臓器をピンポイントで温め、がん細胞をやっつける！厚さ7 μmの生体用薄膜デバイスを開発 ～藤枝俊宣准教授、齋藤優人大学院生が記者説明会を開催

東京工業大学は6月8日、生命理工学院 生命理工学系の藤枝俊宣准教授、齋藤優人さん（修士課程2年、藤枝研究室）による記者説明会をオンラインで行いました。「IHクッキングヒーターの仕組みを活かして臓器を非接触でピンポイントに温める」がテーマです。

最初に藤枝准教授から、研究室で取り組んでいる高分子薄膜技術についての説明があり、続いて齋藤さんから、今回開発した局所温熱デバイスの紹介がありました。

テレビ会議システムを使った記者説明会には8名が参加し、活発な質疑応答が交わされました。

人間の細胞は高熱に弱く、42.5℃を超えると急速に死んでしまう。この性質を利用したのが、「がん温熱療法」である。この治療法の歴史は古く、古代ギリシアのヒポクラテスが、熱によってがんが消滅したと報告している。

腫瘍組織に熱をかけたとき、周囲の正常細胞も熱にさらされる。しかし、正常組織では、血管が拡張して熱を逃がすことができるが、腫瘍内の血管は拡張できないため、がん細胞だけが高温状態になる。この仕組みを活かした「がん温熱療法」と放射線治療や抗がん剤治療とを併用することで、効果を増強できることも報告されている。

血流の低下したがん組織に熱が溜まりやすいことを利用した治療機構

がんの治療法として期待されている温熱療法であるが、ラジオ波やマイクロ波を照射する大きな装置が必要であり、実施できる施設が限られているという課題がある。

がん温熱療法を簡易な発熱装置で実現するために、高分子薄膜技術とIHヒーターの原理を応用したのが、今回の研究のポイントである。

腕時計のような機械を体につけると、皮膚のやわらかさとのミスマッチにより、むずむずしたりすることがある。一方で、ゴムのような柔らかい素材はミスマッチの解消にはなるが、薄くすると耐久性に課題がある。この課題を解決するために、研究室では、柔軟性に優れ、高機能な高分子薄膜の開発を進めている。高分子薄膜は薄くすると、より柔らかくなる性質があり、フレキシブルで快適なデバイスを作ることができる。

高分子薄膜に、電気が流れるインクを用いてインクジェットプリンタで回路を描くという技術を用いることで、局所的に光やエネルギーを照射することが可能となり、医療用デバイスへの応用が期待できる。

電気回路が描かれた高分子薄膜に電気を流し、特定の場所を発光させている様子。
この画像の回路は市販のカーボンインキを用いてスクリーン印刷し作製した。

生体内の腫瘍組織に高分子薄膜を貼付し、生体外から交流磁場を与えると、IHクッキングヒーターと同じ原理で薄膜が発熱するというコンセプトに基づき試作した。

誘導加熱（Induction Heating; IH）は、磁界に導体（金属など）を置いて自己発熱させる手法。
家庭でもクッキングヒーターとして広く用いられている。

高分子薄膜は生体内に入れることから、生体適合性のあるポリ乳酸^[用語1]で作成し、金ナノインク^[用語2]をインクジェット印字することを考えた。金ナノインクは250℃処理することで安定化剤が除かれ導電性を発揮する。そのため、一旦高温処理に耐えうる高分子素材のポリイミド膜上に印字し、250℃処理をした後にポリ乳酸薄膜に転写した。作成した薄膜の厚さは7マイクロメートル（µm=10⁻⁶メートル）という薄さであるが、内視鏡手術のときの鉗子で取り扱っても耐えうる強度と柔軟性をもっている。

このデバイスを動物の肝臓表面に貼付し、磁場を与えると１分間の給電で約7℃、5分間で約8℃、表面の温度を上昇させることができた。このときの肝臓は正常組織であり、実験後に病理検査をおこなったところ、熱傷などの傷害はみられなかった。

今回作成した高分子薄膜による発熱デバイスは、内視鏡などを使って非侵襲的に腫瘍組織に送ることができる。大がかりな設備を必要とせずに、生体外から磁気を与えることにより、腫瘍組織に熱をかけることが可能であり、がん温熱療法を、より普及させることが期待できる。