キャビテーション気泡の音響化学効果を利用した次世代超音波治療技術の開発

音響化学治療では、A.音響化学活性物質を体内に注入し、がん組織に到達させ、B.超音波をがん組織に向け照射し、キャビテーション気泡と呼ばれる微小な気泡を発生させ、C.この気泡が激しく膨張、収縮を繰り返す際に活性酸素を生成し、その生成された活性酸素によってがん細胞を死滅させる。音響化学活性物質とは、超音波の作用によって活性酸素の生成を促進させる物質である。この治療手法では、活性酸素をがん組織のみに局在化させ、高率に生成させることが重要となる。局在化させる技術として超音波のエネルギーを集中させる高密度集束超音波 (High-intensity Focused Ultrasound : HIFU) がある。本研究では、HIFUを用いた、活性酸素生成の局在化と高効率化を両立させる照射シークエンスの開発を目的とした。提案したシークエンスは、最初に極めて大きな強度の短い(数μｓオーダー)超音波パルスを照射して、キャビテーション気泡を局在的に生成させ、その直後にキャビテーション気泡を生成させない強度の長い(1msオーダー)超音波バースト波を照射することにより、生成した気泡を激しく体積変動させ、活性酸素を生成するものである。キャビテーション気泡の生成と体積変動の各段階それぞれに最適な超音波照射を行うシークエンスである。活性酸素生成の局在化と効率化を評価する手法として、局在化は有名な化学発光であるルミノール反応を用い、効率を算出するための定量は活性酸素によって溶液中のヨウ素イオンが酸化され吸光度が変化する現象(ヨウ化カリウム法)を用いた。結果として、提案したシークエンスによって、活性酸素は短軸4 mm、長軸10 mm程度の局在化させた範囲で生成されることが示され、また、活性酸素生成の効率化もすることができていることが証明された。これは、音響化学治療を実用化に大きく寄与するものであると考えられる。

音響化学治療では、A.音響化学活性物質を体内に注入し、がん組織に到達させ、B.超音波をがん組織に向け照射し、キャビテーション気泡と呼ばれる微小な気泡を発生させ、C.この気泡が激しく膨張、収縮を繰り返す際に活性酸素を生成し、その生成された活性酸素によってがん細胞を死滅させる。音響化学活性物質とは、超音波の作用によって活性酸素の生成を促進させる物質である。この治療手法では、活性酸素をがん組織のみに局在化させ、高率に生成させることが重要となる。局在化させる技術として超音波のエネルギーを集中させる高密度集束超音波 (High-intensity Focused Ultrasound : HIFU) がある。本研究では、HIFUを用いた、活性酸素生成の局在化と高効率化を両立させる照射シークエンスの開発を目的とした。提案したシークエンスは、最初に極めて大きな強度の短い(数μｓオーダー)超音波パルスを照射して、キャビテーション気泡を局在的に生成させ、その直後にキャビテーション気泡を生成させない強度の長い(1msオーダー)超音波バースト波を照射することにより、生成した気泡を激しく体積変動させ、活性酸素を生成するものである。キャビテーション気泡の生成と体積変動の各段階それぞれに最適な超音波照射を行うシークエンスである。活性酸素生成の局在化と効率化を評価する手法として、局在化は有名な化学発光であるルミノール反応を用い、効率を算出するための定量は活性酸素によって溶液中のヨウ素イオンが酸化され吸光度が変化する現象(ヨウ化カリウム法)を用いた。結果として、提案したシークエンスによって、活性酸素は短軸4 mm、長軸10 mm程度の局在化させた範囲で生成されることが示され、また、活性酸素生成の効率化もすることができていることが証明された。これは、音響化学治療を実用化に大きく寄与するものであると考えられる。