(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超短パルスレーザを導入する導入口、真空または希ガスを封入して成り前記導入口から導入した超短パルスレーザにより電子を加速させる細孔、及び前記細孔で加速された電子ビームを被照射体の遺伝子を切断するために該遺伝子に対して射出する射出口を有するキャピラリー部を具備し、
前記キャピラリー部が、両端に開口を有する中空細管と、この中空細管の両端開口を超短パルスレーザを通過可能としながら気密的に閉塞する気密部とを具備し、前記中空細管の一方の開口を前記導入口に設定し、他方の開口を前記射出口に設定し、各開口を繋ぐ中空細管内部の貫通孔を前記細孔に設定していることを特徴とする遺伝子改変装置。
【請求項２】
前記細孔に入射した超短パルスレーザにより前記細孔内でプラズマ波が発生するとともに、このプラズマ波によって電子を加速させるものである請求項１記載の遺伝子改変装置。
【請求項３】
前記中空細管および前記気密部を、ガラスにより一体的に形成していることを特徴とする請求項１又は２記載の遺伝子改変装置。
【請求項４】
前記超短パルスレーザを発生する超短パルスレーザ発生部を具備して成ることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の遺伝子改変装置。
【請求項５】
前記超短パルスレーザを前記導入口へ光学的または形状的に集光する集光部を設けていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の遺伝子改変装置。
【請求項６】
前記集光部が、略コーン形状を有するものであることを特徴とする請求項５記載の遺伝子改変装置。
【請求項７】
前記電子ビームを衝突させることにより、反衝突面側に前記遺伝子に照射可能なイオンビームを発生する薄膜を具備して成ることを特徴とする請求項１乃至６いずれか記載の遺伝子改変装置。
【請求項８】
前記射出口と前記薄膜との間の空間を真空にしていることを特徴とする請求項７記載の遺伝子改変装置。
【請求項９】
前記細孔の少なくとも射出口側を、前記被照射体の内部に配して使用することを特徴とする請求項１乃至８いずれか記載の遺伝子改変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超短パルスレーザを利用して加速した電子ビームを被照射体の遺伝子に照射して、その遺伝子を切断するように構成した遺伝子改変装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、加速器からの陽子線や重量子線を用いた治療装置は、エネルギーに応じてある深さで急に強くなるがその前後は弱いといった陽子線や重量子線の特性を利用することで、ピークの部分を癌の患部に合わせれば正常の組織の障害を少なくしながら有効な治療効果を得られることから、身体表面近くで最も強く深く進むにつれて減弱するといった特性を有するｘ線、ガンマ線、中性子線を用いた治療装置に代えて用いられるようになっている。
【０００３】
具体的にこの種の治療装置は、加速器からの陽子ビームを受けるビームラインと、このビームラインを搭載した回転ガントリーとを具備するものであって、ビームラインは、陽子ビームを加速器側から被検者側に向けて偏向させる偏向電磁石と、この偏向電磁石を介してビームの照射野を被検者の治療部に応じて形成する照射野形成装置とを備えて成る一方、回転ガントリーは、被検者の回りで略９０度の回転角を有する半径方向の照射位置に偏向電磁石及び照射野形成装置を含むビームラインを空間的に回転させる回転手段（回転用フレーム、及び回転機構（突出体、ガイド））を備えて成るように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−９４６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来の構成では、その装置の巨大さから例えば多くの専従操作員が必要であり、放射線防御管理が大変であるといった問題点を有している。しかも、最低でも全国都道府県規模で、安価、安定、安全な無痛治療装置が備えられなければ、健全な保険医療とはならない。また、従来型パルスレーザは、励起光源とレーザ本体との結合効率が％以下という悪さであり、大掛かりな冷却系を必要とする上、システム要素間の伝搬経路を確保するためには、部屋全体の防振、空調が不可欠であり、非常にコスト高になるといった問題点を有している。また、超高強度レーザ装置を用いたとしても、チャープパルス増幅法が一般的に用いられるため、上述した問題が技術的にさらに深刻である。
【０００５】
そこで本発明は、経済性、安全性、操作性にそれぞれ優れ、また、副作用の心配も殆ど無く、癌細胞等の遺伝子を好適に切断できるといった遺伝子改変装置を提供することをその主たる課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち、本発明に係る遺伝子改変装置は、超短パルスレーザを導入する導入口、真空または希ガスを封入して成り前記導入口から導入した超短パルスレーザにより電子を加速させる細孔、及び前記細孔で加速された電子ビームを被照射体の遺伝子を切断するために該遺伝子に対して射出する射出口を有するキャピラリー部を具備し、前記キャピラリー部が、両端に開口を有する中空細管と、この中空細管の両端開口を超短パルスレーザを通過可能としながら気密的に閉塞する気密部とを具備し、前記中空細管の一方の開口を前記導入口に設定し、他方の開口を前記射出口に設定し、各開口を繋ぐ中空細管内部の貫通孔を前記細孔に設定していることを特徴とする。
【０００７】
ここで、「被照射体」とは、動物・植物・微生物など生命をもつ狭義の生物に限らず、例えば、ウイルスをも含む広い概念である。また、この被照射体は、例えば、パレットで培養しているもの等、生体外にあるものであっても良い。また、「電子ビームを遺伝子に射出する」とは、電子ビームを遺伝子に直接射出することを含むのは無論のこと、電子ビームを利用して得られるイオンビーム等を遺伝子に射出することをも含む概念である。
【０００８】
このようなものによれば、導入口から超短パルスレーザを細孔に導入すれば、該細孔内で加速された癌治療に有効な数ＭｅＶ以上の電子ビームを、射出口から射出することができるので、この電子ビームを被照射体の癌細胞に射出すれば、癌細胞の遺伝子を切断でき、良好な治療効果を期待することができる。しかも、細孔を、例えば、内径が６０μｍで長さが１０ｍｍ程度のものとすれば、人体に対して無用な負荷を与えることなく、射出口を、直接腫瘍付近に接近することができるので、余分な部位への照射がなくなり、従来の放射線治療装置に比べ、数十Ｇｙの線量を一桁以上減少することが可能となる。また、例えば、シンクロトロン炭素線治療装置に比べ、装置の省スペース化及び低価格化を実現できるため、治療現場への導入の促進を図ることができる上、植物の遺伝子を改変するといった治療目的以外の用途への活用も、容易に行うことができる。
【０００９】
すなわち、経済性、安全性、操作性にそれぞれ優れ、また、副作用の心配も殆ど無く、癌細胞等の遺伝子を好適に切断できるといった遺伝子改変装置を提供することができる。
【００１０】
装置を安価に構成するには、前記中空細管および前記気密部を、ガラスにより一体的に形成していることが好ましい。
【００１１】
装置自体の小型化を図りつつ、細孔内での電子ビームの加速及び輻射の高効率化を図るには、前記超短パルスレーザを発生する超短パルスレーザ発生部を具備して成ることが望ましい。
【００１２】
超短パルスレーザの導入口への導光効率を向上させるためには、前記超短パルスレーザを前記導入口へ光学的または形状的に集光する集光部を設けていることが好ましい。
【００１３】
前記集光部が、略コーン形状を有するものであれば、簡単な構成でありながら、超短パルスレーザを、導入口に効果的に導光することができる。
【００１４】
前記電子ビームを衝突させることにより、反衝突面側に前記遺伝子に照射可能なイオンビームを発生する薄膜を具備して成るのであれば、イオンビームによって、例えば、螺旋構造をなす２本のＤＮＡ鎖を、一度に切断することができる。
【００１５】
この場合には、前記射出口と前記薄膜との間の空間を真空にしていることが望ましい。このように構成すれば、該空間での無用な照射ロスを防止できるからである。
【００１６】
前記細孔の少なくとも射出口側を、前記被照射体の内部に配して使用するのであれば、例えば、被照射体としての身体内部の深い位置へ電子ビームを照射することができ、しかも、身体を無用に傷つけることを防止できる。
【発明の効果】
【００１７】
このように本発明に係る遺伝子改変装置は、導入口から超短パルスレーザを細孔に導入すれば、該細孔内で加速された癌治療に有効な数ＭｅＶ以上の電子ビームを、射出口から射出することができるので、この電子ビームを被照射体の癌細胞に射出すれば、癌細胞の遺伝子を切断でき、良好な治療効果を期待することができる。しかも、細孔を、例えば、内径が６０μｍで長さが１０ｍｍ程度のものとすれば、人体に対して無用な負荷を与えることなく、射出口を、直接腫瘍付近に接近することができるので、余分な部位への照射がなくなり、従来の放射線治療装置に比べ、数十Ｇｙの線量を一桁以上減少することが可能となる。また、例えば、シンクロトロン炭素線治療装置に比べ、装置の省スペース化及び低価格化を実現できるため、治療現場への導入の促進を図ることができる上、植物の遺伝子を改変するといった治療目的以外の用途への活用も、容易に行うことができる。
【００１８】
すなわち、経済性、安全性、操作性にそれぞれ優れ、また、副作用の心配も殆ど無く、癌細胞等の遺伝子を好適に切断できるといった遺伝子改変装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
本実施形態の遺伝子改変装置Ａは、内部照射型治療器として用いられるものであって、図１、図２、図３に示すように、電源１に接続され超短パルスレーザＰを発生する超短パルスレーザ発生部２と、この超短パルスレーザ発生部２で発生した超短パルスレーザＰを集光する集光部３と、この集光部３で集光した超短パルスレーザＰを導入し加速された電子ビームＱ１を射出するキャピラリー部４とを具備し、患者Ｍを載置する載置台Ｂと、この載置台Ｂの上面側に設けたガントリーＣ等とともに使用される。以下、各部を具体的に説明する。
【００２１】
超短パルスレーザ発生部２は、図示しない半導体レーザ励起固体素子と、ファイバー増幅およびパルス幅圧縮を兼ねるファイバー伝送系２１とを具備し、繰返し１ｋＨｚ、ピーク出力１ＴＷ、平均出力１００Ｗの超短パルスを発生するものであって、本実施形態では、畳１畳に収まる安定、可搬型のものとしている。
【００２２】
集光部３は、両端部にそれぞれ開成する小口部３１及び大口部３２を備えるとともに、これら小口部３１から大口部３２にかけて漸次拡大する内部導光空間３ａを備えた略切頭円錐形状（換言すると略コーン形状）を成す金属製のものであって、大口部３２から導入する超短パルスレーザＰを小口部３１に集光し、集光した超短パルスレーザＰを、後述するキャピラリー部４の導入口４１ｘに対して射出し得るように、該小口部３１とキャピラリー部４の導入口４１ｘとを接続している。なお、本実施形態では、小口部３１の内径を６０μｍ、大口部３２の内径を５００μｍで、全長を９００μｍとしているが、各寸法は、これに限られるものではなく、実施態様に応じて適宜変更することができる。
【００２３】
キャピラリー部４は、内部に希ガスを充填したガス封入型のものであって、外径が１００μｍで、内径が６０μｍで、全長が１０ｍｍの中空細管４１と、この中空細管４１の両端開口を超短パルスレーザＰを通過可能としながら気密的に閉塞する気密部４２とを具備し、これら各部をガラスにより一体的に形成している。そして、前記中空細管４１における超短パルスレーザ発生部２側の開口を、超短パルスレーザＰを導入する導入口４１ｘに設定する一方、患者Ｍ側の開口を、前記細孔４１ｚで加速された電子ビームＱ１を患者Ｍの遺伝子Ｍａを切断するために該遺伝子Ｍａに対して射出する射出口４１ｙに設定し、これら各開口を繋ぐ中空細管４１内部の貫通孔を、前記導入口４１ｘから導入した超短パルスレーザＰにより電子を加速させる細孔４１ｚに設定している。なお、中空細管４１の内径を１００μｍとし、全長を１００ｍｍとするなど、各部の寸法は、実施態様に応じて適宜変更することができる。
【００２４】
次に上記構成の遺伝子改変装置Ａの動作について説明する。
【００２５】
まず、載置台Ｂに横臥させた患者Ｍに対してキャピラリー部４の先端側を挿入し、導入口４１ｘを患部Ｍ１（例えば、癌細胞）に近接または患部Ｍ１内に位置付ける。なお、キャピラリー部４は、図示しない支持部材を利用して、載置台Ｂに固定しても良いしガントリーＣに固定しても良い。また、患者Ｍを利用して固定することを妨げない。
【００２６】
そして、超短パルスレーザ発生部２で発生した超短パルスレーザＰを、集光部３を介して導入口４１ｘに対して射出すると、細孔４１ｚ内に、プラズマ波が発生する。このプラズマ波によって、電子は高エネルギー（図４に示すように、全長１．２ｍｍの中空細管に比べ、当該実施形態の全長１０ｍｍの中空細管が、エネルギーに広がりがあり、最大で１００ＭｅＶ（１億電子ボルト）ものエネルギーを有する。）まで加速され、１０ＭｅＶ電子１０９／ｓｈｏｔ程度の電子ビームＱ１およびγ線を射出口４１ｙから射出することができる。
【００２７】
そしてこのようにして射出口４１ｙから射出する電子ビームＱ１を、患部Ｍ１に対して照射すれば、図５に示すように、患部Ｍ１の遺伝子Ｍａを好適に切断することができる。このとき、電子ビームＱ１の強度などを調整すれば、螺旋をなす二本鎖Ｍａ１、Ｍａ２のうち一本のみを切断することもできるし、或いは、両方を一度に切断することもできる。
【００２８】
したがって、このような遺伝子改変装置Ａによれば、患部Ｍ１の遺伝子Ｍａを好適に切断し、患部Ｍ１を治療することができる。また、外科療法などに比べ、切開の必要がないので深部の腫瘍治療に優位性があるのに加え、従来の加速器を用いた放射線治療装置に比べても副作用および呼吸運動による照射不安定の問題も殆ど無い。
【００２９】
すなわち、経済性、安全性、操作性にそれぞれ優れ、また、副作用の心配も殆ど無く、癌細胞等の遺伝子Ｍａを好適に切断できるといった、優れた遺伝子改変装置Ａを提供することができる。
【００３０】
中空細管４１および前記気密部４２を、ガラスにより一体的に形成しているため、装置を安価に構成することができる。
【００３１】
超短パルスレーザＰを発生する超短パルスレーザ発生部２を具備して成るので、装置自体の小型化を図りつつ、細孔４１ｚ内での電子ビームＱ１の加速及び輻射の高効率化を図ることができる。
【００３２】
超短パルスレーザＰを前記導入口４１ｘへ集光する略コーン形状の集光部３を設けているため、簡単な構成でありながら、超短パルスレーザＰを、導入口４１ｘに効果的に導光することができる。
【００３３】
前記細孔４１ｚの少なくとも射出口４１ｙ側を、患者Ｍの内部に配して使用するようにしているので、例えば、患者Ｍの深い位置へ電子ビームＱ１を照射することができ、しかも、患者Ｍを無用に傷つけることを防止できる。
【００３４】
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
【００３５】
例えば、集光部３に、略コーン形状のものを用いることでその形状を利用して集光するようにしているが、例えば、レンズを用いて光学的に集光するようにしてもよい。
【００３６】
また、図６（ａ）に示すように、射出口４１ｙと対向する位置に、例えば、金属製の薄膜５を設け、この薄膜５に電子ビームＱ１を衝突させることにより、反衝突面側に前記遺伝子Ｍａに照射可能なイオンビームＱ２を発生させるといった実施態様も考えられる。そして、この場合には、前記射出口４１ｙと前記薄膜５との間の空間を、真空シール部６とすることが好ましい。このように構成すれば、イオンビームＱ２によって、螺旋構造をなす２本のＤＮＡ鎖を、一度に切断するに有用であるからである。
【００３７】
また、図６（ｂ）に示すように、集光部３を備えない実施態様とすることもできるし、図６（ｃ）に示すように、集光部３を備えずに、前記薄膜５を備えるといった実施態様とすることもできる。
【００３８】
また、キャピラリー部４の構成（形状や材質など）も、本実施形態に限られるものではない。
【００３９】
また、本実施形態では、被照射体を患者（人体）としているが、被照射体はこれに限らず、他の動物やマウス白血病由来突然変異株などの培養細胞とすることもできるし、また、植物、微生物、ウイルスなどであってもよい。
【００４０】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る遺伝子改変装置を示す全体図。
【図２】同実施形態における電子ビームの照射態様を説明するための説明図。
【図３】同実施形態における主要部を示す模式図。
【図４】同実施形態における中空細管内の電子エネルギーとＭｅＶ単位当たり電子個数との関係を示す図。
【図５】同実施形態における電子ビーム等による遺伝子の切断態様を示す模式図。
【図６】本発明の他の実施形態における主要部を示す模式図。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ・・・・・遺伝子改変装置
Ｍ・・・・・被照射体（患者）
Ｐ・・・・・超短パルスレーザ
Ｑ１・・・・電子ビーム
Ｑ２・・・・イオンビーム
２・・・・・超短パルスレーザ発生部
３・・・・・集光部
５・・・・・薄膜
４１・・・・中空細管
４１ｘ・・・開口（導入口）
４１ｚ・・・貫通孔（細孔）
４１ｙ・・・開口（射出口）
４２・・・・気密部
【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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