(57)【要約】  本発明は、対象の肺における細菌負荷の部位を決定する方法に関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象の呼吸器系における細菌負荷の有無および部位を決定するための方法であって：
ａ．細菌代謝の際に１３ＣＯ２を生成する１３Ｃ同位体で標識された化合物の有効量を対象に投与すること、
ｂ．対象からの複数の呼気の試料を収集すること、
ｉ．該試料の少なくとも１つは、対象の上部呼吸器からの息を含み、および
ｉｉ．該試料の少なくとも１つは、対象の下部呼吸器からの息を含む、
ｃ．該試料の少なくともいくつかを検出装置の試料チャンバに導くこと、
ｄ．該少なくともいくつかの試料の各々に存在する１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率を評価すること、および
ｅ．そのように確認された該同位体比率を、該試料チャンバへ導かれた前記試料が収集された呼吸器系における部位と関連づけること、
を含む、前記方法。
【請求項２】
試料チャンバへ導かれた試料の少なくともいくつかの同位体比率が、それぞれの試料が収集された呼吸器系における部位での細菌負荷の有無を決定づける、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ａ．検出装置のレーザ光源を、２０５４．３７および２０５２．４２、２０５４．９６および２０５１．６７、または２７６０．５３および２７６０．０８ナノメートルの波長対の１または２以上を放出するように発動させること、および
ｂ．そのように発動されたレーザ光を、試料チャンバ内の試料を通過するように方向づけ、かかる波長で検出器に入射させること
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記決定を行うために、試料チャンバへ導かれた少なくとも１つの試料の同位体比率を、対照試料の同位体比率と比較することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
対照試料が、１３Ｃ同位体で標識された化合物の投与前の対象からの呼気の少なくとも１つの試料を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
対照試料が、１３Ｃ同位体で標識された化合物が投与されていない集団の呼気に存在する１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
対象による呼息の間の予め選択された期間に前記各試料を収集することにより、前記試料の部位を決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
複数の試料の収集のための期間を、対象の呼吸パターンの評価に従って決定する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記評価が、実質的に完全な呼息を完了するために対象に必要とされる時間の測定を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
試料チャンバへ導かれた前記試料の少なくともいくつかの呼吸器系における部位を、試料中の対象の息における総二酸化炭素レベルを確認することによって決定する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
細菌負荷が肺におけるものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
１３Ｃ同位体で標識された化合物を吸入により投与する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
１３Ｃ同位体で標識された化合物を服用により投与する、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
１３Ｃ同位体で標識された化合物を注射により投与する、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
決定が、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）、結核菌（Mycobacterium tuberculosis）、アシネトバクター・バウマニ（Acenitobacter baumannii）、クレブシエラ肺炎桿菌（Klebsiella pneumonia）、野兎病菌（Francisella tularenis）、プロテウス・ミラビリス（Proteus mirabilis）、またはアスペルギルス（Aspergillus）種の細菌負荷の存在の決定である、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
装置が、検出器により受信したシグナルを解釈するためまたは提示するためのプロセッサをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１７】
装置が、電源、ガスポンプ、圧力計、シグナルプロセッサおよび基準ガスチャンバの１つまたは２つ以上をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項１８】
装置のレーザ光源が、波長変調分光法を用いて波長の対を走査する、請求項３に記載の方法。
【請求項１９】
波長対が、２０５４．３７および２０５２．４２ナノメートルである、請求項３に記載の方法。
【請求項２０】
波長対が、２０５１．６７および２０５４．９６ナノメートルである、請求項３に記載の方法。
【請求項２１】
波長対が、２７６０．５３および２７６０．０８ナノメートルである、請求項３に記載の方法。
【請求項２２】
装置のレーザ光源が、一対のレーザ発光体を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項２３】
装置のレーザ光源が、垂直共振器面発光レーザである、請求項３に記載の方法。
【請求項２４】
１３Ｃ同位体で標識された化合物が、同位体で標識された尿素、同位体で標識されたグリシン、同位体で標識されたシトルリン、またはこれらの混合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
同位体で標識された化合物が、１３Ｃで標識された尿素である、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
同位体で標識された化合物が、１３Ｃで標識された尿素と１３Ｃで標識されたグリシンとの混合物である、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
１３Ｃ同位体で標識された化合物の投与後に得られた評価された呼気試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率を、１３Ｃ同位体で標識された化合物の投与前の対象から得られた少なくとも１つの呼気試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率と比較することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
１３Ｃ同位体で標識された化合物の吸入前に試料チャンバへ導かれた試料の少なくともいくつかにおける１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する比率の、１３Ｃ同位体で標識された化合物の吸入前に対象から得られた少なくとも１つの呼気試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率に対する増加が、対象の肺における細菌負荷の存在を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
１３Ｃ同位体で標識された化合物の吸入前の１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率の、対象から得られた上部呼吸器からの少なくとも１つの呼気試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率に対する増加が、対象の上部呼吸器における細菌定着の存在を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
１３Ｃ同位体で標識された化合物の吸入前の１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率の、対象から得られた下部呼吸器からの少なくとも１つの呼気試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率に対する増加が、対象の下部呼吸器における細菌感染の存在を示す、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
対象の呼吸器における気道クリアランスを向上させる工程をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記定着または感染を低減させるための治療剤を対象に投与する工程をさらに含む、請求項２９または３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１２年１２月１２日に出願された米国仮出願第61/736,239号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、対象の肺における細菌負荷の存在および部位を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
細菌は、肺に自然に存在するものであって、細菌負荷が低いままであれば、これらの細菌は正常な呼吸機能に悪影響を及ぼすことはない。細菌の存在は、感染というよりはむしろ定着と称される。上気道において細菌負荷が増加する場合、これはまだ定着であり得、一般的には命を脅かすものではないが、増加した定着は、感染に先立つものであり得るから、深刻な感染が生じる前に定着を減少させるための措置が開始され得る。増加した定着は、非積極的な方法を用いることによって、例えば、気道クリアランスを向上させることによって、または経口もしくは吸入型広域スペクトル抗生物質を投与することによって、処置することができる。
【０００４】
肺の下気道のより深部では、細菌はあまりみられない。下気道における細菌負荷の増加はしばしば感染と関連し、細菌はより侵襲性である。下気道（「下部呼吸器」）における増加した細菌負荷は命を脅かす可能性があり、肺炎などの感染を引き起こす。下気道における増加した細菌負荷には、より積極的な処置、例えば、広域スペクトル静注抗生物質を必要とする。
【０００５】
増加した細菌負荷が上部または下部呼吸器にあるかを決定することができる迅速な検査は、適切な処置を決定するために役立つだろう。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、対象の呼吸器系における細菌負荷の有無および部位を決定するための方法であって、細菌代謝の際に１３ＣＯ２を生成する１３Ｃ同位体で標識された化合物の有効量を対象に投与すること、対象からの複数の呼気の試料を収集すること、該試料の少なくとも１つは対象の上部呼吸器からの息を含み、および、該試料の少なくとも１つは対象の下部呼吸器からの息を含み、該試料の少なくともいくつかを検出装置の試料チャンバに導くこと、該少なくともいくつかの試料の各々に存在する１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率を評価すること、および、そのように確認された該同位体比率を、該試料チャンバへ導かれた前記試料が収集された呼吸器系における部位と関連づけること、を含む、前記方法に関する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本発明のいくつかの態様に従って使用するための例示的なレーザ吸光デバイスの平面図である。
【０００８】
【図２】図２は、好ましいジャンプ走査（jump scanning）レジームを示す。
【０００９】
実施態様の詳細な説明
対象が細菌肺感染を有するかを決定する方法は、すでに記載されている。これらの方法は、例えば、細菌代謝の際に１３ＣＯ２を生成する１３Ｃ同位体で標識された化合物を対象に投与することを含む。そして呼気の試料を収集し、該試料中に存在する１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率を決定するために分析する。対照試料と比較した、呼気試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率の増加は、細菌肺感染を示すものである。米国仮出願第61/715,992号およびU.S.7,771,857を参照のこと。
【００１０】
しかしながら、それらの従来法は、肺における感染の部位に関して如何なる情報も提供するものではなかった。それらの方法はまた、定着と感染とを区別することもできなかった。本発明は、肺における増加した細菌負荷の部位を決定する方法に関する。本発明の１３Ｃ同位体で標識された化合物を１３ＣＯ２に変換することのできるあらゆる細菌を、本発明の方法を用いて検出することができる。かかる細菌の例は、緑膿菌（Pseudomonas aeruginosa）、黄色ブドウ球菌（Staphylococcus aureus）、結核菌（Mycobacterium tuberculosis）、アシネトバクター・バウマニ（Acenitobacter baumannii）、クレブシエラ肺炎桿菌（Klebsiella pneumonia）、野兎病菌（Francisella tularenis）、プロテウス・ミラビリス（Proteus mirabilis）、およびアスペルギルス（Aspergillus）種を含む。
【００１１】
対象からの呼気試料の全体は、上気道および下気道の両方からの空気を含み得る。下気道からの空気は、上気道の空気よりも高い二酸化炭素濃度を有する。一般的に、健常な成体の下気道からの空気は約４０ｍｍＨｇのＣＯ２の圧を有することが理解される。John F. Murray, The Normal Lung, 2d ed. W.B. Saunders Company, Philadelphia 1986, 184頁。上気道からの空気は、一般的に１ｍｍＨｇ未満のＣＯ２圧を有する。同文献。したがって、当業者は、ＣＯ２濃度を決定することによって、呼気試料が上気道または下気道に由来するかを決定することができる。より高いＣＯ２濃度を有する試料は下気道に由来するものである一方で、より低いＣＯ２濃度を有する試料は上気道に由来するものである。
【００１２】
「カプノグラフィー」は、当該技術分野において、呼吸ガス中の二酸化炭素の濃度または分圧のモニタリングとして知られている。そのモニタリングを実施するための装置および方法は、当業者に知られている。例えば、U.S.3,830,630、U.S.7,122,154、およびSchubert J.K., et al. CO2-controlled sampling of alveolar gas in mechanically ventilated patients. J. Appl. Physiol. (1985). 2001 Feb;90(2):486-92を参照のこと。
【００１３】
アクティブ圧力センシングもまた、呼気が肺のどこを起源とするかを決定するのに用いることができる。例えば、WO 2008/060165、U.S.7,547,285を参照のこと。代替的に、パッシブ圧力センシングを、上部および下部呼吸器から試料を導いて単離するために用いることができる。例えば、Bio-VOCTM Breath Sampler (Markes International Limited, United Kingdom)、U.S.3,734,692号、WO 1994/018885、WO 2003/049595、および WO 2004/032727を参照のこと。
【００１４】
呼気試料の起源の決定は、息試料の温度を測定することによってもまた達成することができる。例えば、U.S.4,248,245を参照のこと。代替的に、当該技術分野において知られた経胸腔インピーダンス法を用いて、呼気をモニタリングする。
【００１５】
また、呼気全体のうち、最初に吐き出される試料は上気道からのものである一方で、より後刻に吐き出される試料は下気道からのものであることが、当該技術分野において理解されている。結果として、当業者は、呼気試料の部位を、呼息全体の間の該試料が収集された時点と相関させることができる。
【００１６】
本発明の方法は、細菌代謝の際に１３ＣＯ２を生成する１３Ｃ同位体で標識された化合物の有効量を対象に投与することを含む。かかる化合物の例示的な例は、同位体で標識された尿素、同位体で標識されたグリシン、同位体で標識されたシトルリン、またはこれらの混合物を含む。１３Ｃ同位体で標識された化合物の投与は、あらゆる既知の手法によって達成することができる。好ましい投与方法は、吸入および服用（ingestion）を含む。注射、すなわち、筋肉内、皮下、腹腔および皮内注射による投与もまた、本発明の範囲内である。
【００１７】
本発明のいくつかの態様では、１３Ｃ同位体で標識された化合物を呼吸器の特定の部分に投与する。例えば、ある態様では、１３Ｃ同位体で標識された化合物を肺の下部領域、すなわち肺胞領域へ送達する。いくつかの態様では、１３Ｃ同位体で標識された化合物を肺の上部領域へ送達する。他の態様では、１３Ｃ同位体で標識された化合物を肺の気管支部分へ送達する。また他の態様では、１３Ｃ同位体で標識された化合物を肺の末梢部分へ送達する。呼吸器の特定の部分への化合物の標的送達のための方法および装置は、当該技術分野において知られている。例えば、U.S.8,534,277を参照のこと。
【００１８】
本発明の範囲内において、１３Ｃ同位体で標識された化合物の投与の前に、対象からの１または２以上の呼気試料を収集することもできる。かかる試料は本発明の方法における対照試料として使用することができる。代替的に、対照試料は、１３Ｃ同位体で標識された化合物が投与されていない集団の呼気に存在する１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率を含むことができる。
【００１９】
１３Ｃ同位体で標識された化合物の投与後の好適な期間の後に、複数の呼気試料を対象から収集する。「好適な期間」は、化合物が細菌によって二酸化炭素に変換されるために必要とされる時間の長さを指す。好ましくは、試料を、投与後４０〜７０分以内に収集する。
【００２０】
いくつかの態様では、実質的に完全な呼息を完了するために対象に必要とされる時間を評価することができる。対象の呼吸パターンもまた評価することができる。これらの評価を、例えば、サンプリングのための呼息の間の予め選択された期間を決定するために用いることができる。
【００２１】
呼気の試料を収容するために好適なあらゆる器（vessel）、例えば、袋またはバイアルに試料を収集することができる。試料を、好適なマウスピースを使用して、デバイスへ直接吐き出してもよい。試料を、他の呼吸機器、例えば人工呼吸器（ventilator）における好適なポートからの鼻カニューレを使用して収集することにより、検出装置デバイスの試料チャンバへ直接吐き出すこともできる。
【００２２】
呼気試料の少なくとも１つは上部呼吸器からのものであり、呼気試料の少なくとも１つは対象の下部呼吸器からのものである。当業者は、試料における相対的な二酸化炭素濃度を決定することにより、呼気試料の起源を同定することができる。より高い二酸化炭素濃度は、下気道を起源とする試料を示す。より低い二酸化炭素濃度は、上気道を起源とする試料を示す。
【００２３】
代替的に、当業者は、呼気試料の起源を試料収集の時点と相関させることができる。呼息全体の始めまたはこれに近いときに収集された試料は、上気道を起源とするものである。呼息全体の終わりまたはこれに近いときに収集された試料は、下気道を起源とするものである。
【００２４】
呼気の起源をまた、当該技術分野において知られた任意の方法、例えば、カプノグラフィー、アクティブ圧力センシング、パッシブ圧力センシング、温度センシング、および経胸腔インピーダンスなどを用いて決定することもできる。
【００２５】
試料を分析し、試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率を決定する。好ましくは、複数の呼気の少なくとも大部分（majority）、および最も好ましくは全ての呼気を、所与の期間中、または活性のレベルの決定が予め設定された確度に到達するまでの間、サンプリングする。試料の同位体比率を試料の起源と相関させることによって、当業者は、細菌負荷の増加があるか、およびその増加が上気道または下気道におけるものであるかを決定することができる。
【００２６】
試料を検出装置の試料チャンバへ導く。検出装置のレーザ光源を、２０５４．３７および２０５２．４２、２０５４．９６および２０５１．６７、または２７６０．５３および２７６０．０８ナノメートルの波長対の１または２以上を放出するように発動させる。そのように発動されたレーザ光は、試料チャンバ内の試料を通じて方向づけられ、かかる波長のための検出器に入射する。そして、試料内に存在する１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率を確認することができる。
【００２７】
テストされた対象の息における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する比率を、時間の関数として示すグラフまたは曲線を作成してもよい。１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する比率の経時的な増加を示す曲線は、細菌感染の存在の証拠である。
【００２８】
１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する濃度または量（比率）を、健常対象における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する標準的な濃度（比率）と比較し、曲線を簡便に作成する。当該曲線から、増加した細菌負荷の有無を直接決定または診断してもよい。出力比率を健常対象から期待される比率と比較するための他の方法も用いてもよい。
【００２９】
例示的な態様において、曲線を、これらの測定された濃度にフィッティングしてもよく、次いで、好ましくは曲線の上昇率を決定することによって、分析する。かかる分析（上昇率）は、対象における細菌負荷の活性のレベルを示し、対象における細菌負荷の存在および程度を診断するために使用することができる。この同じアプローチを、改変を加えて、治療の有効性ならびに感染または定着の阻害および／または治癒のための予後を決定するために、使用してもよい。
【００３０】
１３Ｃ同位体で標識された化合物の投与後に得られた呼気試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率を、１３Ｃ同位体で標識された化合物の投与前の対象から得られた呼気試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率と比較することにより、対象における細菌負荷の有無を検出する方法は、本発明の範囲内である。
【００３１】
本発明の範囲内において、１３Ｃ同位体で標識された化合物の吸入前の対象から得られた呼気試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率に対する、１３Ｃ同位体で標識された化合物の吸入後に得られた呼気試料における１３ＣＯ２の１２ＣＯ２に対する同位体比率の増加は、細菌負荷の存在を示す。その試料が上気道を起源とする場合、定着が上気道に存在する可能性が高い。その試料が下気道を起源とする場合、感染が下気道に存在する可能性が高い。
【００３２】
増加した細菌負荷が上気道または下気道にあるかが決定されれば、適切な治療を開始できる。例えば、増加した細菌負荷が上気道にある場合、対象の呼吸器において向上した気道クリアランスを開始することができる。経口または吸入型抗生物質または他の好適な治療剤もまた投与することができる。
【００３３】
増加した細菌負荷が下気道にある場合、より積極的な治療を考慮することができる。かかる処置には、例えば、治療剤を投与することが含まれ得る。かかる剤には、例えば、広域スペクトルの静注抗生物質が含まれる。
【００３４】
本発明において有用な検出装置は、息試料が導かれ得る、試料チャンバを含み得る。これらのデバイスは、２０５４．３７および２０５２．４２、２０５４．９６および２０５１．６７、または２７６０．５３および２７６０．０８ナノメートルの波長対の１または２以上を放出するように発動するレーザ光源も含み得る。これらのデバイスは、１または２以上の波長対の検出のための検出器もまた含み得る。
【００３５】
本発明において有用な検出装置は、可搬型の、バッテリーで作動する、高度な確度および感度を有するδ１３ＣＯ２測定器を実現するための、小型で極めて低出力の近赤外ダイオードレーザを含むことができる。これらのデバイスおよびこれらを用いる手法は、細菌定着または感染を有するか、または有することが疑われる対象の呼気試料におけるδ１３ＣＯ２を決定するために使用してもよい。
【００３６】
好ましい検出装置は、温度変化に悪影響を受けることなく、呼気の二酸化炭素試料における炭素同位体比率を分析することができる。二酸化炭素同位体比率を測定する確度および精度は、二酸化炭素の基底状態ポピュレーションの変化によって影響され得る。試料中の同位体差の起源は多様であり得、本発明の主題ではない。むしろ、同位体比率の値を確認することが本質的に重要であり、商業的に有用であることが認識される。
【００３７】
光吸収分光法は、周知のランベルト・ベールの法則に基づく。ガス濃度は、ガスの試料によるビームの光吸収による、レーザビーム強度Ｉ０の変化を測定することによって決定される。ビームの経路長および測定デバイスの固有の特性が一定であるような試料セルを分析のために使用する場合、吸光度の測定は、ガスの数密度、ｎ、またはガス濃度の計算を可能にする。
【００３８】
気相ダイオードレーザ吸収測定は、ガス分子の個々の吸収線から情報を得る。これらの吸収線は、ガス分子、例えば二酸化炭素の、光の光子の吸収による基底エネルギー状態からより高い励起エネルギー状態への遷移に対応する。該線は典型的に、低い試料ガス圧において極めて狭く、これにより、水蒸気などの他のバックグラウンドガスの存在下でのガスの選択的検出を可能にする。ＣＯ２の同位体は、１２Ｃと１３Ｃとの間の質量差による、互いにずれた波長において発生する別個の吸収線を有する。
【００３９】
吸光度の測定は、ガス温度によって影響され、この温度敏感性の程度は、吸収線の選択および光遷移の総基底状態エネルギーに依存して変化する。室温における分子の集合体は多くの離散的な分子のエネルギー状態に分配されており、これらのエネルギー状態は、分子がいかに速く回転し振動するかにより総エネルギーが異なる。すなわち、基底状態の分子集団は、ボルツマン分布に従い、離散的な回転および振動エネルギー状態について分配される。
【００４０】
Δδ１３ＣＯ２の温度依存性は、二酸化炭素のダイオードレーザベースの同位体測定の長期間の安定性および感度に影響を与え得る。［参考文献２〜６］  基底状態エネルギーにほぼ等しい１３ＣＯ２および１２ＣＯ２吸収線は、同位体比率測定のための相対的な温度鈍感性（temperature insensitivity）を達成するのに有用であり得る。
【００４１】
垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）は、１０〜１５ｃｍ−１の走査範囲を達成することが示されている。これらは、Southwest Sciences, Incによって製造されているレーザ湿度計およびSouthern Cross Companyによって製造されている手持ち式メタン漏れ検出器によって例示されるように、頑丈な、高精度のフィールド計器を生み出すために使用されてきている。したがって、本発明において使用するためのある特定の装置のために、本発明の所望の利益のいくつかまたはすべてを生じさせるように、全体的な試験装置との関係で有用な走査速度で、所望のスペクトルの波長にわたって走査され得るＶＣＳＥＬを使用することができる。いくつかの態様において、ＶＣＳＥＬデバイスは、キロヘルツまたはそれより大きい走査速度でおよそ１０ｃｍ−１の範囲を走査させる。
【００４２】
好適なレーザ源は、複数の、通常は１対のレーザ発光体（laser emitter）から形成されてもよい。かかる発光体は、波長対の好適な波長の１つで発光するように組み立てられてもよい。本発明において有用なＶＣＳＥＬデバイスを、ドイツのVertilas GmbHから注文してもよく、レーザ発光体の他の源によって作製することもできる。
【００４３】
１３ＣＯ２および１２ＣＯ２スペクトル線の対が同定され、それぞれの対は、基底状態エネルギーの差がゼロに近く、線分離（line separation）は１２ｃｍ−１未満であり、実質的に水の干渉を受けない。これらの線の対が、ガス試料における１３ＣＯ２／１２ＣＯ２同位体比率の確認に極めて有用であることが今回見出された。これらの対を使用した測定の温度依存性は望ましく低い。
【００４４】
以下のスペクトル線の対は、呼気試料の分析において、ガスセルにおけるＶＣＳＥＬを用いた二酸化炭素同位体の吸収測定を行うのに極めて有用である：
【表１】
2016504581.tif 000003
【００４５】
前述の線対において同定された波長が名目上のもの（nominal）であり、列挙された値のいくらかのバリエーションが有用であり得ることが理解されよう。これに関して、有用な波長は、本発明の１または２以上の利益を提供するために、列挙された値に十分近いものであることが理解されよう。したがって、かかる波長は、ＣＯ２同位体比率の測定に関して、向上した確度、向上した温度安定性または本明細書において示した別の所望の特徴を与える。一般的に、好ましい波長は、列挙された値のナノメートルの０．５以内となり得る。
【００４６】
所望の波長において作動するレーザ光源に加えて、本発明に有用な装置は、ガス試料を保持するための試料容器を含み、この容器は、ミラーを介して試料を通る比較的長い光路を提供するように構成されている。１または２以上のシグナル検出器は、レーザを制御し、検出器（単数）または検出器（複数）からの出力シグナルを収集し操作するための制御回路として含まれる。試料収集、試料調製、データ解釈および表示を促進するための他の機器ならびに他のものも、本発明によって提供されるシステムおよびキットに含めてもよい。全てのかかる構成要素は、好ましくは、研究室の外、および手持ちの状況（hand held context）であってもデバイスの展開（deployment）を可能にするように十分に頑丈である。
【００４７】
本装置は、システムまたはキットにおいてもまた有用である。システムまたはキットの構成要素は、好ましくは注入ポートを備えた、気密袋などの試料収集容器、シリンジ、および試料収集および装置の試料チャンバへの転送を促進する他のアイテムを含んでもよい。かかる試料収集要素は、サンプリングされるガス源に依存して、異なる構成を取ってもよい。したがって、同じことが、例えば、対象の胃からヘッドスペースガスをサンプリングする場合などに、対象の息を収集するために有用であり得る。
【００４８】
本発明の態様のいくつかにおける使用に好適な要素の一般配置を有する携帯用デバイスおよびシステムは知られている。例えば、Southern Cross Corp.によって販売されている、'96 Hawk手持ち式メタン漏れ検出器システムは、試料容器、ミラーアセンブリ、電源、試料ハンドリングおよび本発明における使用に適合し得る他の構成要素を提供する。しかしながら、かかるシステムは、その他の点ではかかる使用に適用できない。したがって、効果的な周波数、安定性および確度で、必要なスペクトル線対を走査することが可能なダイオードレーザ源の提供が達成されなければならない。同様に、選択された線対における光吸収を必要な確度で感知するための検出器、ならびにデータ収集、保存、操作、および表示またはレポートデバイスおよび／またはソフトウェアが必要とされる。
【００４９】
図１は、本発明で使用することができる１つのデバイスのある特定の側面を示す。ＣＯ２光吸収測定デバイスが描かれ１００、これは、ダイオードレーザ源、ミラー１１４、およびガス試料チャンバ１０４を含む。全体として、これらは図示していない試料チャンバ内の好ましい反射面と共に光路を形成する。チャンバの物理的な長さよりも事実上何倍も長い光路は、チャンバ内のガス試料によるレーザ光の増強された吸収を可能とする。１または２以上のガスポンプ１１２が、１または２以上の圧力計をさらに備えてもよい試料チャンバの内部および外部にガス試料を輸送するために、都合よく含まれる。好ましくは、基準ガスチャンバ１０６もまた、該基準ガスチャンバ１０６を介してレーザ光を導くために、ミラー１１４と共に用いられる。試料および基準チャンバを通した光路は、レーザ光の強度を評価するために、１または２以上の検出器１０８に向けられる。制御モジュール１１０内のプロセッサ（単数）またはプロセッサ（複数）は、基準チャンバ内の基準試料を参照して、試料チャンバ内の試料による入射レーザ光の吸収量を決定する。この決定は、デバイスに内蔵されるかまたはそれに対して外部にある、ファームウェアのルーチンソフトウェアによって実行されてもよい。好ましくは、電気的接続１１６が提供され、デバイスからのシグナルまたは処理されたデータを、外部ディスプレイまたはデータ収集および操作デバイスに移すことを可能とする。ある好ましい態様に従って、本発明の装置およびシステムを構成する要素のいくつかまたは全て、ならびにこれらが実行する機能は、コントローラの制御下において作動される。計器に内蔵されるかまたはそれに対して外部にある、かかるコントローラは、汎用デジタル計算デバイスまたは専用デジタルまたはデジタル−アナログデバイス（単数）またはデバイス（複数）であってよい。コントローラによる制御は、例えばレーザのための電源、検出器、ガス試料ポンプ、プロセッサおよび他の構成要素の制御であってよい。
【００５０】
作動中は、二酸化炭素を含有していることが疑われるガス試料を、本発明のデバイスの試料チャンバに配置する。次いで、レーザ光源（単数）またはレーザ光源（複数）を、全体の経路長を増加させ、測定感度を向上させるために、好ましくは繰り返しの（recurring）経路を介して、試料チャンバを通過するようにする。次いで、光源を、１または２以上のセンサに向け、センサ測定値を解釈し、試料による波長吸収値を発生させる。この決定を行うための方法は当該技術分野において周知であり、例えば、直接吸収分光法、波長変調分光法、キャビティリングダウン分光法、および他の代替方法を含む。選択された波長の対のそれぞれを有する光の吸収を比較することにより、二酸化炭素試料における炭素１２および炭素１３同位体の値が明らかになる。必然的に、これらの比率を計算することができる。本発明の好ましい態様のいくつかのために、基準ガス試料を提供し、これに照射し、検出し、シグナルを解釈する。このようにして得られたデータを試料チャンバの照射に起因するデータを標準化するために用いる。
【００５１】
レーザ光源（単数）またはレーザ光源（複数）、検出器、ならびにあらゆるデータ保存、表示および操作要素に対する電力の供給を含む装置の機構は、好ましくは、デジタルまたはアナログであるコントローラの制御下にある。デジタルコンピュータもまた、またはそれに加えて、使用してもよい。かかるコンピュータは、内蔵されるか、または制御インターフェースを介して接続されてもよい。
【００５２】
本発明による光吸収の決定を波長変調分光法（ＷＭＳ）によって達成することが好ましい。ＷＭＳはδ１３ＣＯ２測定のために、従来使用されてきたが［１７］、今回二酸化炭素における同位体比率決定のために用いられることが決定された線対のために実行されたことはない。
【００５３】
ＷＭＳは、所望により直接測定を用いてもよいが、本発明に用いる直接吸収分光法に好適である。直接吸光度測定のために、波長出力がガス吸収線に亘って繰り返し走査され、生成されたスペクトルが共に平均化される（co-averaged）ように、レーザ電流をランプ（ramp）させる。直接吸収スペクトルの解析は、大きな検出器シグナルにおける小さな変化を検出することを含む。非常に低濃度の変化については、これは問題である。ＷＭＳを実行するために、小さな高周波正弦波変調を、ダイオードレーザ電流ランプに重畳する。この電流変調は、同じ高周波数において、レーザ波長の変調を生成する。標的ガスによる吸収は、波長変調を、検出器に入射するレーザ強度の振幅変調に変換し、検出器の光電流にＡＣ成分を追加する。検出器の光電流は、変調周波数の２倍の２ｆ検出で復調される。これはＡＣ成分のみを選択的に増幅し（ゼロバックグラウンド測定）、測定をＤＣ付近からレーザノイズが低減されるより高い周波数にシフトさせる。レーザ出力の変動（fluctuation）、レーザの過剰（１／ｆ）ノイズを避けるために十分に高い周波数（＞１０ｋＨｚ）においてシグナル検出を実施することによって、スペクトルノイズは大幅に低減する。慎重に最適化された実験装置において、ＷＭＳは検出器のノイズ限界に近い、１×１０−７まで低い吸光度を測定した。しかしながら、コンパクトなフィールド計測器において、バックグラウンドアーチファクトは典型的に、検出可能な最小吸光度αｍｉｎを１×１０−５ｓ−１／２に制限する。αｍｉｎの値は、２ｆシグナルのより長時間の平均化によって改善することができ、この改善は、１００〜３００秒の期間については、ｔ１／２となる。
【００５４】
本明細書に記載された１３ＣＯ２および１２ＣＯ２吸収線対は、ガス試料における比較的温度鈍感性であるδ１３ＣＯ２同位体比率の決定をもたらし、測定される必要のない、いくつかの吸収線によって分離される。各対における対象となる２つのピーク間のレーザ波長を連続的に走査する代わりに、電子機器はジャンプ走査方式でレーザを作動させる。これを図２に示す。レーザ電流走査は、迅速に波長を変化させる不連続性を有するようにプログラムされている。電流ジャンプ直後はレーザ波長が安定ではないかもしれないので、ジャンプの後の最初の数個のデータポイントは好ましくは使用しない。本発明において使用されるＶＣＳＥＬは、感度の過度な減少を伴わずに、５つの異なる吸収線を同時に測定するために、４つの電流ジャンプを伴っても、このように作動させることができる。
【００５５】
経口投与または吸入、すなわち肺投与のための組成物は、本明細書において記載されるとおりである。経口組成物は、粉末または顆粒、水性または非水性媒体中の懸濁液または溶液、サシェ、カプセルまたは錠剤を含む。増粘剤、希釈剤、香料、分散助剤、乳化剤、または結合剤が望ましい場合もある。肺投与のための組成物は、対象への肺送達を促進するための、薬学的に許容される担体、添加剤または賦形剤、ならびに噴射剤および、任意に、溶媒および／または分散剤を含む。
【００５６】
注射のための滅菌組成物は、当技術分野において既知の方法に従って調製することができる。
【００５７】
本発明は多くの態様および選択肢を参照して記載したが、本明細書は限定的であると解釈されるべきではない。本発明は、専ら、その特許請求の範囲によって評価される。
【００５８】
参考文献
1.   Bell, G.D., et al., 14C-urea breath analysis, a non-invasive test for Campylobacter pylori in the stomach. Lancet, 1987. 1: p. 1367-1368.
2.   Chelboun, J. and P. Kocna, Isotope selective nondispersive infrared spectrometry can compete with isotope ratio mass spectrometry in cumulative 13CO2 breath tests: assessment of accuracy. Kin. Biochem. Metab., 2005. 13(34): p. 92-97.
3.   Castrillo, A., et al., Measuring the 13C/12C isotope ratio in atmospheric CO2 by means of laser absorption spectrometry: a new perspective based on a 2.05-μm diode laser. Isotopes in Environmental and Health Studies, 2006. 42(1): p. 47-56.
4.   Gagliardi, G., et al., High-precision determination of the 13CO2/12CO2 isotope ratio using a portable 2.008-μm diode-laser spectrometer. Appl. Phys. B, 2003. 77: p. 119-124.
5.   Horner, G., et al., Isotope selective analysis of CO2 with tunable diode laser (TDL) spectroscopy in the NIR. Analyst, 2004. 129: p. 772-778.
6.   Wahl, E.H., et al., Applications of cavity ring-down spectroscopy to high precision isotope ratio measurement of 13C 12C in carbon dioxide. Isotopes in Environmental and Health Studies, 2006. 42: p. 21-35.
7.   Hovde, D.C., et al. Trace Gas Detection Using Vertical Cavity Surface Emitting Lasers. in Optical Remote Sensing for Environmental and Process Monitoring. 1995. San Francisco, CA.
8.   米国特許第6,800,855号
9.   米国特許第5,929,442号
本明細書で引用される全ての参考文献はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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