰＤＴ治療した結果を示す図である。図中の「＊」は、統計学的に有意差（Ｐ＜０．０５）があることを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明のＰＤＴにおける一重項酸素（１Ｏ２）累積濃度のシミュレーション法としては、波長λ１〜λｎ（ｎは自然数）の励起光の各波長について、モンテカルロコードを用いたシミュレーションにより、腫瘍組織内における励起光強度を算出し、算出した各波長の励起光強度を積算し、腫瘍組織内の励起光強度データを取得する工程（ａ）；前記励起光の照射による光感受性物質の褪色因子、一重項酸素生成量子収率、腫瘍組織内の光感受性物質濃度、及び前記波長λ１〜λｎにおける光感受性物質のモル吸光係数を取得する工程（ｂ）；工程（ａ）で取得した腫瘍組織内の励起光強度データ、工程（ｂ）で取得した光感受性物質の褪色因子、一重項酸素生成量子収率、腫瘍組織内の光感受性物質濃度、及び光感受性物質のモル吸光係数、並びに、前記励起光（入射光）のビーム径及び照射時間を基に、腫瘍組織内における、光感受性物質から生成される一重項酸素の累積濃度をシミュレーションする工程；の工程（ａ）〜（ｃ）を備えた方法（以下、単に「本件シミュレーション法」ということがある）であれば特に制限されない。本件シミュレーション法を用いると、腫瘍組織内の任意の部位（通常表層から１０ｍｍ以内の部位、好ましくは５ｍｍ以内の部位）に存在する光感受性物質に励起光照射した場合に生成される一重項酸素の累積濃度を、精度よくシミュレーションできるため、腫瘍中のがん細胞を死滅させるのに必要十分な一重項酸素を生成させるための治療計画（条件）(例えば、図１参照）を、信頼性の高いものとして策定することができる。このため、本件シミュレーション法は、ＰＤＴによるがん治療計画を策定するためのデータを収集する方法において、有利に用いることができる。
【００１６】
上記光感受性物質としては、例えばヘマトポルフィリン誘導体、ポルフィマーナトリウム、タラポルフィンナトリウム、プロトポルフィリンＩＸ（ＰｐＩＸ）、フェオホルバイデ（Ｐｈｅｏｐｈｏｒｂｉｄｅａ）、インドシアニングリーン、アルミニウム・フタロシアニンテトラサルフェート（Ａ１ＰｃＳ4）、スズ・エチオプルプリン（ＳｎＥＴ2）、亜鉛（ＩＩ）・オクタデシルフタロシアニン（ＺｎＯＰＰｃ）、プルプリンイミド、アザクロリン、亜鉛・エチオプルプリン（ＺｎＥＴ2）、フタロシアニン（Ｐｃ）、カドミウム・テクサフィリン（ＣｄＴＸ）、テクサフィリン、亜鉛・テトラフィプタロポルフィリン（ＺｎＴＮＰ）、ベルデイン、ベンゾポルフィリン誘導体モノ酸リングＡ（ＢＰＤＭＡ）、プルプリン、亜鉛・テトラスルホネーテッドフタロシアニン（ＺｎＴＳＰｃ）、ガリウム・フタロシアニン（Ｇａ−Ｐｃ）、インジウムフタロシアニン（Ｉｎ−Ｐｃ）、ベンゾポルフィリン誘導体（ＢＰＤ）、カルシウム・スルホネーテッドフタロシアニン（Ｃａ−ＳＰｃ）、亜鉛・フタロシアニン誘導体（ＺｎＰｃ）、アルミニウム・スルホネーテッドフタロシアニン（ＡｌＳＰｃ）、ベンゾポルフィリン派生体、Ｎ‐アスパルチルクロリンｅ６（Ｎｐｅ６）、メチレンブルー、ベルテポルフィン、ローダミン、テモポルフィリン、ポルフィセン、ハイペルシン等を挙げることができ、タラポルフィンナトリウム、インドシアニングリーン、又はＰｐＩＸが好ましい。
【００１７】
工程（ａ）
工程（ａ）において、まず、波長（λ１〜λｎ：ｎは自然数）の励起光の各波長について、モンテカルロコードを用いたシミュレーションにより、腫瘍組織内における励起光強度を算出する。モンテカルロコードを用いたシミュレーションは、例えば文献「Comput. Methods Programs Biomed., 47, 131-146, 1995.」や「Comput. Methods Programs Biomed., 54, 141-150, 1997.」に記載の方法にしたがって、励起光の発光特性（発光スペクトル）や、腫瘍組織内における吸収係数（吸光係数）、散乱係数、散乱角等を基に行うことができる。上記励起光の発光特性は、分光光度計を用いて自ら測定したものを用いてもよいし、第三者が測定した結果（データ）を用いてもよい。次いで、算出した各波長の励起光強度をλ１〜λｎの波長について積算することにより、腫瘍組織内の励起光強度データを取得する。ここで各波長の励起光強度の積算は、例えばMicrosoft Excel等の市販の解析ソフトを用いて行うことができる。
【００１８】
工程（ｂ）
工程（ｂ）において、前記励起光の照射による光感受性物質の褪色因子（定数）は、例えば、光照射により光感受性物質を褪色させ、その光感受性薬剤の蛍光強度を解析することにより取得する。すなわち、前記励起光の照射による光感受性物質の褪色因子は、蛍光が初期強度のｅ−１に達するまでのエネルギー密度を指数関数でフィッティングすることにより取得する。褪色因子は、自ら測定したものを用いてもよいし、第三者が測定した結果（データ）を用いてもよい。例えば、光感受性物質がＰｐＩＸである場合、文献「Dysart et al., Photochem. Photobiol. Sci. 5, 73 (2006).」を参考にして褪色因子４４．１を用いることができる。
【００１９】
工程（ｂ）において、一重項酸素生成量子収率は、例えば、光感受性物質に励起光を照射後、光感受性物質から生成される一重項酸素の発光を、分光光度計を用いて測定し、得られた測定値（発光強度）と標準物質由来の値（発光強度）とを比較することにより取得する。また、第三者が測定した一重項酸素生成量子収率を用いてもよい。
【００２０】
工程（ｂ）において、腫瘍組織内の光感受性物質濃度は、例えば、腫瘍組織内に存在する光感受性物質に励起光を照射後、光感受性物質由来の蛍光強度を、分光光度計を用いて測定し、得られた測定値（発光強度）と、校正曲線（光感受性物質濃度と発光強度の関連性を示すもの）とを比較することにより取得する。また、上記腫瘍組織内の光感受性物質濃度は、腫瘍組織の光感受性物質を抽出し、高速液体クロマトグラフィー等で直接測定してもよい。
【００２１】
工程（ｂ）において、前記波長λ１〜λｎにおける光感受性物質のモル吸光係数は、例えば、励起光の波長（λ１〜λｎ）における光感受性物質の吸光度を、分光光度計を用いて測定し、ランベルト・ベールの式により算出し取得する。
【００２２】
工程（ｃ）
工程（ｃ）において、腫瘍組織内における、光感受性物質から生成される一重項酸素の累積濃度は、工程（ａ）で取得した腫瘍組織内の励起光強度データ、工程（ｂ）で取得した光感受性物質の褪色因子、一重項酸素生成量子収率、腫瘍組織内の光感受性物質濃度、及び光感受性物質のモル吸光係数、並びに、前記励起光のビーム径及び照射時間を基に、励起光照射により腫瘍組織内の光感受性物質が褪色（減少）する点を考慮し、量子化学的アプローチによりシミュレーションする。励起光照射開始後の時間（ｔ）における、腫瘍組織内の光感受性物質の濃度（Ｃ）は、腫瘍組織内の励起光強度（Φ）、腫瘍組織内の光感受性物質の濃度（Ｃ）、及び光感受性物質の褪色因子（β）を基に、以下の式で表わされることが好ましい。
【００２３】
【数３】
0006583819.tif 000004
［式中、Ｃ（ｒ，ｚ，ｔ＝０）は、励起光照射開始直後（ｔ＝０）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における光感受性物質の濃度を表し、Φは腫瘍組織内の励起光強度を表し、βは褪色因子を表す］
【００２４】
一重項酸素の累積濃度のシミュレーションは、より具体的には、以下の式を用いて行うことができる。
【００２５】
【数４】
0006583819.tif 000005
［式中、Ａ（ｒ，ｚ，ｔ）は、励起光照射開始後の時間（ｔ）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における一重項酸素の累積濃度を表し、Ｃ（ｒ，ｚ，ｔ＝０）は、励起光照射開始直後（ｔ＝０）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における光感受性物質の濃度を表し、Φ（ｒ，ｚ，λ）は、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における波長λの励起光強度を表し、Ｔは励起光照射時間を表し、βは褪色因子を表し、λ1は、発光スペクトルの短波長側端の波長を表し、λ2は、発光スペクトルの長波長側端の波長を表し、ε（λ）は、前記波長λにおける光感受性物質のモル吸光係数を表し、λは励起光の波長を表し、ｈはプランク定数を表し、ｃは真空中の光速を表し、ＮＡはアボガドロ定数を表し、φは一重項酸素生成量子収率を表し、ｒは、励起光の中心位置から腫瘍組織までの水平方向への距離を表し、ｚは励起光の中心位置から腫瘍組織までの深さ方向への距離を表す］
【００２６】
上記プランク定数（ｈ）としては、６．６２６０７００４０（８１）×１０−３４（Ｊｓ）、及び４．１３５６６７６６２（２５）×１０−３４（ｅＶｓ）の他、これらの近似値（６．６×１０−３４［Ｊｓ］、４．１３×１０−３４［ｅＶｓ］等）を挙げることができる。
上記真空中の光速（ｃ）としては、２９９７９２４５８（ｍ／ｓ）の他、かかる値の近似値（３００００００００［ｍ／ｓ］、２９９８０００００［ｍ／ｓ］等）を挙げることができる。
【００２７】
上記アボガドロ定数（ＮＡ）としては、６．０２２１４０８５７×１０２３（ｍｏｌ−１）の他、かかる値の近似値（６．０２２×１０２３［ｍｏｌ−１］等）を挙げることができる。
【００２８】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらの例示に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２９】
ＰＤＴにより産生される一重項酸素（１Ｏ２）の累積濃度は、以下の式（以下、「式１」ということがある）を用いてシミュレーションする方法を考案した。以下、かかる式１について詳細に説明する。
【００３０】
【数５】
0006583819.tif 000006
【００３１】
Ａ（ｒ，ｚ，ｔ）：励起光照射時間開始後の時間（ｔ）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における一重項酸素の累積濃度［ｍｏｌ／Ｌ］、Ｃ（ｒ，ｚ，ｔ＝０）：励起光照射開始直後（ｔ＝０）の、腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における光感受性物質の濃度［ｍｏｌ／Ｌ］、Φ（ｒ，ｚ，λ）:腫瘍組織内の位置（ｒ，ｚ）における波長λの励起光強度[Ｗ／ｃｍ２]、Ｔ:励起光照射時間［s］、β:褪色因子［Ｊ／ｃｍ２］、λ1：発光スペクトルの短波長側端の波長、λ2：発光スペクトルの長波長側端の波長、ε（λ）:励起光の波長λにおける光感受性物質のモル吸光係数［(ｍｏｌ／Ｌ)−１ｃｍ−１］、λ:波長[ｃｍ]、h：プランク定数［Ｊ ｓ］、c：真空中の光速［ｃｍ／ｓ］、ＮＡ：アボガドロ定数、φ: 一重項酸素の量子効率［-］、ｒ：励起光の中心位置から腫瘍組織までの水平方向への距離［ｃｍ］、ｚ：励起光の中心位置から腫瘍組織までの深さ（垂直）方向への距離［ｃｍ］（以下、同じ）
【００３２】
［光感受性物質の褪色］
一重項酸素の生成は、薬剤の励起によって生じることから、一重項酸素濃度の累積濃度をシミュレーションするためには、ＰＤＴ中の光感受性物質の変化を再現することが重要である。励起光照射による光感受性物質の褪色は、光のエネルギー密度に依存して指数関数的に減少するため、この点を考慮して、励起光照射後の腫瘍組織内における光感受性物質の実質的な濃度（Ｃ（Φｔ））を、以下の式（以下、「式２」ということがある）で表わした。
【００３３】
【数６】
0006583819.tif 000007
【００３４】
Ｃ０：式１の「Ｃ（ｒ，ｚ，ｔ＝０）」に相当
【００３５】
式２において、がん組織には光感受性物質が一様に分布していると仮定した。また、光感受性物質は光照射により褪色すると考えられており、実際に、５−ＡＬＡ投与後のマウス乳腺癌細胞株において、光照射によりＰｐＩＸ（光感受性物質）が褪色することを確認した。なお、褪色によりＰｐＩＸの濃度Ｃ（ｒ，ｚ，ｔ）［ｍｏｌ／Ｌ］は指数関数的に減少し、その減少はフルエンスレート（励起光強度に同じ）Φ（ｒ，ｚ）［Ｗ／ｃｍ２又はＷ／ｍ２］に依存することが知られている（Armand J L Jongen and Henricus J C M Sterenborg: Mathematical description of photobleaching in vivo describing the influence of tissue optics on measured fluorescence signals.Phys. Med. Biol. 42 (1997) 1701-1716.）
【００３６】
［光感受性物質のモル吸光係数、及び励起光の強さの波長依存性］
光感受性物質のモル吸光係数の波長依存性、及び励起光の強さの波長依存性を考慮して、式１中において、それぞれε（λ）及びΦ（ｒ，ｚ，λ）とした。
【００３７】
［対象腫瘍組織内における励起光の強さの分布］
対象腫瘍組織は、文献（Honda N. et al :Optical properties of tumor tissues grown on the chorioallantoic membrane of chicken eggs measured with a double integrating sphere and inverse Monte Carlo method in the wavelength range of 350-1000 nm. Proc. of SPIE, Vol. 8579, 85790T-1-85790T-9, 2013）に記載の方法にしたがって、受精鶏卵の漿尿膜にマウス乳腺がん細胞株（ＥＭＴ６）を移植することにより作製した。多層構造の腫瘍モデルに対応させるために、ＭＣＭＬ（Monte Carlo Modeling of Light Transport in Multi-layered Tissue）と呼ばれ、かつ多層構造モデルに対応したモンテカルロコードを用いたシミュレーションを行った（Comput. Methods Programs Biomed., 47, 131-146, 1995.）。上記腫瘍モデルに対して直径５ｍｍで光の強さ１００ ｍＷ／ｃｍ２の３種類の励起光（緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、及び赤色レーザー［波長６３０ｎｍ］）が、図２の上方から下部にかけて照射される際の光の深さ分布を計算した。シミュレーションは、厚さ０．２ ｍｍの漿尿膜の下に、厚さ４．８ ｍｍのがん組織を配置した幅１０ ｍｍの領域を、メッシュ幅１００μｍで分割したジオメトリにおいて行った（図２参照）。また、組織内での光子の吸収、散乱、及び散乱角は、組織の光学特性値により定めた。光学特性値は、組織毎に均一に一様であると仮定した。また、腫瘍組織内における励起光の発光スペクトル幅の影響を考慮するため、各波長において算出した励起光強度を積算したものを、腫瘍組織内における励起光強度とした。結果を図３に示す。
【００３８】
図３の結果から、光源（励起光の種類）によらず、パワー密度は深さ０．３５ ｍｍで最大となり，深部では，光源の違いよる光の強さの違いが確認された。すなわち、緑色ＬＥＤは、赤色ＬＥＤや赤色レーザーと比べ、深部において減衰されやすいことが確認された。一方、赤色ＬＥＤと赤色レーザーの減衰レベルは同程度であった。かかる結果を基に、組織内での一重項酸素の累積濃度分布を計算した。なお、光感受性物質として５−ＡＬＡより生成されたＰｐＩＸを仮定し、一重項酸素の量子効率（φ）は、ＰｐＩＸにおける値（０．５６）とし、褪色因子（β）は、文献「Dysart et al., Photochem. Photobiol. Sci. 5, 73 (2006).」を参考にして４４．１とし、腫瘍組織内におけるＰｐＩＸの初期濃度（Ｃ０）は、腫瘍組織内ＰｐＩＸを抽出し、高速液体クロマトグラフィーを用いて測定した実測値２．３［ｍｏｌ／Ｌ］とした。ＰｐＩＸのモル吸光係数（ε（λ））は、ＰｐＩＸ水溶液の吸光度を、分光光度計を用いて測定し、ランベルト・ベールの式により算出した。結果を図４〜６に示す。
【００３９】
緑色ＬＥＤを用いてＰｐＩＸを励起した場合、赤色ＬＥＤを用いた場合と比べ、一重項酸素の累積濃度が高いことが明らかとなった（図４参照）。この原因としては、励起光の強度自体は緑色ＬＥＤよりも赤色ＬＥＤの方が高いものの、緑色ＬＥＤの方がＰｐＩＸに吸収されやすかったことが影響したためと考えられる。
【００４０】
また、赤色レーザーを用いてＰｐＩＸを励起した場合、赤色ＬＥＤを用いた場合と比べ、一重項酸素の累積濃度が高いことが明らかとなった（図５参照）。この原因としては、ＰｐＩＸは波長６３５ｎｍに吸収ピークがあるため、かかる吸収ピークを狙った赤色レーザー（波長６３０ｎｍ）の方が、効率よく励起できたためと考えられる。
以上の結果をまとめると、緑色ＬＥＤ、赤色レーザー、赤色ＬＥＤの順に励起効率が高いことが示された。
【００４１】
次に、励起光の照射時間と、腫瘍組織の深さとの関係を調べたところ、３種類の励起光（緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、及び赤色レーザー）を用いた場合、いずれもが照射時間の増加とともに、治療可能な腫瘍組織の深さは増加したものの、緑色ＬＥＤを用いた場合、赤色ＬＥＤや赤色レーザーを用いた場合と比べ、より短時間の照射でがん治療効果が得られることが明らかとなった（図６参照）。特に、表層から深さ１ ｍｍまでの腫瘍であれば，緑色ＬＥＤが最も有効であることがわかった。この結果は、表層から深さ１ ｍｍまでの部位においては、緑色ＬＥＤ、赤色レーザー、赤色ＬＥＤの順に一重項酸素の生成効率が高いため、かかる部位における腫瘍を治療する場合、用いる励起光としては、３種類の励起光（緑色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、及び赤色レーザー）のうち緑色ＬＥＤが最適であることを示している。
【００４２】
次に、一重項酸素の累積濃度のシミュレーション結果、すなわち、緑色ＬＥＤを用いてＰｐＩＸを励起した場合、赤色ＬＥＤを用いた場合と比べ、一重項酸素の累積濃度が高いという結果（図７Ａ参照）が、実際の治療効果を反映したものであるかどうか確認した。シミュレーション結果を基に、腫瘍の大きさが５ｍｍの腫瘍モデルを、緑色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを用いてＡＬＡ−ＰＤＴ治療したところ、赤色ＬＥＤを用いた場合よりも、緑色ＬＥＤを用いた場合の方が、ＡＬＡ−ＰＤＴ治療効果が高かった（図７Ｂ参照）。この結果は、一重項酸素の累積濃度のシミュレーション結果が、実際の治療効果を反映したものであることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、光感受性物質を用いたＰＤＴによる腫瘍治療に資するものである。
【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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【図６】
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【図７】
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