生命科学関連特許情報
| タイトル： | 公開特許公報(A)_酸化鉄ナノ粒子 |
| 出願番号： | 2008131160 |
| 年次： | 2009 |
| IPC分類： | A61K 41/00,A61P 35/00,A61P 43/00,C01G 49/08,A61F 7/00,A61N 1/40 |
特許情報キャッシュ
バラチャンドラン ジャヤデワン 廣田 泰丈 JP 2009280505 公開特許公報(A) 20091203 2008131160 20080519 酸化鉄ナノ粒子 株式会社フェローテック 000229830 国立大学法人東北大学 504157024 小松 純 100117145 バラチャンドラン ジャヤデワン 廣田 泰丈 A61K 41/00 20060101AFI20091106BHJP A61P 35/00 20060101ALI20091106BHJP A61P 43/00 20060101ALI20091106BHJP C01G 49/08 20060101ALI20091106BHJP A61F 7/00 20060101ALI20091106BHJP A61N 1/40 20060101ALI20091106BHJP JPA61K41/00A61P35/00A61P43/00 125C01G49/08 AA61F7/00 320ZA61N1/40 3 ＯＬ 11 4C053 4C084 4C099 4G002 4C053LL18 4C084AA11 4C084NA05 4C084ZB262 4C084ZC712 4C099AA01 4C099CA19 4C099EA09 4C099GA30 4C099HA10 4C099JA11 4G002AA04 4G002AB02 4G002AD04 4G002AE02 4G002AE05 本発明は、温熱療法に用いられる酸化鉄ナノ粒子であって、特に発熱特性及び磁気特性等の見地から決定された温熱療法に適した酸化鉄ナノ粒子に関するものである。 従来、酸化鉄粒子を癌組織近傍に配置（分散）して、外部から高周波磁場を印加して酸化鉄を発熱させることにより、癌組織を死滅させるいわゆる温熱療法が知られている（特許文献１〜４）。 このような温熱療法は、癌細胞が正常細胞に比べて温まりやすく、かつ熱に弱いという性質を利用する治療法であり、より具体的には、病変部位を約４０℃以上に加熱することにより、周辺の正常細胞には極力ダメージを与えないで癌細胞のみを死滅させることを企図するものである。 ここで、マグネタイト等に代表される酸化鉄粒子は高周波磁場中でヒステリシス損によって発熱し、このヒステリシス損による発熱は、酸化鉄粒子の粒子径に依存することが知られている。 より詳細には、粒子径が所定径より小さいと、マグネタイト等の酸化鉄粒子はヒステリシス損が生じないため発熱しない。一方において、粒子径が所定径より大きいと、粒子自身の磁気が原因で凝集が起こり、マグネタイトコロイドの溶媒分散性が損なわれる。 以上のような意味において、温熱療法に適した酸化鉄粒子の粒子径には、所定の数値範囲が存在することが知られていた。特許第３９８３８４３号公報特開２００６−３０７１２６号公報特表２００７−５２１１０９号公報特開２００７−２５６１５１号公報 本発明は、以上の知見を踏まえ創作されたものである。すなわち本発明の目的は、印加磁場、周波数及び粘度に応じて、癌細胞を死滅させる温熱療法に適した酸化鉄ナノ粒子を提供することにある。 さらに本発明は、印加磁場、周波数及び粘度に応じて、癌細胞を死滅させる温熱療法に適した酸化鉄ナノ粒子の粒径の決定方法を提供することにある。 上記課題を解決するために、本発明者は、超常磁性マグネタイトナノ粒子の発熱メカニズムに関し、いわゆるネール緩和とブラウニアン緩和とに大別されることを見出し、この二つの緩和に関し、以下の点に着目した。 第１に、この二つの緩和のバランスが、マグネタイトの粒子径に依存する点である。より詳細には、マグネタイトの粒子径が大きいほど、ブラウニアン緩和が支配的となる。 第２に、マグネタイトナノ粒子が置かれる環境の粘度と発熱との関係について、粘度が高いほどブラウン緩和による発熱が減少する点である。 第３に、ブロッキング温度の高温側へのシフトと粒子径との関係について、マグネタイトの粒子径が大きいほど、周波数の変化によるブロッキング温度の高温側へのシフトが抑制される点である。 特に、第１および第２の点に関連して、磁気緩和機構が発熱特性に与える影響について、以下の式で定義されるＳＡＲ値を用いて、その影響、とりわけ分散媒の粘度の影響について評価を行い、適正な数値範囲を見出した。（ここで、Ｃは：分散媒および酸化鉄ナノ粒子の各比熱、ｍは：分散媒および酸化鉄ナノ粒子の各重量、△Ｔ／△ｔは：初期温度変化率） 本発明者は、以上の知見に基いて以下の発明を創作した。（１）外部高周波磁場により、体内における所定の分散媒中で発熱させて、病変細胞を所定温度まで加熱することにより死滅させる温熱療法に利用される酸化鉄ナノ粒子であって、周波数６００ｋＨｚ、磁界強度３．２ｋＡ／ｍの外部磁場の条件下において、下記式で定義されるＳＡＲ値が、病変細胞に応じて要求される発熱量すなわち単位時間当たり５．０Ｗ／ｇ以上２８．３Ｗ／ｇ以下となることを特徴とする酸化鉄ナノ粒子である。 ここでＳＡＲ値が２８．３を超えると、酸化鉄ナノ粒子のブラウニアン緩和が支配的になるので、局所的な作用（血液等による粘度の影響、臓器等への粒子の固着）によって発熱が抑制される可能性がある。 一方、ＳＡＲ値が５．０未満の場合は、酸化鉄ナノ粒子を大量に入れないと所望の発熱量が生じないという可能性がある。また磁場をかける時間も相対的に長くなり人体への悪影響も懸念される。（２）前記酸化鉄ナノ粒子が、主にマグネタイトによって形成されていることを特徴とする上記（１）記載の酸化鉄ナノ粒子である。 マグネタイトが主成分であれば、他の酸化鉄ナノ粒子との混合物であっても良い。例えば、γＦｅ2Ｏ3及びＦｅ3Ｏ4の混合物であっても良い。（３）前記酸化鉄ナノ粒子の粒径が、１１ｎｍ以上１４ｎｍ以下であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の酸化鉄ナノ粒子である。 ここでいう酸化鉄ナノ粒子の粒径は、個体における粒径であっても良いし、複数の酸化鉄ナノ粒子の集合体の場合は、その平均粒子径であっても良い。 なお、平均粒子径の分布範囲が狭い方が、温度制御コントロールをはじめとする実用状況での管理が容易で、かつ発熱効率も良好である。 本発明者は、発熱特性に優れた酸化鉄ナノ粒子を見出す上で、磁気緩和機構が発熱特性に与える影響について考察した。 すなわち、酸化鉄ナノ粒子の発熱機構として、ネール緩和とブラウニアン緩和という概念がある。ここでネール緩和とは磁気モーメントの回転による緩和であり、以下の式で表わされる。 他方、ブラウニアン緩和は磁性粒子の回転による緩和であり、以下の式で表わされる。 酸化鉄ナノ粒子の発熱特性において、Ｉｎ−Ｖｉｔｒｏの場合と実際に温熱療法において使用される場合とで発熱量に差があることが知られていた。 これは温熱療法においては、酸化鉄ナノ粒子が体内に取り込まれることからゲル中において適正な発熱量を得る必要がある。そのためには発熱特性においてブラウニアン緩和が支配的な酸化鉄ナノ粒子の場合は、高粘度の媒体中においては発熱量が減少する可能性がある。 次に本発明で用いられる酸化鉄ナノ粒子について説明する。 本発明の酸化鉄ナノ粒子としては、磁性粒子として酸素と鉄とを含有する酸化鉄であれば良い。例えば、マグヘマイトと呼ばれるγ酸化鉄等のフェライト、マグネタイト、コバルトフェライト、バリウムフェライトが挙げられる。これらの中で特に好ましくはマグネタイトである。 ここで発熱量は以下の式で表わされる。 ここで、Ｐ：発熱量、μ0：真空下における透磁率、χ''：交流磁界率の虚数部、ｆ：周波数、Ｈ0：磁界強度を表わす。 酸化鉄ナノ粒子について、マグヘマイト、マグネタイト、コバルトフェライト、バリウムフェライトの４種類を使って、夫々の発熱量及び最大発熱特性を示す粒子径を上記式より求めた。 分散安定性の見地からみると酸化鉄ナノ粒子としては、マグネタイトが最適であることが分った。 本発明で用いられる酸化鉄ナノ粒子の製造方法について説明する。 酸化鉄ナノ粒子は、一般的に粉砕法、共沈法、蒸着法あるいは他の類似の方法で作製される。中でも生産性の観点からは、通常共沈法が好ましい。（製造方法） 具体的な共沈法による粒子製造方法をマグネタイトの例で述べる。以下の製造方法は一例であって本発明の酸化鉄ナノ粒子を限定するものではない。 まず、１３．０ｇの硫酸第一鉄７水和物と２４．０ｇの塩化第二鉄６水和物を水に溶解し、全溶液量は水で７０ｃｃに調整する。３０ｃｃの２８％アンモニア水が塩鉄溶液に加えられ、Ｆｅ3Ｏ4粒子を沈殿させる。 次に２．１ｇのオレイン酸と７０℃に熱せられた２７ｃｃの３％アンモニア水から成るオレイン酸溶液を用意する。かかるオレイン酸溶液を前記Ｆｅ3Ｏ4粒子の懸濁液に加え、オレイン酸イオンで粒子を被覆した状態で約１時間ほど静置する。 次に３０ｃｃのヘプタンがオレイン酸で覆われた粒子の懸濁液に注がれ、懸濁液全体を攪拌し、放置する。オレイン酸で被覆された粒子は、ヘプタン中に解膠し、ヘプタンを分散媒とした磁性流体を２００ｃｃのビーカーに入れる。 このようにしてマグネタイトのナノ粒子を得ることができる。 上記の製造方法によってマグネタイトのナノ粒子を得た。この際、イオン添加直後及び反応途中のｐＨを変動することによって、ナノ粒子の粒子径と粒分布を制御した。 試料Ｎo.１は平均粒子径１２ｎｍ、試料Ｎo.２は１３ｎｍ、試料Ｎo.３は１４ｎｍであった。試料Ｎo.３のナノ粒子は従来品である。 上記試料Ｎo.１〜３における発熱特性を、周波数６００ｋＨｚ、磁界強度３．２ｋＡ／ｍの外部磁場の条件下において計測したところ図１のグラフが得られた。 図１より明らかなように最も発熱特性の良いものは、試料Ｎo.２のナノ粒子であった。最も発熱特性の悪いものは試料Ｎo.３のナノ粒子であった。２つの試料における下記の式に基いてＳＡＲ値を求めたところ、試料Ｎo.２は１５．７［Ｗ／ｇ］であり、試料Ｎo.３は４．６［Ｗ／ｇ］であった。 上記の製造方法によって粒径の異なるマグネタイトのナノ粒子を２種類製造した。試料Ｎo.４は平均粒子径が１２．５ｎｍであり、試料Ｎo.５は平均粒子径が１５．７ｎｍであった。 試料Ｎo.４及び試料Ｎo.５のナノ粒子を、比熱４．２Ｊ／Ｋ・ｇの水に分散させた場合と、比熱２．８Ｊ／Ｋ・ｇのハイドロゲルに分散させた場合であって、周波数６００ｋＨｚ、磁界強度３．２ｋＡ／ｍの外部磁場の条件下において発熱特性を計測した。図２は試料Ｎo.４における水、ハイドロゲル中の測定結果を示したグラフである。図３はＮo.５における水、ハイドロゲル中の測定結果を示したグラフである。 図２及び３から明らかなように、試料Ｎo.５の方がＮo.４よりハイドロゲル中における発熱特性に劣っていることが分る。 またマグネタイトの比熱を０．９２Ｊ／Ｋ・ｇとし、初期温度変化率を６０秒の時のグラフの傾斜から計算し、ＳＡＲ値を求めると以下の表１、表２の結果となった。 上記の結果より平均粒径１５．７ｎｍの試料Ｎo.５は、ブラウニアン緩和の抑制によるＳＡＲ値の低下が起こっていると考えられる。また粒子間の磁気的相互作用によるＳＡＲ値の低下、すなわち自由な回転が可能な水分散媒中のナノ粒子に比較して、ハイドロゲル中ではナノ粒子が固定されてしまい、粒子間の磁気的相互作用が強くなり、磁気緩和及び発熱特性に影響を与えたものと考えられる。 試料Ｎo.４のナノ粒子は、ネール緩和が支配的であるため、粒子間の時期的相互作用（磁気的相互作用）は小さく、ブラウニアン緩和による発熱への関与が少ないと考えられる。 次にブロック温度とＳＡＲ値の関係についての観測結果を示す。 酸化鉄ナノ粒子のような粒子サイズでは超常磁性の磁気特性を有するとされているが、実際には交流磁界の周波数の上昇と共に磁気モーメントの緩和に遅れが生じ、微小のヒステリシスを生じることが知られている。 ここで、ブロッキング温度は超常磁性が観測され始める温度であり、その温度以下では、磁気モーメントの緩和時間が観測時間より長いことからヒステリシスを生じることが知られている。 従って、ブロッキング温度は観測時間である交流磁界の周波数によって異なる。観測時間の減少（交流磁界の周波数の上昇）と共にブロッキング温度は高温側にシフトする。 実際には、最大で１０ｋＨｚまでの測定が可能だが、６００ｋＨｚのブロッキング温度の測定は困難であり、１０ｋＨｚ以下で行われた測定結果をもとに予測する必要があった。 そこで上記実施例２で得られた試料Ｎo.５において観測時間とその観測時間でのブロッキング温度の逆数のプロットから実験条件である６００ｋＨｚでのブロッキング温度を予測した。 また、各サンプルのブロッキング温度とＳＡＲとの関係を見た結果、ブロッキング温度の上昇と共にＳＡＲも上昇した。 しかし、ブロッキング温度は室温より高くなった場合、度合によって、ネール緩和の遅れによるヒステリシス損失だけではなく、ブラウニアン緩和にヒステリシス損失も加わる。 上記観測の観測結果を、図４〜６図に示す。図４は、交流磁化率測定結果（Ｌ−Ｈ）を示すグラフであり、図５は６００ｋＨｚにおけるブロッキング温度の予測を示すグラフであり、図６はブロッキング温度とＳＡＲとの関係を示すグラフである。実施例１（試料Ｎo.１〜３）における発熱測定結果を示すグラフである。実施例２（試料Ｎo.４）における発熱測定結果を示すグラフである。実施例２（試料Ｎo.５）における発熱測定結果を示すグラフである。交流磁化率測定結果（Ｌ−Ｈ）を示すグラフである。６００ｋＨｚにおけるブロッキング温度の予測を示すグラフである。ブロッキング温度とＳＡＲとの関係を示すグラフである。外部高周波磁場により、体内における所定の分散媒中で発熱させて、病変細胞を所定温度まで加熱することにより死滅させる温熱療法に利用される酸化鉄ナノ粒子であって、周波数６００ｋＨｚ、磁界強度３．２ｋＡ／ｍの外部磁場の条件下において、下記式で定義されるＳＡＲ値が、病変細胞に応じて要求される発熱量すなわち単位時間当たり５．０Ｗ／ｇ以上２８．３Ｗ／ｇ以下となることを特徴とする酸化鉄ナノ粒子。（ここで、Ｃｉ：分散媒および酸化鉄ナノ粒子の各比熱、ｍｉ：分散媒および酸化鉄ナノ粒子の各重量、△Ｔ／△ｔ：初期温度変化率）前記酸化鉄ナノ粒子が、主にマグネタイトによって形成されていることを特徴とする請求項１記載の酸化鉄ナノ粒子。前記酸化鉄ナノ粒子の粒径が、１１ｎｍ以上１４ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化鉄ナノ粒子。 【課題】本発明は、印加磁場、周波数及び粘度に応じて、癌細胞を死滅させる温熱療法に適した酸化鉄ナノ粒子を提供する。また、印加磁場、周波数及び粘度に応じて、癌細胞を死滅させる温熱療法に適した酸化鉄ナノ粒子の粒径の決定方法を提供する。【解決手段】本発明は、外部高周波磁場により、体内における所定の分散媒中で発熱させて、病変細胞を所定温度まで加熱することにより死滅させる温熱療法に利用される酸化鉄ナノ粒子であって、周波数６００ｋＨｚ、磁界強度３．２ｋＡ／ｍの外部磁場の条件下において、下記式で定義されるＳＡＲ値（比吸収率）が、病変細胞に応じて要求される発熱量すなわち単位時間当たり５．０Ｗ／ｇ以上２８．３Ｗ／ｇ以下となるような酸化鉄ナノ粒子である。【選択図】なし