(57)【要約】【課題】ウィルスの無毒化を確実に行うことができ、しかも、ウィルスの無毒化を外部から制御することができる抗ウィルス人工細胞を提供する。【解決手段】  抗ウィルス人工細胞１０は、人工細胞骨格１１と、人工細胞骨格１１を被覆する人工細胞膜１２と、人工細胞膜１２に回転可能に保持され、その表面にウィルスを捕捉するための物理的修飾が施されたナノ粒子１３とを有する。外部からの物理励起でナノ粒子１３を回転させることによりナノ粒子１３に捕捉されたウィルス１５を人工細胞骨格１１に取り込み、人工細胞骨格１１を遠隔加熱することで人工細胞骨格１１に取り込まれたウィルスを無毒化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人工細胞骨格と、該人工細胞骨格を被覆する人工細胞膜と、該人工細胞膜に回転可能に保持され、その表面にウィルスを捕捉するための物理的修飾が施されたナノ粒子とを有する抗ウィルス人工細胞であって、
前記ナノ粒子に捕捉されたウィルスは、外部からの物理励起で該ナノ粒子を回転させることにより前記人工細胞骨格に取り込まれ、該人工細胞骨格に取り込まれたウィルスは該人工細胞骨格を遠隔加熱することで無毒化されることを特徴とする抗ウィルス人工細胞。
【請求項２】
前記物理的修飾は、ウィルスを嵌め込むための凹凸部であることを特徴とする請求項１に記載の抗ウィルス人工細胞。
【請求項３】
前記ナノ粒子は偏心していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の抗ウィルス人工細胞。
【請求項４】
前記ナノ粒子は磁気スピンを有していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の抗ウィルス人工細胞。
【請求項５】
前記人工細胞骨格は電磁波吸収体からなり、外部から電磁波が照射されることにより発熱して、取り込まれているウィルスが無毒化されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の抗ウィルス人工細胞。
【請求項６】
前記電磁波吸収体はカーボンナノチューブであることを特徴とする請求項５に記載の抗ウィルス人工細胞。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウィルスが原因の疾患および病気の治療のための抗ウィルス剤として用いられ、また、ウィルスを除去するためのバイオフィルタに用いられる抗ウィルス人工細胞に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にウィルス性疾患やウィルス性感染症の治療に用いられている抗ウィルス薬は、例えば、リバピリン等に代表されるように化学物質であり、ウィルスの増殖プロセスで重要な役割を有するｍＲＮＡ等に作用することで、増殖抑制効果を示す。
【０００３】
しかしながら、このような化学物質には副作用があったり、薬剤耐性ウィルスの出現を引き起こしたりする問題や、新たに出現したウィルスに対する製品開発に時間がかかるという問題を有している。
【０００４】
そこで、抗ウィルス剤を用いない治療方法として、ウィルスを含む血液を人体の外部に取り出して、正常な血液成分とウィルスを分離し、正常な血液成分についてはこれを人体に戻し、一方で分離したウィルスを加熱等により殺滅する方法が検討されている（例えば、特許文献１参照）。また、無機質微粒子をリポソームで被膜し、その表面にウィルスに作用する官能基を設けた無機コアリポソームの開発が行われている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
しかしながら、血液を体外に取り出す方法では、患部細胞そのものの治療を行うことは困難である。また、従来の無機コアリポソームは、ウィルスを捕捉する官能基がその表面に設けられているだけなので、ウィルスの無毒化を十分に行うことができないおそれがあり、また、ウィルスの無毒化を外部から制御することは難しい。
【特許文献１】特開平６−１８３９９８号公報
【特許文献２】特表平８−５００７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、ウィルスの無毒化を確実に行うことができ、また、ウィルスの無毒化を外部から制御することができる抗ウィルス人工細胞を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、人工細胞骨格と、該人工細胞骨格を被覆する人工細胞膜と、該人工細胞膜に回転可能に保持され、その表面にウィルスを捕捉するための物理的修飾が施されたナノ粒子とを有する抗ウィルス人工細胞であって、
前記ナノ粒子に捕捉されたウィルスは、外部からの物理励起で該ナノ粒子を回転させることにより前記人工細胞骨格に取り込まれ、該人工細胞骨格に取り込まれたウィルスは該人工細胞骨格を遠隔加熱することで無毒化されることを特徴とする抗ウィルス人工細胞が提供される。
【０００８】
この抗ウィルス人工細胞において、ナノ粒子の表面に設ける物理的修飾としては、ウィルスを嵌め込むための凹凸部が挙げられ、これによりナノ粒子の表面にウィルスが捕捉される確率を高めることができる。また、前記ナノ粒子は偏心していることが好ましく、これにより外部から振動印加した際に回転を容易に生じさせることができる。ナノ粒子が磁気スピンを有している構成とすることにより、外部からのＤＣ磁場で人工細胞全体を患部に誘導し、そこでウィルスを捕捉させることができ、次いで外部からの回転磁場でナノ粒子を回転させて、捕捉したウィルスを人工細胞骨格に取り込むことができるようになる。
【０００９】
人工細胞骨格としては電磁波吸収体が好適に用いられる。電磁波吸収体に外部から電磁波を照射すると発熱するので、この熱により人工細胞骨格に取り込まれているウィルスを無毒化することができる。この電磁波吸収体としては、カーボンナノチューブを用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る抗ウィルス人工細胞によれば、ウィルスは人工細胞骨格に取り込まれた後に加熱殺滅されるので、ウィルスの無毒化を確実に行うことができる。また、ウィルスの無毒化を外部から制御することができるので、人体等内の必要な場所において最適なタイミングで抗ウィルス作用を発揮させることができる。さらに、薬剤耐性ウィルスを発生させることがなく、エマージングウィルスに対しても短時間で対応品を作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に抗ウィルス人工細胞１０の概略構造を示す。この抗ウィルス人工細胞１０は、人工細胞骨格１１と、人工細胞骨格１１を被覆する人工細胞膜１２と、人工細胞膜１２に回転可能に保持されたナノ粒子１３とを有する。
【００１２】
人工細胞骨格１１としては電磁波吸収体が好適に用いられる。これにより、外部から抗ウィルス人工細胞１０に電磁波を照射すると、人工細胞骨格１１が発熱し、人工細胞骨格１１に取り込まれているウィルス１５を無毒化することができる。なお、人工細胞骨格１１へのウィルス１５の取り込み態様については後に詳細に説明する。
【００１３】
電磁波吸収体としてはカーボンナノチューブを用いることが好ましく、例えば、水分を含んだスポンジ状のカーボンナノチューブが好適である。また、一般的な繊維に金属ナノワイヤを混ぜたものを用いることもできる。人工細胞骨格１１が磁化可能な材料で構成されている場合には、人工細胞骨格１１を磁化することにより、外部からのＤＣ磁場で抗ウィルス人工細胞１０を人体等の内部の患部に誘導することができるようになる。
【００１４】
人工細胞膜１２は、例えば、リン脂質ポリマーである。
【００１５】
ナノ粒子１３の素材は特に限定されるものではなく、例えば、金属，半導体，樹脂，セラミックを用いることができる。標準的なナノ粒子はそのままではその表面にウィルスを捕捉することが困難なので、ここでは、ナノ粒子１３の表面にウィルスを補足しやすくするための物理的修飾、具体的には、ウィルス１５を嵌め込むための凹凸部１４が設けられていることが好ましい。これによりウィルス１５の捕捉確率を高めることができる。このような凹凸部１４はナノ粒子１３の表面に均一に設ける必要はない。
【００１６】
ナノ粒子１３は外部からの物理励起により回転する。この物理励起としては、振動（振動波）が好適に用いられる。ナノ粒子１３の表面に設けられた凹凸部１４にウィルス１５が捕捉された後にナノ粒子１３を回転させると、このウィルス1５は人工細胞膜１２の内側へと移動し、人工細胞骨格１１との相互作用（例えば、摩擦や毛細管現象）によりウィルス１５が凹凸部１４から離れて、人工細胞骨格１１に取り込まれる。その後、人工細胞骨格１１を加熱することで、ウィルス１５を無毒化することができる。
【００１７】
ナノ粒子１３を振動により回転させる場合には、ナノ粒子１３は偏心している（つまり、重心が中心からずれている）ことが好ましく、これにより容易に回転を生じさせることができる。ナノ粒子１３を偏心させる方法としては、ナノ粒子１３よりも小さい別のナノ粒子（以下、「偏心用ナノ粒子」という）１６をナノ粒子１３の表面に不均一に固着させる方法が挙げられる。この偏心用ナノ粒子１６は、ナノ粒子１３に凹凸部１４を形成したのと同様に、ウィルスを取り込みやすくするための凹凸部を有していてもよい。また、ナノ粒子１３を偏心させる別の方法として、ナノ粒子１３の表面に不均一に凹凸部１４を設ける方法や、（ナノ粒子１３の質量とは異なる質量のイオンをナノ粒子１３に偏って注入する方法）等を用いることができる。
【００１８】
図２にナノ粒子１３の回転モードとウィルス１５の吸着／離脱の態様を模式的に示す。抗ウィルス人工細胞１０に外部から振動波を与える等して振動が印加されると、人工細胞膜１２に波打ち振動が生じ、その中にあるナノ粒子１３の重心は３次元ベクトルで表現される所定の方向に加速度を受ける。この振動成分を、図２（ａ）の人工細胞膜１２に垂直なｚ成分と、図２（ｂ）の人工細胞膜１２に平行なｘｙ成分（ｙ成分は紙面に垂直な方向の成分）とに分ける。図２（ａ）に示す垂直モード（ｚ成分振動）では、ナノ粒子１３の重心Ｇに近接した表面でウィルス１５が捕捉され、次いで例えば１８０°回転後に、人工細胞骨格１１との相互作用によりウィルス１５を人工細胞骨格１１へ放出する。図２（ｂ）に示す平行モード（ｘｙ振動成分）では、ナノ粒子１３の、その重心Ｇと中心とを結ぶ径方向と９０°ずれた方向の表面でウィルス１５を捕捉し、次いで例えば１８０°回転後に、人工細胞骨格１１との相互作用によりウィルス１５を人工細胞骨格１１へ放出する。
【００１９】
続いて、ナノ粒子１３が人工細胞膜１２に保持された状態で回転することができる条件について説明する。ナノ粒子１３の回転で生じる重心Ｇの遠心力をＦｃ、人工細胞膜１２の波打ち運動で発生するベクトル力をＦｖ、人工細胞膜１２がナノ粒子１３を拘束する力をＦｂとすると、偏心しているナノ粒子１３が人工細胞膜１２から離脱しないための条件は下記（１）式で与えられ、この下記（１）式を満足するように、抗ウィルス人工細胞１０に印加する振動の角周波数ωを決定する必要がある。
【００２０】
Ｆｃ＋Ｆｖ＜Ｆｂ      ・・・（１）
また、ナノ粒子１３の回転運動が外部振動に対して同期して持続することが必要であり、そのためには、外部振動一周期あたりのナノ粒子１３に与えられる運動エネルギーをＥｎ、ナノ粒子１３の回転摩擦によるエネルギー損失をＥｒ（ω）、人工細胞膜１２内の平行振動によるエネルギー損失をＥｐ（ω）とすると、下記（２）式が成立しなければならない。
【００２１】
Ｅｒ（ω）＋Ｅｐ（ω）＜Ｅｎ      ・・・（２）
一般に、角周波数ωが大きくなるとエネルギー損失Ｅｒ（ω），Ｅｐ（ω）が大きくなるので、下記（２）式が満たされるように、角周波数ωの上限を決定する必要がある。
【００２２】
上述の通りに構成された抗ウィルス人工細胞１０は、経口投与や静脈注射（点滴）等により治療部位へ注入され、または、患部に塗布等される。こうしてウィルスがナノ粒子１３に捕捉される。その後、超音波等の振動を抗ウィルス人工細胞１０に加えて、ナノ粒子１３を回転させ、ウィルスを人工細胞骨格１１内に取り込む。次いで、抗ウィルス人工細胞１０に電磁波を印加して人工細胞骨格１１を加熱する。これによりウィルスを構成するたんぱく質、ＲＮＡ／ＤＮＡを変性させてウィルスを無毒化する。
【００２３】
抗ウィルス人工細胞１０は、人間や動物の患部治療、血液や体液からのウィルス除去に用いることができるのみならず、ウィルスを捕捉して無毒化する必要のあるエアコンや浄水器等のフィルタにも適用することができる。例えば、このようなフィルタを構成する不織布や活性炭等に抗ウィルス人工細胞１０を担持させておいて、一定時間毎に振動の印加と電磁波の印加を行うシステムとすることで、空気や水からウィルスを除去することができるのみでなく、フィルタ自体を清浄に保持することができる。
【００２４】
次に、抗ウィルス人工細胞１０の作製方法について説明する。図３に人工細胞骨格１１を人工細胞膜１２で被覆する方法を模式的に示す。例えば、水分を含んだカーボンナノチューブを直径１０μｍ〜３０μｍの球形とし、この球体５１の直径よりも細い糸５２に生体適合接着剤で配列、固定する。この球体５１は最終的に人工細胞骨格１１となる。この糸５２の下端に錘５３を取り付けて、球体５１を容器５４に貯留された純水５５に浸す（図３（ａ））。なお、純水５５には、球体５１を水中で安定に保持するための分散剤等を混ぜてもよい。
【００２５】
続いて、純水５５の表面にリン脂質ポリマー膜５６を形成する。リン脂質ポリマーは親水基６１と疎水基６２からなる分子構造を有しているので、親水基６１が純水５５の表面に浸り、疎水基６２が純水５５の表面から突出した状態で配列する。次いで、球体５１がリン脂質ポリマー膜５６の直下にある状態から糸５２を引き上げる。これにより、球体５１の表面にリン脂質ポリマーの親水基６１が結合し、疎水基６２が放射状に突出した第１リン脂質ポリマー膜５７が形成される（図３（ｂ））。その後、球体５１を再び純水５５に浸すと、疎水基６２が内側で親水基６１が外側に位置する第２リン脂質ポリマー膜５８が第１リン脂質ポリマー膜５７を覆うように形成される（図３（ｃ））。こうして形成される二重構造のリン脂質ポリマー膜が人工細胞膜１２である。こうして人工細胞骨格１１に人工細胞膜１２を形成した後に、純水５５表面のリン脂質ポリマー膜５６を除去する。
【００２６】
これとは別に、凹凸部１４を有するナノ粒子１３を作製する。図４にその一作製方法を模式的に示す。最初に図４（ａ）に示すように、実際のウィルス１５をガラス基板２１の表面に急速冷凍処理により固着させる。次いで、図４（ｂ）に示すように、このガラス基板２１を白金真空蒸着し、白金レプリカ２２を作製する。その後、図４（ｃ）に示すように、白金レプリカ２２に対して金やセラミックをスパッタ法等により蒸着することにより、ウィルス１５が捕捉されやすい窪みを有するナノ粒子１３を得ることができる。
【００２７】
図５に、凹凸部１４を有するナノ粒子１３の別の作製方法を模式的に示す。ウィルス１５の形状を模した凸部３２を備えたナノ鋳型板３１を準備する。このナノ鋳型板３１は、例えば、図２に示した白金レプリカ２２を用いて作製することができる。一方、溝３６を備えた基板３５を用意し、この溝３６にナノ粒子１３（凹凸部１４は形成されていてもよいし、されていなくともよい）を充填する。基板３５にはガラス基板や半導体基板を用いることができ、溝３６はフォトリソグラフィーやエッチング等の半導体製造プロセスを用いて形成することができる。溝３の深さはナノ粒子１３の短径よりも浅く、その幅はナノ粒子１３の長径よりも長いことが好ましい。ナノ粒子１３の基板３５への固着を抑制するために、溝３６には純水または有機溶剤等の離型剤として機能する液体３７を充填することが好ましい。そして、基板３５を所定の温度に保持し、ナノ鋳型板３１を基板３５に所定の圧力で押圧すると、ナノ粒子１３に凸部３２が転写され、凹凸部１４を有するナノ粒子１３を得ることができる。このようなナノプレス加工法は、熱可塑性樹脂のナノ粒子に凹凸部を形成する手法として好適である。
【００２８】
このようにして作製したナノ粒子１３に、別に準備した偏心用ナノ粒子１６を、例えば、超音波熱融着法（水溶液中にナノ粒子１３と１６を混合して超音波を印加すると、相互の衝突で１３の樹脂が溶けて融着する）により固着させる。偏心用ナノ粒子１６のナノ粒子１３への固着は、ナノ粒子１３に凹凸部１４を形成する前に行ってもよい。
【００２９】
このようにして作製した偏心したナノ粒子１３を純水５５に投入し、超音波振動を印加しながら純水５５を撹拌する。これにより、人工細胞膜１２にナノ粒子１３を保持させることができ、抗ウィルス人工細胞１０が得られる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変形して実施可能である。例えば、上記説明においては、ナノ粒子１３を外部振動で回転させるとしたが、ナノ粒子１３を回転させる方法はこれに限られるものでなく、ナノ粒子１３として磁気スピンを有する磁性材料を用いることも好ましい。この場合には、ナノ粒子１３は偏心している必要はない。ナノ粒子１３が磁気スピンを有している場合には、外部からのＤＣ磁場で抗ウィルス人工細胞１０を患部に誘導し、外部からの回転磁場でナノ粒子１３を回転させることができるので、患部の治療を効率的に行うことができる。また、ナノ粒子を回転させるための物理励起手段は振動や回転磁場に限られず、電磁波や光を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の抗ウィルス人工細胞の概略構造を示す図。
【図２】ナノ粒子の回転モードとウィルスの吸着／離脱の態様を示す図。
【図３】人工細胞骨格を人工細胞膜で被覆する方法を示す図。
【図４】凹凸部を有するナノ粒子の一作製方法を示す図。
【図５】凹凸部を有するナノ粒子の別の作製方法を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１０…抗ウィルス人工細胞、１１…人工細胞骨格、１２…人工細胞膜、１３…ナノ粒子、１４…凹凸部、１５…ウィルス、１６…偏心用ナノ粒子、２１…ガラス基板、２２…白金レプリカ、３１…ナノ鋳型板、３２…凸部、３５…基板、３６…溝、３７…液体、５１…球体、５２…糸、５３…錘、５４…容器、５５…純水、５６…リン脂質ポリマー膜、５７…第１リン脂質ポリマー膜、５８…第２リン脂質ポリマー膜、６１…親水基、６２…疎水基。
【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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