122 日レ医誌 (JJSLM) 第 31 巻第 2 号 (2010) 平成 21 年度日本レーザー医学会総会受賞論文 AWARDED ARTICLE 新規開発した膀胱がん対応型均質照射型光ファイバーによる PDT 効果増強 宮崎幸造 1,2, 守本祐司 2, 熊谷康顕 1, 福島重人 1, 堀江壮

平成 21 年度日本レーザー医学会総会受賞論文

AWARDED ARTICLE

新規開発した膀胱がん対応型均質照射型光ファイバーによる PDT 効果増強

宮崎　幸造^1,2，守本　祐司²，熊谷　康顕¹，福島　重人¹，堀江　壮太¹，村岡　未帆^1,2，胡　尉之⁴， 中楯　健一⁴，金田　恵司⁴，前川　康弘⁵，四ノ宮　成祥²，西山　伸宏¹，片岡　一則^1,3

1東京大学大学院 医学系研究科附属疾患生命工学センター 臨床医工学部門

2防衛医科大学校 分子生体制御学講座

3東京大学大学院 工学系研究科 マテリアル工学専攻

4株式会社フジクラ 光応用製品事業推進室

5ファイバーテック株式会社

（平成22年6月23日受理，平成22年7月21日掲載決定）

Enhanced Effects of PDT by the Use of a Fiber Probe with a Newly Developed Diffuser Tip for Urinary Bladder Tumor

Kozo Miyazaki

, Yuji Morimoto

, Michiaki Kumagai

, Shigeto Fukushima

, Sota Horie

, Miho Muraoka

, Wei-Zhi Hu

, Ken-ichi Nakadate

, Keiji Kaneda

, Yasuhiro Maekawa

,

Nariyoshi Shinomiya

, Nobuhiro Nishiyama

, Kazunori Kataoka

1Division of Clinical Biotechnology, Center for Disease Biology and Integrative Medicine, Graduate School of Medicine, The University of Tokyo

2Department of Integrative Physiology and Bio-Nano Medicine, National Defense Medical College

3Departments of Materials Engineering and Bioengineering, Graduate Schools of Engineering, The University of Tokyo

4Applied Optics Products Division, Fujikura Ltd.

5FiberTech Co., Ltd

(Received June 23, 2010, Accepted July 21, 2010)

要旨

　光線力学的療法（Photodynamic Therapy : PDT）は，早期がんに対する有効な治療法として認められているが，膀胱が んには未だ臨床適用されていない．膀胱がんは，多発的・広基的に発生・増殖する性質を持っているため，PDTに際 しては膀胱内壁全体に光を均質に照射することで，とりこぼしなく一期的な治療をおこなえる可能性が高い．そこで 本研究では，膀胱内壁全体に均質照射可能な光照射用プローブ（Homogenous Irradiation Fiber Probe : HIFiP）を開発し，

その効果検証を行った．ラット膀胱がんモデルを用いた実験では，HIFiP使用によって膀胱内を広範囲にわたって光 照射することが可能となり，抗腫瘍効果は，コントロールファイバー（Flat cleaved end）を用いたPDTに比し約2倍増 強した．本システムと，腫瘍選択集積性を示す光増感剤を用いることで，膀胱がんに対する効果的なPDTが期待できる．

キーワード：膀胱がん，光照射ファイバー，光線力学的療法，膀胱温存療法，ラット

〒113−0033東京都文京区本郷7−3−1　TEL: 03−5841−1418　FAX: 03−5841−1419

（7−3−1, Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo, 113−0033, Japan　TEL: +81−3−5841−1418 FAX: +81−3−5841−1419） Corresponding author: [email protected]

　膀胱がんに対するPDTは，1975年，Kellyらの報告^12）

に始まる．彼らは，免疫抑制マウスにヒト由来膀胱が ん細胞を移植した担がんマウスを作製し，ヘマトポル フィリン誘導体（Hematoporphyrin derivative: HPD）を用い てPDTを行ない，がん細胞がネクローシスを起こした と報告している．本邦でも1982年以来，金沢大学のグ ループによって，HPDを用いたPDTの臨床応用に関す る検討が行われてきた^13-15）．46名の表在性膀胱がん患 者に対しHPDを用いてPDTを行ったところ．上皮内 がん（Carcinoma in situ: CIS）や上皮形成異常を伴わない 場合では，2 cm以下の腫瘍22腫瘍中20腫瘍で完全寛解，

2腫瘍は部分寛解が得られたと報告している．一方，広 範囲のCISや上皮形成異常を伴う場合では，PDT後か らほぼ全例に頻尿，血尿，排尿痛などの膀胱刺激症状 が現れている．加えてHPD以外の光増感剤を用いた検 討も報告されている．Waidelichらは，5アミノレブリ ン酸（5-ALA）を用いて，12名の膀胱がん患者に対して PDTを行っており^16），5例が治癒し，この治療において，

膀胱容積の減少などの副作用はなかったと報告してい る．また，Hypericinを用いたPDTの検討も行われてお

り^17-19），正所性ラット膀胱がんモデルにおける一過性

の抗腫瘍効果が報告されている．

1.3 膀胱がんに対する効果的な PDT への取り組み 　膀胱がんに対して，より効果的なPDTを行うための 戦略としていくつかの方法が考えられるが，そのうち の1つに光照射を行うファイバープローブの改良があ る．膀胱がんは，多発的に発生し，広基的に増殖する 傾向が強い．そのため，先端未加工のファイバープロ ーブを用いたPDTでは，光の未照射部位が高頻度に発 生し，PDT効果の望めない病変部分が生じる．さらに，

先端未加工のファイバープローブでは，狭い範囲に光 エネルギーが集中するため，正常膀胱粘膜や筋層への 傷害が生じる可能性がある．このような問題を回避す べく，より広範囲に均質な光照射を可能とする光照射 ファイバープローブの作製・改良が試みられてきた．

　本邦では，久住ら^20,21）が，側方照射型光照射プロ ーブを前後に移動させ，膀胱全体に光を照射させる方 1. はじめに

1.1 膀胱がんとは？

　膀胱がんは，尿路がん（腎盂，尿管，膀胱）の中では，

罹患数が最も多く，尿路がん全体の約半数を占めてい る．本邦での膀胱がん総患者数は，平成20年の全国患 者調査では6.4万人であり^1），平成11年の調査結果3.5 万人^2）と比較すると約10年間で約2倍に増加している．

膀胱がんの初発症状としては血尿が70～90 ％と最も多 く，がんの進行に伴い，排尿痛，頻尿，排尿困難など を来す^3）．

　膀胱がんは，その病理深達度（病期）によって表在が んと浸潤がんに分けられ，治療法がそれぞれ異なる^4,5）． 表在がんは，粘膜下結合組織までの深達にとどまるが ん（TNM分類でT1まで）で，治療法としての第一選択 は経尿道的膀胱腫瘍切除術（Transurethral Resection of the Bladder Tumor : TURBT）である．しかし，表在がんの 再発率は高く，TURBT後10～30 %の症例が浸潤がん に進行する^6,7）．浸潤がんは筋層への浸潤（TNM分類で T2）以上に深達したがんと定義されるが，この際の治療 としては膀胱全摘出が採用されることが多く，この場 合，排尿障害や性的不能が問題となる．さらに，膀胱 がんは膀胱全体に同時多発することが多く^8,9），その際 の治療方法としては，化学療法剤やBCG等の膀胱内注 入による治療が行われるが，これは，正常膀胱粘膜の 炎症と膀胱壁の肥厚による傷害（膀胱委縮）を招き，尿 路変更を余儀なくされる^10,11）などといった，結果とし て患者のQOLを低下させることが知られている．

1.2 膀胱がんに対する PDT

　光線力学的療法（Photodynamic Therapy: PDT）は，腫 瘍特異的に集積する光感受性物質に対し，光照射する ことにより一重項酸素を発生させ，悪性腫瘍を治療す るものである．現在，PDTは本邦において，早期肺が んや表在性型食道がん，表在性型早期胃がんや子宮頚 部癌初期病変に対する治療法として保険収載されてい る．治療成績は，完全寛解率が80～90 %以上と非常に 良好である．しかしながら，膀胱がんへの臨床適用は，

未だなされていない．

Abstract

　Photodynamic therapy (PDT) for urinary bladder cancer has not yet been established as a standard clinical treatment. As urinary bladder cancer frequently proliferates multifocally and grows diffusely, homogeneous irradiation of the mucosal membrane on the bladder wall is an important factor for the success of whole bladder wall PDT. In this study, we fabricated a Homogenous Irradiation Fiber Probe (HIFiP) for illuminating the urinary bladder wall and evaluated the PDT effect. Using rat orthotopic urinary bladder tumor models, we confirmed that widespread and homogenous irradiation in the mucosa of the urinary bladder wall was achieved using the newly developed fiber probe. The anti-tumor effect of PDT using HIFiP was approximately 2 times as that using a control fiber (flat cleaved end). An effective PDT for the urinary bladder cancer is expected by the combination of HIFiP and a tumor-selective photosensitizer.

Key word：Urinary bladder tumor, Irradiation fiber probe, Photodynamic therapy (PDT), Urinary bladder preservation, Rat

（コア数：8000コア，ファイバー径：400±15μm，コ ート径：450±20μm，屈折率：1.51，アッベ数：55± 5，NA=0.41）の先端を，酸水素バーナーを用いて加熱し て，捻り加工（捻り加工機，フジクラ株式会社）を施し たのち，円錐形状になるよう研磨加工（研磨加工機，フ ジクラ株式会社）を行った．これにより，ファイバープ ローブ先端から出射される光は，入射される光を開口角 以上に拡げることができた．さらに鋭尖頭をわずかに研 磨し，照射中心領域の光集束を回避させた．さらに，研 磨により尖った先端が，膀胱壁に突き刺さる事を防ぐた めに，石英ガラス製の保護キャップを装着した．以上の 工程により，光分布が膀胱内腔に近似した，均質型照射 ファイバープローブ（Homogenous Irradiation Fiber Probes:

HIFiP）を作製することに成功した（Fig.2）作製したHIFiP

の光強度密度分布は，光出力測定装置（フォトダイオー ドヘッド（PD-300-3W）とディスプレイ（NOVAII）OPHIR, ISRAEL）を用いて計測した．

2.2 ラット正所性膀胱がんモデル

　ラット正所性膀胱がんモデル作製のため，ラット尿路上 皮がん細胞であるAY-27細胞を用いた．AY-27は，10 %の 非動化した牛胎仔血清（JRH Biosciences Inc., USA）とゲンタ マイシン（GIBCO）が添加されたRPMI1640培地（Invitrogen）

を用いて，5 %-CO2インキュベータにて培養した．

　ラット正所性膀胱がんモデルの作製は，浅沼らの方法^31）

改変して行った．簡単に紹介すると，フィッシャーF344 ラット雌7週令（120～130 g）（オリエンタル酵母工業株 式会社）を購入し，1週間，防衛医大動物実験施設にて 飼育した．ペントバルビタールナトリウム（大日本住友 製薬株式会社）30 mg/kg腹腔内投与にて麻酔後，外尿道 口に2 %-キシロカインゼリー（アボットジャパン株式会 社）を塗布し，18Gのプラスティックカテーテル（サー

フローF&F, テルモ株式会社）を経尿道的に膀胱内に挿

入した．D-PBS（Invitrogen） 800 μLを，1 mLシリンジを 用いて注入し，ピストン動作を30秒間繰り返し行い（1 ストローク/秒）膀胱内を洗浄した．この操作を2回繰 り返した後，1.0×10⁷細胞/mLの濃度でRPMI1640培 地（FBS無添加）に懸濁したAY-27細胞（ラット尿路上皮 がん）をカテーテルより400μL（dead volumeを除く）注 入し，1時間静置した．3日後，超音波画像診断装置を 用いて，腫瘍の有無を確認した．

2.3 Photodynamic Therapy

　超音波イメージング装置で，腫瘍を確認したのち，フ ォトフリン^®（武田薬品工業株式会社）を尾静脈投与（2.5

mg/kg）し，投与24時間後に光照射を行った．上記（2.2）

同様の麻酔操作及びカテーテル挿入処置ののち，トロン ビン（持田製薬株式会社）を含む生理食塩水（株式会社大 塚製薬工場） 700μlを経カテーテル的に膀胱内注入して膨 らませ，均質照射ファイバープローブ（HIFiP）あるいは コントロールファイバープローブ（CF, Flat cleaved end）を 経尿道カテーテル的に膀胱内に挿入した．超音波イメー ジング装置にて，ファイバー先端位置をモニタしながら，

生理食塩水により膨らませた膀胱の中心（膀胱を疑似楕 法 を 用 い てPDTを 行 っ た． 海 外 で は，Nseyoら^22）や

Bensonら^23）は，光照射プローブ先端から全方向に光が

広がる様に，ポリカーボネート製の球体を先端に取り付 けたものを作製してPDTを行った．いずれも，HPDを 用いてPDTを行っているが，前者では，側方照射型を 前後に移動させながらの光照射となるため，光照射に要 する時間が長くなり，さらに移動に際して生じる病変部 への光照射の過不足（ムラ）が生じる．その上，光出射 端から膀胱壁までの距離が一定でないため，その都度，

距離に応じて照射エネルギーや照射時間の調整を行わな くてはならない．後者においては，膀胱全体への光照射 は可能であるが，精密な先端加工ではないため，照射ム ラができる可能性があり，実際，PDT後の膀胱壁に潰 瘍や浮腫，膀胱容積の低下といった副作用が生じたこと を報告している^24-26）．他方，先端を結合させた3本の ナイロンカテーテルを膀胱内に挿入し，これを用いて膀 胱を物理的に押し拡げ，PDTを行っている^27-29）グルー プやバルーンカテーテルを用いて行う^16,30）グループも ある．ナイロンカテーテルを用いて膀胱を押し拡げる方 法においては，等方性照射が可能な光照射ファイバーを 用いてもナイロンカテーテルによる押し拡げ方やファイ バー先端の位置などにより光照射密度が異なってくるた め，均質な光照射は難しい．また，バルーンカテーテル を用いて膀胱を押し拡げる方法では，バルーンによる光 量の減弱や光エネルギーに起因する発熱によるバルーン 損傷などが問題となる．以上をまとめると，光照射用プ ローブ先端から出射される光が不均質であると，十分な 抗腫瘍効果が得られず，正常膀胱粘膜のダメージが引き 起こされる．したがって，膀胱内壁に光を均質に照射す ることは，PDTによる膀胱がん治療を成功させるため に重要な条件となる．

1.4 膀胱壁全体への均質光照射実現に向けて

　上述の通り，膀胱がんは，多発的・広基的に発症する ため，これまで販売されている，PDT用の光照射用フ ァイバープローブでは，光の未照射領域や過照射領域が 生じることがある．その結果，治療に取りこぼしが生じ たり，膀胱粘膜，筋層へのダメージが惹起されたりする．

　そこで本研究では，信頼性の高い膀胱内均質照射を実 現すべく，新たなファイバー加工技術を駆使して，均質 照射型光ファイバープローブを作製した．さらにPDTに おける有効性を検証するため，ラット正所性膀胱がんモ デルを用いたPDT実験を行って，作製した均質照射型フ ァイバープローブのin vivoにおける効果を評価した．

2. 実験方法

2.1 均質照射型ファイバープローブの作製

　ラット膀胱内腔を均質に光照射するために，ラット 膀胱内腔の立体形状と光強度密度（mW/cm²）が一致する 光が放出されるよう，光ファイバープローブを設計し た．ラット膀胱の形状は，小動物用超音波イメージング 装置（Vevo770, Visualsonics, Canada）を用いて計測した．

この計測データをもとに，ラット膀胱内腔の立体形状に 一致した光が出射されるよう石英マルチコアファイバー

円球体と見立てた時の中心点）に固定し，635 nmの半導 体レーザー（NA=0.22, B&W TEK INC., USA）をもちいて，

膀胱内に光照射を行った．ファイバープローブ先端から の光の出力は，積分球ヘッド（3A-IS-V1, OPHIR, ISRAEL）

とディスプレイ（NOVAII）を用いて計測した．PDT時の光 照射出力は，315 mWとした．この出力において，ラッ ト膀胱内腔の頭側半球全体に照射すると仮定した際，光 強度密度は150 mW/cm²になる．照射時間は1000秒で，

結果，エネルギー密度は150 J/cm²となる．

2.4 均質照射の評価

　膀胱内照射範囲の計測は，PDT後3日目にラット犠 牲死させ，膀胱を摘出．膀胱前壁側を縦切開し，コル クボード上に展開し写真撮影を行った．この画像を，

ImagePro^®Plus（MediaCybermetics, USA）をもちいて，膀 胱全体との面積および発赤している部分（炎症部位と判 断）の面積を計測した．これらの計測値から，照射範囲 を算出した．

2.5 PDT 効果の検証

　正所性膀胱がんに対するHIFiPの効果判定は，2.4の 写真撮影後，腫瘍部分の縦，横，高さを，ノギスを用い て計測し，腫瘍体積を算出した．

2.6 統計学的解析方法

　素データに対して一元配置分散分析を行い，post hoc testにはGames-Howell法を用いた（SPSS ver.16）．デー タは，平均値±標準偏差（SD）で示し，p値が0.05より 小さいときに統計学的有意差があると判断した．

3. 結果

3.1 HIFiP 作製と光の強度分布

　超音波イメージング装置を用いて計測したラット膀胱 の形状は，長径15 mm，短径10 mmの楕円体に近似で きることが分かった（Fig.1）．この内面に対して均質に 光照射が可能になるようマルチコア光ファイバーの先 端を精密な成型技術（ねじり加工，円錐形状化）によっ て，ラット膀胱内を均質に照射するファイバープローブ を作製した（Fig.2）．作製したHIFiPのファイバープロ ーブと水平面における光強度分布を，計測したところ，

Fig.3（b）に示すようにラット膀胱内腔形状に一致する楕

円形状を示した．HIFiPの，NAは0.58となり，これは，

先端加工を施していないファイバー（Control Fiber: CF, Flat cleaved end）のNA（=0.27）の2倍以上であり，広範 囲照射が可能であることが示された．さらに，ファイバ ープローブと垂直な面における光強度分布に関しては，

Fig.3(d）に示すように，HIFiPは，CFと比較して，歪み

の無い同心円状に光を照射できた．

さらに，ラット膀胱内腔に対する均質光照射性を証明 するための検証を行った．ラット膀胱内腔の立体形状を 模擬した楕円体フラスコ（パイレックス製，厚さ1 mm，

市橋理化器械製作所）を作製した（Fig.4）．膀胱の内尿道 口位置に一致するフラスコの当該部位に光照射ファイバ ー先端を留置し，光照射を行った．光の強度分布がイメ

ージできるよう，フラスコ内壁にツヤ消し白色エナメル 塗料（タミヤカラーXF-2，株式会社タミヤ）を塗布した．

その結果，Fig.4に示すように，CFを用いて光照射した 場合では，フラスコの底部（疑似膀胱の頭側）に光が集 中した．一方，HIFiPを用いて光照射した場合では，フ ラスコ内壁全体を均質に光照射することが観察できた．

3.2 ラット膀胱粘膜における光照射範囲

　ファイバープローブによる光照射分布の違いを検証 するために，フォトフリンを静脈投与したラットの膀 Fig.1 Size measurement of the rat urinary bladder.

A size of rat urinary bladder was measured using an ultrasound imaging system (Vevo770). The average sizes of the bladder were 10 mm, 10 mm and 15 mm in X-, Y- and Z-axis, respectively. The average volume of rat urinary bladder is about 800μL. The upper photograph shows a longitudinal section and lower shows a horizontal section with ultrasound imaging system.

Fig.2 The shape of a homogenous irradiation fiber probe top.

A top of a multimode quartz fiber (core number : 8000, fiber diameter: 400±15μm, coat diameter: 450±20μ m, refractive index: 1.51, Abbe’s number : 55±5, NA=0.41) was twisted and truncated cone shape.

胱内に光照射用ファイバープローブを介して光照射を行 った．フォトフリンの光化学反応により光照射された部 位に限局して粘膜の発赤を観察することができた．CF を用いて照射した場合，膀胱底側（膀胱の頭側）に発赤 が見られた．一方，HIFiPを用いて照射した場合は，発

赤が膀胱全体に認められた（Fig.5）．照射範囲を定量的 に評価するために，画像処理ソフトを用いて発赤が起 こっている領域の面積計測を行った．その結果，CFで の発赤部分の平均面積は，膀胱全体の36±5.2%（N=4）

であったのに対し，HIFiPでの平均面積は，膀胱全体の 69±20 %（N=7）であり，HIFiP照射群が有意に大きか った（p=0.04）．

3.3 抗腫瘍効果

　PDT後の腫瘍体積を計測すると，未治療群の平均腫瘍 体積が58.3±55.4 mm³（N=5）であったのに対し，CF治療 群では11.8±2.6mm（N=4），³ HIFiP治療群では5.0±7.9mm³

（N=17）と腫瘍体積は有意に小さく（p<0.001），PDTによる 抗腫瘍効果が認められた．また，HIFiP治療群における腫 瘍体積はCF治療群の腫瘍体積の1/2以下（p = 0.02）であ ったことはHIFiPを用いたPDTの優位性を示唆する．

4. 考察

4.1 先端加工による分布の違い

　本実験の結果，CFを用いた光照射では，前方に光が 集中し，膀胱内面を均質に光照射することはできなかっ たが，HIFiPを用いた光照射では，CFと比較して2倍 弱の面積に光照射をすることができ，膀胱粘膜面への均 質光照射の度合いは大幅に向上した．さらに，ラット正 所性膀胱がんモデルを用いた抗腫瘍効果の検証におい て，HIFiP-PDT後の腫瘍サイズは，CF-PDT後の腫瘍サ イズの2分の1以下となった．これらの結果は，光照射 範囲が約2倍に増えたことで，CFでは光照射が困難で あった部位にまで光が到達していることを示唆する．

Fig.3 Distribution patterns of light emitted from fiber probes;

control fiber probe (a,c) and the homogenous irradiation fiber probe (b,d). The upper panels (a,b) and lower panels (c,d) indicate a horizontal plane and vertical plane, respectively.

Fig.5 Visualization of light distribution on a rat bladder.

Irradiated areas were confirmed with the sign of erythrogenic response (dotted circles) induced by photochemical reaction originated from Photofrin^®. Scar Bar = 5 mm

Fig.4 Visualization of light distribution in a pseudo-urinary bladder which is made of PYREX. The upper photos indicate a shape of the pseudo-urinary bladder. The middle and lower photos show distributions of light emitted from the control fiber (CF) and distributions of light emitted from the homogenous irradiation fiber probe (HIFiP). Scar Bar = 10 mm

4.2 均質照射に関する従来報告との比較

　膀胱がんは，多発性に発生し，広基性に増殖する傾 向を有するため，膀胱がんへのPDT適用を考慮する場 合，膀胱粘膜全体に均質に光を照射する方法の確立は，

非常に重要である．これまで行われてきた膀胱内全照射 型のPDTの研究においては，側方照射型光照射プロー

ブ^20,21）を用いて，CIS罹患患者に対してプローブを移動

させながらPDTを行った報告がある．これらの報告で は，側方照射型光照射用プローブを経尿道的に膀胱底側 まで導入し内尿道口側へ移動させることで膀胱粘膜全体 へ光照射を行っている．加えて，Photofrin^®の蛍光を利 用して腫瘍の検出を行う光線力学的診断（Photodynamic Diagnosis : PDD）まで可能な機器設計を加え，病態診断 も可能にした画期的方法である^21）．しかしながら，プ ローブ移動時の光の照射ムラや光照射時間の長期化によ る患者への負担が懸念される．さらに，ナイロンカテー

テル^27-29）やバルーンカテーテル^16,30）を用いて物理的に

膀胱を押し拡げる方法の報告がある．これらの報告では，

光照射ファイバー先端からの光が同心円上に照射される ようにファイバー先端を設計し，それに対応させるべく，

膀胱を物理的に拡張させることで，膀胱内全壁照射の達 成を試みている．しかしながら，ナイロンカテーテルを 用いた場合，3本のナイロンカテーテルの操作により，

同心円を保つことは非常に難しい操作であると考えられ る．さらに，バルーンカテーテルを用いる場合，光照射 ファイバー先端の発熱により，バルーンが損傷する可能 性もあるため，低強度で長時間光照射すること余儀なく され，患者への負担が懸念される．今回，我々が作製し

たHIFiPは，これまでの手法とは異なり，膀胱形状の計

測データを基にファイバープローブの設計・製作を行っ た．これにより，光照射ファイバープローブを経尿道的 に挿入し，超音波イメージング装置にてファイバー先端 をモニタリングすることで，膀胱内壁全体に均質な光照 射を可能にした．我々のコンセプトにおいては，従来報

告16,20,21,30）との比較において，より高いエネルギーの光

照射が短時間で可能であるため，ヒトへの応用に際して，

治療時間が短く済み，患者負担を軽減できる．一方で，

ヒトへの応用を前提とした場合，膀胱粘膜面積が増大す るため，必要となる光強度も増大する．これにより強い 光エネルギーがファイバー先端に集中するため，ファイ バープローブの耐熱性が問題となる．したがって，熱損 傷を回避しつつ，膀胱形状に一致した光分布を放射でき るファイバープローブの開発を行っていく必要がある．

4.3 均質光照射を有効利用するための光増感剤開発に向けて 　均質光照射を最大限活用するためには，光増感剤の 腫瘍への選択的集積性が鍵となる．すなわち，使用す る光増感剤が腫瘍にのみ集積し，非病変部位には集 積しない事が重要である．現在，臨床適用されている Photofrin^®やLaserphyrin^®といった光増感剤は，腫瘍選 択的集積性がそれほど高くないため，膀胱腫瘍に用いた 場合，正常粘膜にも集積する．この状態でPDTが行わ れると，光増感剤による光化学反応により，正常膀胱粘 膜に激しい炎症が惹起され，膀胱委縮へと進展する．特

にPhotofrin^®は，以前臨床治験が行われたものの，上記

の理由により，中止に至った経緯がある．Laserphyrin^® においても，我々のPDTに関する予備的検討では，正 常膀胱粘膜に著しい炎症・浮腫が誘導された．（Data not shown）．そこで我々は，この問題を克服すべく，新し い光増感剤の開発も進めている^32-34）．開発中の光増感 剤は，腫瘍に対して高集積し，優れた抗腫瘍効果を発揮 する一方，膀胱委縮等の副作用が，大幅に低減されてい ることがわかった．この新規光増感剤とHIFiPによる均 質光照射を用いることで，膀胱全体の一期的なPDTが 可能になることを確信する．

4.4 臨床応用に向けて

　上記に示したラットでの検証をもとに，臨床応用に資 するシステムやデバイス開発を進めている．臨床応用を 念頭に置くと，高出力レーザー照射装置や高出力光に耐 えうる光照射用ファイバーの構築が必要であるが，すで に我々は，20 Wクラスの高出力レーザーシステムなら びに高出力対応均質照射ファイバープローブを試作し，

現在，安全性ならびに操作性に関する試験を行っている．

5. 結論

　膀胱粘膜に対して広範囲かつ均質に光照射することで きるファイバープローブを開発した．照射範囲は全膀胱 粘膜の約70%に達し，先端未加工のコントロールファイ バープローブに比較して，約2倍の広範囲に照射するこ とができた．さらに正所性ラット膀胱がんモデルを使用 したPDTの検証において，新開発のファイバープローブ を用いた場合では，コントロールファイバープローブを 用いた場合に比して，2倍以上の抗腫瘍効果を発揮した．

謝辞

　本研究は，新エネルギー・産業技術総合開発機構

（NEDO）の平成19 - 21年度委託事業（P06042）により行 われました．ここに深く感謝申し上げます．本研究を始 めるにあたり，ラット膀胱がんモデルの作製を指導して いただきました東京都立小児総合医療センター泌尿器科 佐藤裕之氏，臨床的コメントを下さいました防衛医科大 学校整形外科学講座 田中優砂光氏，本研究全般に協力 してくださいました元東京大学医学系研究科附属疾患生 命工学センター臨床医工学部門，浦野京子氏，HIFiP作 製において，事務的取り計らいをしてくださいましたフ ァイバーテック株式会社，三好ゆう子氏，岩間由美子氏 に深く感謝いたします．

参考文献

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　2）厚生労働省. 厚生労働省統計調査結果厚生労働統計一覧 平成11年患者調査.

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著者紹介

宮﨑　幸造（

Kozo Miyazaki

2001年，九州大学大学院医学系研究科 病理系専攻博士課程 単位修得退学．国 立循環器病センター研究所生体工学 部 流動研究員，財団法人先端医療振 興財団先端医療センター再生医療研究 部 研 究 員，Oklahoma Medical Research Foundation Immunobiology and Cancer Program 博士研究員 を経て，2007年より東京大学大学院医学系研究科附属疾 患生命工学センター臨床医工学部門 特任助教，現在に至 る．博士（医学）．日本レーザー医学会，日本免疫学会，

日本分子生物学会，日本癌学会，日本再生医療学会，会員．

金原出版株式会社. 2007.

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守本　祐司（

Yuji Morimoto

1999年，防衛医科大学校医学研究科 修 了．医学博士．現在，防衛医科大学校 分子生体制御学講座 准教授．神経内科 指導医．専門は，光医学，ナノメディ シン，分子生体イメージング．日本生 体医工学会，日本癌学会，日本生理学会，

日本神経学会，日本内科学会，AACR，各会員．

熊谷　康顕（

Michiaki Kumagai

工学博士．高分子学会，日本DDS学会，

日本バイオマテリアル学会の会員．

福島　重人（

Shigeto Fukushima

東京大学大学院医学系研究科疾患生命 工学センター 産官学連携研究員．2010 年，東京大学大学院工学系研究科マテ リアル工学専攻 特任研究員となり現在 に至る．専門は高分子合成，ドラッグデリバリーシステ ム，バイオマテリアル．高分子学会，日本DDS学会，

日本癌学会，日本バイオマテリアル学会，日本人工臓器 学会 会員．

堀江　壮太（

Sota Horie

2006年，京都大学生命科学研究科統合 生命科学専攻 修了．2007年から2010 年まで東京大学大学院医学系研究科附 属疾患生命工学センター臨床医工学部 門の特任研究員として勤務．生命科学 博士．

村岡　未帆（

Miho Muraoka

2009年より東京大学大学院医学系研究科附属疾患生命 工学センター臨床医工学部門 特任研究員．日本生化学 会，日本薬学会の各会員

胡　尉之（Wei-Zhi,Hu)

2001年，東京商船大学（現東京海洋大 学）大学院交通システム工学専攻博士課 程 修了．同年，（株）フジクラ入社．以 降，通信用光ファイバ部品の開発，光 ファイバスコープ，光ファイバ応用製 品，及び，医療機器の設計開発に従事．

工学博士．

中楯　健一（

Ken-ichi Nakadate

フジクラ）入社．以後，イメージファ イバを使用したファイバスコープなど，

光ファイバ応用光学製品，及び，医療 機器の設計開発に従事．電子情報通信 学会 会員．

金田　恵司（

Keiji Kaneda

1986年，上智大学理工学部物理学科 卒 業．1988年，上智大学大学院理工学研 究科物理学専攻 博士前期課程 修了．同 年，藤倉電線（株）（現（株）フジクラ）入社．

以後，イメージファイバ，大口径光フ ァイバ，耐放射線ファイバ，耐紫外線 ファイバ 等特殊光ファイバの研究開発に従事．その後，

分散補償光ファイバモジュールエルビウム添加光ファイ バ増幅器の設計に従事し，現在，ファイバレーザをはじ めとした光源の設計開発に従事．

前川　康弘（

Yasuhiro Maekawa

メディカルサイエンス（株）へ入社．三 菱電線工業社と極細径内視鏡の製品開 発及び営業活動に携わる．2000年，フ ァイバーテック（株）への極細径内視鏡 事業の事業譲渡と共に入社し，同社取 締役営業部長に就任．2009年，同社取締役副社長に就 任し，開発部門並びに営業部門を統括する．

四ノ宮　成祥（

Nariyoshi Shinomiya

生物学講座 助教授．1997年，同・微生 物講座 助教授を経て，2007年より現職．

専門は，免疫・微生物学，分子腫瘍学，高圧・潜水医学．

日本ヒト細胞学会（理事），日本臨床高気圧酸素・潜水医 学会（理事），日本婦人科がん分子標的研究会（学術顧問），

日本Cell Death学会（評議員），日本宇宙航空環境医学会

（評議員），日本サイトメトリー学会（評議員）．その他，

日本免疫学会，日本癌学会，日本癌治療学会，日本細 菌 学 会，Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene，

American Association for Cancer Research，などに所属．

西山　伸宏（

Nobuhiro Nishiyama

2004年より東京大学大学院医学系研究 科疾患生命工学センター臨床医工学部 門 助手，2006年より同 講師，2009年より同 准教授と なり現在に至る．工学博士．ドラッグデリバリーシステ ム，バイオマテリアルに関する研究．高分子学会，日本 DDS学会，日本バイオマテリアル学会，日本癌学会の 会員．

片岡　一則（

Kazunori Kataoka

東京理科大学基礎工学部 助教授，教授を経て，1998年 より東京大学工学系研究科 教授．2004年より医学系研 究科 教授（併任）となり現在に至る．工学博士．ドラッ グデリバリーシステム，バイオマテリアルに関する研究．

高分子学会，日本DDS学会，日本バイオマテリアル学会，

日本癌学会の会員．