JP2020524569A - 磁石配列を用いた治療剤標的化および固定医療装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、患者の患部を考慮した磁石の最適化配列を用いて患部に磁性体含有治療剤を精密標的化する治療剤標的化および固定医療装置を提供する。
Description
本発明は、磁石配列を用いた治療剤標的化に係り、さらに詳細には、磁石配列を用いた治療剤標的化および固定医療装置に関する。
既存の薬物を用いた治療法は、低い指向性能に起因する非選択的毒性および関連副作用などの問題点を内包している。したがって、多くの開発期間と高いコストがかかる治療薬の開発よりは、既存の医薬品の副作用を最小限に抑え且つ効能を極大化することができる様々な薬物送達システムについての研究が盛んに行われてきた。特に、最近は、様々な磁石を用いて病変周囲への薬物の指向性能を向上させるための様々な研究が進められている。その基本的な原理は、磁場内で磁化する磁性体、すなわち磁性体を薬物に担持或いは付着させて、磁場（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）内で磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ）した磁性体が磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）の高いところへ移動する原理を用いて薬物を提供させることである。ところが、ほとんどの既存の研究は、磁束密度が非常に大きい単一の超伝導体磁石または永久磁石を用いて、単純に磁石方向に引き付ける力（引力、ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）を極大化させ、磁性体が担持された薬物を伝達しようとする研究であった。これは、患部の種類、位置、治療目的などの治療環境が全く考慮されないため、様々な施術環境に適用するのは難しいだけでなく、患部の位置に治療剤を正確に標的化（ｔａｒｇｅｔｉｎｇ）することが難しいという欠点を持っている。これに関連し、韓国登録特許第０８８９００６号は、低周波回転永久磁性体の磁場治療装置について開示している。
しかし、上記の先行技術は、磁石の分布、磁石の個数、磁石の磁化方向などを適用した、患部に最適化された配置および配列を考慮しないため、患部に対する治療剤の標的化、または標的化された治療剤の患部への固定には適さない。
本発明は、上述した問題点を含む様々な問題点を解決するためのもので、患者の患部を考慮した磁石の最適化配列を用いて患部に治療を精密標的化する治療剤標的化および固定医療装置を提供することを目的とする。ところが、このような課題は、例示的なものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。
本発明の一観点によれば、３次元空間における、磁性ナノ粒子を含む磁性体を積載する積載地点、および前記磁性体が移動すべき目的地点を決定するステップと、前記積載地点に前記磁性体を積載する積載ステップと、前記積載地点および前記目的地点を取り囲む空間に複数の磁石を配置し、前記積載地点が、前記配置された複数の磁石から発生する磁場を重ね合わせて磁束密度が消去される磁場消去点と前記磁石が配置された磁石配置地点との間に位置すると、前記磁石が配置される方向に引力が形成されるようにし、前記積載地点が、前記磁石配置地点から前記磁場消去点以後に位置すると、前記磁石が配置された反対方向に斥力が生成されるように磁石による引力または斥力が発生するようにする磁石配置ステップとを含む、３次元空間で磁性体を所望の位置に移動させる方法が提供される。
本発明の他の一観点によれば、イメージング装置を用いて患者の患部の３Ｄ医療画像を取得する３Ｄ画像取得ステップと、前記患部の形状、大きさおよび位置を測定する患部抽出および治療領域設定ステップと、前記患者から取得した３Ｄ医療画像をベースとして磁界生成のための磁石の分布、個数および磁化方向を設計する患者特異的磁性体含有治療剤標的化および固定医療装置設計ステップと、前記設計情報に基づいて前記固定医療装置の形態を決定する固定医療装置製造ステップとを含む、複数の磁石配列を用いた磁性体含有治療剤の患部標的化および固定医療装置の製造方法が提供される。
本発明の別の一観点によれば、前記方法によって製造された前記複数の磁石配列を用いた磁性体含有治療剤の患部標的化および固定医療装置が提供される。
本発明の別の一観点によれば、前記複数の磁石配列を用いた磁性体含有治療剤の患部標的化および固定医療装置、および前記磁性体含有治療剤を含む磁石基盤患部治療用医療キットが提供される。
本発明の別の一観点によれば、前記複数の磁石配列を用いた磁性体含有治療剤の患部標的化および固定医療装置、および前記磁性体含有治療剤を含む磁石基盤患部治療用医療キットが提供される。
上述したように構成された本発明の一実施形態によれば、患者の患部を考慮した磁石の最適化配列を用いて患部に治療剤を精密標的化する患者特異的治療剤標的化および固定医療装置の生産効果を実現することができる。もちろん、このような効果により本発明の範囲が限定されない。
用語の定義：
本明細書で使用される用語「磁界（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）」は、磁場とも呼ばれ、磁気力線（ｌｉｎｅｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｏｒｃｅ）の存在する空間、すなわち電流または磁石の周囲や地球の表面などのように磁気作用が影響を及ぼす空間をいう。
本明細書で使用される用語「磁界（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）」は、磁場とも呼ばれ、磁気力線（ｌｉｎｅｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｏｒｃｅ）の存在する空間、すなわち電流または磁石の周囲や地球の表面などのように磁気作用が影響を及ぼす空間をいう。
本明細書で使用される用語「引力（ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）」は、二つの物体が引き合う力をいい、斥力の反対概念である。磁石を金属に近付けると、引き合う引力が作用することも、雨が空から落ちることも、地球が引くためである。このように、自然界にはさまざまな種類の引力が存在する。代表的な例として、すべての物体同士の間に普遍的に作用する万有引力があり、地球と物体との間に作用する重力は万有引力（ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｇｒａｖｉｔａｔｉｏｎ）の一種である。正電荷と負電荷との間の電気力、および磁石のＳ極とＮ極との間の磁気力も引力である。原子核の中で陽子と中性子とを結合させている核力、電気的に中性である分子間のファンデルワールス力（ｖａｎｄｅｒ Ｗａａｌｓ ｆｏｒｃｅ）も引力である。
本明細書で使用される用語「斥力（ｒｅｐｕｌｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）」は、二つの物体が反発して退け合う力をいい、引力の反対概念であって、反発力とも呼ばれる。二つの磁石を持ってＳ極とＳ極、またはＮ極とＮ極を近づけると、互いに反発する力を感じることができる。そして、正電荷と正電荷、または負電荷と負電荷のように同一の符号を持つ電荷同士の間にも斥力が存在する。電磁気力における斥力は、引力と同様に、二つの物体間の距離の二乗に反比例する。すなわち、二つの物体間の距離が２倍になると、斥力の大きさは４分の１に減少し、二つの物体間の距離が半分に減少すると、斥力の大きさは４倍になる。
本明細書で使用される用語「磁束密度（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｄｅｎｓｉｔｙ）」は、磁場中の一点で磁場に垂直な面の単位面積あたりの磁束を意味し、磁気誘導、磁気感応ともいう。
本明細書で使用される用語「患者特異的（ｐａｔｉｅｎｔ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）」は、本発明の固定医療装置の製作時にイメージング装置を用いて患者の患部の３Ｄ医療画像を取得し、患部の形状、大きさおよび位置を正確に測定して患部抽出および治療領域を設定するにあたり、患部の位置、大きさおよび状態に応じて治療剤の構成が決定され、生体適合性／生分解性ポリマー構造体に薬物、磁性物質または治療用細胞が全て含まれるか、或いは選択的に使用されて製造され、前記３Ｄ医療画像をベースとして固定医療装置の形態が例えば着脱型または固着型に決定される工程方式を意味する。
発明の詳細な説明：
本発明の一観点によれば、３次元空間における、磁性ナノ粒子を含む磁性体を積載する積載地点、および前記磁性体が移動すべき目的地点を決定するステップと、前記積載地点に前記磁性体を積載する積載ステップと、前記積載地点と前記目的地点を取り囲む空間に複数の磁石を配置し、前記積載地点が、前記配置された複数の磁石から発生する磁場を重ね合わせて磁束密度が消去される磁場消去点と前記磁石が配置された磁石配置地点との間に位置すると、前記磁石が配置される方向に引力が形成されるようにし、前記積載地点が、前記磁石配置地点から前記磁場消去点以後に位置すると、前記磁石が配置された反対方向に斥力が生成されるように磁石による引力または斥力が発生するようにする磁石配置ステップとを含む、３次元空間で磁性体を所望の位置に移動させる方法が提供される。
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前記方法において、前記磁性ナノ粒子は、マグネタイト（ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）またはマグヘマイト（ｍａｇｈｅｍｉｔｅ）であり、前記磁石は、永久磁石、軟磁性体、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）、ネオジム（ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ）、アリコ、サマリウムコバルト（ｓａｍａｒｉｕｍ ｃｏｂａｌｔ）またはゴム磁石（ｒｕｂｂｅｒ ｍａｇｎｅｔ）であり得る。
本発明の他の一観点によれば、イメージング装置を用いて患者の患部の３Ｄ医療画像を取得する３Ｄ画像取得ステップと、前記患部の形状、大きさおよび位置を測定する患部抽出および治療領域設定ステップと、前記患者から取得した３Ｄ医療画像をベースとして磁界生成のための磁石の分布、個数および磁化方向を設計する患者特異的磁性体含有治療剤標的化および固定医療装置設計ステップと、前記設計情報に基づいて前記固定医療装置の形態を決定する固定医療装置製造ステップとを含む、複数の磁石配列を用いた磁性体含有治療剤の患部標的化および固定医療装置の製造方法が提供される。
前記製造方法において、前記治療剤標的化および固定医療装置設計ステップは、磁石配列可能最大範囲、使用する個数および初期磁石の磁化方向を設定する初期値設定ステップと、関心点（ＰＯＩ）で特定の方向への初期磁気力を計算する初期磁気力計算ステップと、前記計算された磁気力が最大値となる磁気力および磁化方向を選定する磁石磁化方向変更ステップと、以前ステップおよび現ステップの大きさを比較する磁気力比較ステップと、使用する磁石の個数を確認する磁石個数確認ステップと、前記選定された磁石の磁化方向に基づいて磁石を配列する最終磁石配列ステップとを含むことができる。
前記製造方法において、前記イメージング装置はＸ線、ＣＴ、ＰＥＴまたはＭＲＩであり、前記固定医療装置は着脱型または固着型であり得る。
前記製造方法において、前記磁性体含有治療剤は、磁性ナノ粒子を担持または付着させた薬物、細胞治療剤、またはこれらの混合物を含むことができ、前記細胞治療剤は、間葉系細胞、軟骨細胞、骨細胞、神経幹細胞、幹細胞または免疫細胞であり得る。
本発明の別の一観点によれば、前記方法によって製造された、複数の磁石配列を用いた磁性体含有治療剤の患部標的化および固定医療装置が提供される。
本発明の別の一観点によれば、前記複数の磁石配列を用いた磁性体含有治療剤の患部標的化および固定医療装置、および前記磁性体含有治療剤を含む磁石基盤患部治療用医療キットが提供される。
前記磁石基盤患部治療用医療キットにおいて、前記磁性体含有治療剤は、磁性ナノ粒子を担持または付着させた薬物、細胞治療剤、またはこれらの混合物を含むことができ、前記細胞治療剤は、間葉系細胞、軟骨細胞、骨細胞、神経幹細胞、幹細胞または免疫細胞であり得る。
以下、添付図面を参照して本発明の好適な様々な実施形態を詳細に説明する。
本発明の実施形態は、当該技術分野における通常の知識を有する者に本発明をさらに完全に説明するために提供されるものであり、これらの実施形態は、様々な形態に変形でき、本発明の範囲を限定するものではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示をより充実且つ完全たるものにし、当業者に本発明の思想を完全に伝達するために提供されるものである。また、図面における各層の厚さまたは大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張したものである。
明細書全体にわたって、膜、領域または基板などの一つの構成要素が他の構成要素「上に」、「に接続されて」、「に積層されて」または「にカップリングされて」位置すると記載したときは、前記一つの構成要素が直接的に他の構成要素「上に」、「に接続されて」、「に積層されて」または「にカップリングされて」接触するか、或いはそれらの間に介在する別の構成要素が存在しうると解釈される。これに対し、一つの構成要素が他の構成要素「真上に」、「に直接接続されて」、または「に直接カップリングされて」位置すると記載したときは、それらの間に介在する別の構成要素が存在しないと解釈される。
均一な符号は均一な要素を指す。本明細書で使用されているように、用語「および／または」は、その列挙された項目のいずれか一つおよび二つ以上の組み合わせを含む。
本明細書において、「第１」、「第２」などの用語が様々な部材、部品、領域、層および／または部分を説明するために使用されるが、これらの部材、部品、領域、層および／または部分は、これらの用語によって限定されてはならないのは明らかである。これらの用語は、一つの部材、部品、領域、層または部分を他の領域、層または部分と区別するためにのみ使用される。よって、以下に詳述する第１の部材、部品、領域、層または部分は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の部材、部品、領域、層または部分を指すことができる。
また、「上の」および「下の」などの相対的用語は、図面で図解されるように、他の要素に対するある要素の関係を記述するためにここで使用できる。相対的用語は、図面で描写される方向に追加して素子の他の方向を含むことを意図すると理解できる。
例えば、図面において素子がひっくり返されると（ｔｕｒｎｅｄ ｏｖｅｒ）、他の要素の上部の面上に存在すると描写される要素は、前記他の要素の下部の面上に方向を持つ。従って、例えば「上の」という用語は、図面の特定の方向に依存して「下の」および「上の」方向の両方を含むことができる。素子が別の方向を向く場合には（他の方向に対して９０度回転）、本明細書に使用される相対的な説明はそれに応じて解釈できる。
本明細書で使用された用語は、特定の実施形態を説明するためのもので、本発明を限定するものではない。本明細書で使用されているように、単数形は、文脈上異なる場合を明確に指摘するものではない限り、複数の形態を含むことができる。また、本明細書で使用される場合、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、記載した形状、数字、ステップ、動作、部材、要素および／またはこれらのグループの存在を特定するものであり、一つ以上の他の形状、数字、動作、部材、要素および／またはグループの存在または付加を排除するものではない。
以下、本発明の実施形態について、本発明の理想的な実施形態を概略的に示す図面を参照して説明する。図面において、例えば、製造技術および／または公差（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）に基づいて、図示された形状の変形が予想できる。したがって、本発明の思想の実施形態は、本明細書に示された領域の特定の形状に限定されたものと解釈されてはならず、例えば、製造においてもたらされる形状の変化を含まなければならない。
以下、実施形態によって本発明をさらに詳細に説明する。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現できるものである。以下の実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。
図１は本発明の一実施形態に係る磁性体を磁石の配列を用いて３次元的空間内で所望の位置へ移動させる方法を図式化して示す概要図である。図１において、四角形は任意の磁石を意味し、青い点は磁性体（磁場に反応する磁性体、ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）を担持または付着させた治療剤（薬物、細胞治療剤、薬物＋細胞治療剤）が放出される地点（ｒｅｌｅａｓｅ ｐｏｉｎｔ）を意味する。本発明の技術的課題を達成するために、図１のように二つ以上の磁石を配置して関心領域（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）と関心点（ＰＯＩ：Ｐｏｉｎｔ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）で治療剤に作用する磁気力（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｏｒｃｅ）を利用することができる。
本発明の患者特異的治療剤標的化は、二つ以上の磁石を用いて磁気から遠ざかる力（押す力、斥力）と磁石に近づく力（引く力、引力）を生成して利用することができるが、前記治療剤標的化のための駆動基本原理は、下記の通りである。磁性体を担持或いは付着させた治療剤は、磁場（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）の影響が及ぶ空間内で磁束密度が大きい領域へ移動する。これにより、従来の研究と同じ方式である一つの磁石だけを用いる場合、関心領域内の磁束密度の勾配は常に磁石の近くが高くなり、これにより、磁性体を担持または付着させた治療剤は常に磁石が配置された方向に引かれてくる。しかし、本発明の患者特異的治療剤標的化は、患者の性別、年齢、患部の種類、位置および治療目的などに応じて、二つ以上の磁石を用いた最適配置を介して磁束密度がゼロになる地点（二つ以上の磁石の磁場を重ね合わせて磁束密度が消去されてなくなる地点、ＦＦＰ＝Ｆｉｅｌｄ Ｆｒｅｅ Ｐｏｉｎｔ）を生成し、磁性体を担持した治療剤が放出される地点を、前記磁場が消去されてなくなる地点を基準に前後に設定すると、前記治療剤を引きつける引力と前記治療剤を押し出す斥力を用いて、前記治療剤を患部に標的化されるようにし、固定することができる。言い換えれば、前記磁場が消去されてなくなるＦＦＰと磁石が配置された箇所との間に治療剤の放出地点が位置すると、磁束密度が高い方は、磁石が配置された方向に引かれてくるのに対し（引力作用）、磁石が配置された箇所から磁場消去点以後の地点に放出すると、磁束密度が高い方向、すなわち磁石配置箇所から遠ざかる方向に押し出される（斥力作用）。前記原理を利用して、治療剤が放出される地点に最も近い磁石表面までの垂直距離、力が作用する関心領域、磁石の分布、磁石の個数、磁化変更角度、磁石の種類などを患部の種類、位置、治療目的などに応じて調節することができ、このような条件を満足しながら、磁石から遠ざかる方向或いは磁石に近づく方向に最大の力を示す配列を最適化して使用することができる。前記最適化により、磁性体を担持または付着させた治療剤を患部に正確に標的化し、これを固定して治療効果を極大化することができる。
この時、最適の治療効果を考慮して磁性体を担持または付着させた治療剤は、薬物、細胞治療剤またはこれらの混合物であり、薬学的有効成分を含む磁性物質またはナノ粒子であり、前記磁性体はマグネタイト（ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）またはマグヘマイト（ｍａｇｈｅｍｉｔｅ）であり、前記磁石は永久磁石、軟磁性体、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）、ネオジム（ｎｏｄｙｍｉｕｍ）、アリコ、サマリウムコバルト（ｓａｍａｒｉｕｍ ｃｏｂａｌｔ）またはゴム磁石（ｒｕｂｂｅｒ ｍａｇｎｅｔ）であり得る。
図２は図１の方法を用いて患者の患部を考慮した磁石の最適化配列を用いて、患部に治療剤を精密標的化する患者特異的治療剤標的化および固定医療装置に対する活用例示を示す概念図である。図示の如く、一般な軟骨または脊髄／脊椎損傷の治療を想定する場合、二つ以上の磁石配置を用いて治療剤の注入位置と患部の位置を考慮して治療剤を磁石配置による斥力又は引力を用いて患部の位置に集中させることができる。また、患部の近くで安全的な要因或いは身体の構造的な限界などによる制限で薬物を近接注入することができない場合、方向性を持つように前記磁石の配置を用いて治療剤を移動させて所望の目標患部への正確な標的化が可能である。図２では、本発明の患者特異的治療剤標的化および固定医療装置の概念を容易に説明するために、特定の適用分野に対する例示を示したが、必ずしも軟骨や脊髄／脊椎損傷の治療に限定されず、治療剤を患部に標的化して治療することができる様々な分野、例えば静脈内注射などに適用することができる。また、前記治療剤を患部に標的化した後、外部装置（例えば、電磁場を用いた標的化、カテーテルまたは針を用いた患部位置近接注入）を用いて、前記治療剤が前記患部の位置から逸脱しないようにする治療剤固定装置としても活用可能である。
図３は２次元平面で磁性体担持治療剤が生成された斥力によって磁石配置方向から遠ざかるシミュレーションを示すグラフである。図示の如く、磁性体１５０を含む治療剤の放出地点１２０から、永久磁石１００で生成された斥力によってさらに遠くに移動した結果を示している。前記シミュレーション結果は、患者の患部の位置が、治療剤を放出する放出地点１２０よりも永久磁石１００の配置位置から遠く離れているときを想定して、最適化設計を行った結果である。
特に、治療剤が放出される放出地点１２０と永久磁石１００の配列位置との距離、力が作用する関心領域、磁石の分布、磁石の個数、磁化変更角度、磁石の種類、磁石の特性（ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）、治療剤の特性などに応じて治療剤の移動方向および速度を調節することができ、二つ以上の磁石配置を用いて、磁石から治療剤が遠くなるように装置を設計することができることを示す。
図４は図３で行った最適化方法が３次元でも可能であることを示すシミュレーショングラフであって、前記シミュレーションに使用された治療剤の放出地点１２０と永久磁石１００の配列位置との距離、力が作用する関心領域、磁石の分布、磁石の個数、磁化変更角度、磁石の種類、磁石の特性、および治療剤の特性は、任意に設定された値である。また、磁性体１５０が担持された治療剤が磁石から遠ざかり得ることを示すために、ｚ軸（上下）方向に遠ざかる動作だけを実現しただけであり、ｘ、ｙ軸に対する方向（すなわち、任意の３次元方向）も、特定の患部の位置および施術環境、目的に合わせて設計することができる。
図５は２次元平面で磁性体担持治療剤が生成された引力によって永久磁石１００の配置方向に引かれてくるシミュレーションを示すグラフである。（ａ）は、放出地点１２０に垂直な方向に磁石が１つ置かれているときに、磁性体１５０を担持した治療剤が磁石に向かって引かれてくる現象のように、二つの永久磁石１００の配列を介して前記治療剤が同じ経路で引かれてくるように実現したシミュレーション結果である。これは、状況（特定の患部の位置または特定の身体の構造）に応じて垂直な方面に永久磁石１００を配置することができない場合、他の配置でも所望の方向に治療剤を垂直に移動させることができることを示す。（ｂ）は、任意の磁石の個数だけでなく、使用目的に合わせて磁石の配置を先に決定した後、最大の力を持つ磁化（ｍａｇｎｅｔｉｚｅｄ）角度を最適化して、用途に合わせて使用することができることを示す。上記の結果に基づいて、磁石から発生する引力だけでなく、斥力も自由に調節可能であることをいう。
図６は図５で実現した最適化方法が３次元でも可能であることを示すシミュレーショングラフである。図示の如く、図６は本発明の技術的概念を容易に説明するために、ｚ軸（上下）に垂直に磁石が向かう方向を任意に示したが、これは磁石の特性および治療剤の特性などに応じて任意の３次元空間に特定の方向性を持つように設計することができる。
図７は患者の患部を考慮した磁石の最適化配列を用いて患部に治療剤を精密標的化する技術を適用した固定医療装置の製造工程を示す工程図である。前記製造工程は、合計６ステップであって、まず、患者からＸ線、ＣＴまたはＭＲＩなどのイメージング装置を用いた患部の３Ｄ医療画像を取得し、患部の形状、大きさおよび位置を正確に測定して患部抽出および治療領域を設定する。その後、治療剤の構成設計および製造ステップに入るが、この時、患部の位置、大きさおよび状態に応じて治療剤の構成が決定され、生体適合性／生分解性ポリマー構造体に薬物、磁性物質または治療用細胞が全て含まれるか、或いは選択的に使用されて製造でき、例えば、治療用細胞に磁性物質を結合した治療剤が製造されて投与できる。次いで、患者から取得した３Ｄ医療画像をベースに、前記製造した治療剤を患部に正確に標的化するための画像基盤要求磁界分布設計を行うが、これは、患部に磁性物質による治療剤の正確な位置を誘導するために、本発明の患者特異的治療剤標的化および固定医療装置の磁界生成ための最適化された磁石の分布、磁石の個数、磁化方向が設計される過程をいう。患者特異的に製造されるためには、先立って測定した当該患者の患部３Ｄ医療画像を介して患部の位置と大きさを考慮して磁石の個数、分布および磁化方向などが決定され、前記情報に基づいて固定医療装置の形態が着脱型または固着型に決定され、これによる詳細設計および製造工程を行う。
図８は本発明の患者特異的治療剤標的化および固定医療装置の製造工程中、以前ステップで患者の患部抽出および治療領域の条件と治療剤に関する条件が決定された後、画像基盤の磁界分布設計のための磁石配列の最適化についてのフローチャートを示している。まず、決定された条件（例えば、治療領域、位置、治療剤など）に応じて最適化された磁石配列のための初期値設定ステップとして、磁石配列可能最大範囲、使用する個数、および初期磁石の磁化方向を設定する。このとき、磁石配列可能最大範囲は、使用する磁石の個数の範囲よりもさらに広く設定し、初期のすべての磁石の磁化方向は、同じ方向に設定する。その後、初期磁気力計算ステップとして、初期設定された磁石配列に基づいて、治療剤の放出位置（ＰＯＩ）で特定の方向（すなわち、患部位置）への治療剤に作用する磁気力を計算する。これは、前記計算された治療剤に作用する既存の磁気力と、磁化方向の変更による新たに計算された治療剤に作用する磁気力とを比較して、最適の力を導出するためである。次いで、磁石の磁化方向変更ステップでは、直接教授法（ｄｉｒｅｃｔ ｍｅｔｈｏｄ）のうち、単一変異探索法（ｕｎｉｖａｒｉａｔｅ ｓｅａｒｃｈ）を例示として適用した。前記技法に従って、磁石に１番からＮ番まで番号を付与した後、１番の磁石を設定された磁化変更角度（３６０度／設定された磁化変更角度）にする。このとき、１番の磁化角度が変更されるたびに関心地点（ＰＯＩ）での力を計算し、その中で一番大きい力を保存して前記磁化方向を１番の磁石の磁化方向として保存する。上記の過程をＮ番目の磁石まで繰り返し行った後、その中で最も大きい力を持つ場合の磁化方向を各磁石に対して保存する。また、磁化方向を変更するとき、力に影響がない場合にはその番号の磁石を消す過程を、使用する磁石の個数が満足するまで繰り返し行う。最終的にすべての条件を満たしたときの最適化された力を保存し、各磁石の磁化方向を保存して患者特異的治療剤標的化および固定医療装置の設計および製造に適用する。
結論として、本発明の患者特異的治療剤標的化および固定医療装置は、二つ以上の磁石の分布、磁石の個数、磁石の磁化方向が最適化された配置および配列を考慮して、前記磁石の斥力および引力の生成、極大化だけでなく自由な調節が可能なので、患部の種類、位置、治療目的などに応じて患者の患部に治療剤を精密に標的化して固定することにより、効率の良い治療効果を期待することができる。
本発明は、上述した実施形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎない。当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明は様々な変形実施および均等な他の実施が可能であることを理解するだろう。よって、本発明の真正な技術的保護範囲は、添付された特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきであろう。
Claims (13)
- ３次元空間における、磁性ナノ粒子を含む磁性体を積載する積載地点、および前記磁性体が移動すべき目的地点を決定するステップと、
前記積載位置に前記磁性体を積載する積載ステップと、
前記積載地点および前記目的地点を取り囲む空間に複数の磁石を配置し、前記積載地点が、前記配置された複数の磁石から発生する磁場を重ね合わせて磁束密度が消去される磁場消去点と、前記磁石が配置された磁石配置地点との間に位置すると、前記磁石が配置される方向に引力が形成されるようにし、前記積載地点が、前記磁石配置地点から前記磁場消去点以後に位置すると、前記磁石が配置された反対方向に斥力が生成されるように磁石による引力または斥力が発生するようにする磁石配置ステップとを含む、３次元空間で磁性体を所望の位置に移動させる方法。 - 前記磁性ナノ粒子がマグネタイト（ｍａｇｎｅｔｉｔｅ）またはマグヘマイト（ｍａｇｈｅｍｉｔｅ）である、請求項１に記載の方法。
- 前記磁石が永久磁石、軟磁性体、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）、ネオジム（ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ）、アリコ、サマリウムコバルト（ｓａｍａｒｉｕｍ ｃｏｂａｌｔ）またはゴム磁石（ｒｕｂｂｅｒ ｍａｇｎｅｔ）である、請求項１に記載の方法。
- イメージング装置を用いて患者の患部の３Ｄ医療画像を取得する３Ｄ画像取得ステップと、
前記患部の形状、大きさおよび位置を測定する患部抽出および治療領域設定ステップと、
前記患者から取得した３Ｄ医療画像をベースとして磁界生成のための磁石の分布、個数および磁化方向を設計する患者特異的磁性体含有治療剤標的化および固定医療装置設計ステップと、
前記設計情報に基づいて前記固定医療装置の形態を決定する固定医療装置製造ステップとを含む、複数の磁石配列を用いた磁性体含有治療剤の患部標的化および固定医療装置の製造方法。 - 前記治療剤標的化および固定医療装置設計ステップは、磁石配列可能最大範囲、使用する個数、および初期磁石の磁化方向を設定する初期値設定ステップと、
関心点（ＰＯＩ）で特定の方向への初期磁気力を計算する初期磁気力計算ステップと、
前記計算された磁気力が最大値となる磁気力および磁化方向を選定する磁石磁化方向変更ステップと、
以前ステップおよび現ステップの大きさを比較する磁気力比較ステップと、
使用する磁石の個数を確認する磁石個数確認ステップと、
前記選定された磁石の磁化方向に基づいて磁石を配列する最終磁石配列ステップとを含む、請求項４に記載の製造方法。 - 前記イメージング装置がＸ線、ＣＴ、ＰＥＴまたはＭＲＩである、請求項４に記載の製造方法。
- 前記固定医療装置が着脱型または固着型である、請求項４に記載の製造方法。
- 前記磁性体含有治療剤が、磁性ナノ粒子を担持または付着させた薬物、細胞治療剤、またはこれらの混合物を含む、請求項４に記載の製造方法。
- 前記細胞治療剤が間葉系細胞、軟骨細胞、骨細胞、神経幹細胞、幹細胞または免疫細胞である、請求項８に記載の製造方法。
- 請求項４乃至９のいずれか一項の製造方法によって製造された、前記複数の磁石配列を用いた磁性体含有治療剤の患部標的化および固定医療装置。
- 請求項１０に記載の複数の磁石配列を用いた磁性体含有治療剤の患部標的化および固定医療装置、および前記磁性体含有治療剤を含む磁石基盤患部治療用医療キット。
- 前記磁性体含有治療剤が、磁性ナノ粒子を担持または付着させた薬物、細胞治療剤、またはこれらの混合物を含む、請求項１１に記載の磁石基盤患部治療用医療キット。
- 前記細胞治療剤が間葉系細胞、軟骨細胞、骨細胞、神経幹細胞、幹細胞または免疫細胞である、請求項１２に記載の磁石基盤患部治療用医療キット。
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