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抗ウィルス人工細胞 - 株式会社東芝
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発明の名称 抗ウィルス人工細胞
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−91671(P2007−91671A)
公開日 平成19年4月12日(2007.4.12)
出願番号 特願2005−285409(P2005−285409)
出願日 平成17年9月29日(2005.9.29)
代理人 【識別番号】110000235
【氏名又は名称】特許業務法人 天城国際特許事務所
発明者 成瀬 雄二郎 / 板谷 和彦
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。
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。




 

 


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