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プレスリリース

1-C量子ビーム科学部門2017/08/18

採血が不要、非侵襲血糖値センサーの実用化に挑戦
-QST第1号ベンチャー ライトタッチテクノロジー株式会社誕生-

発表のポイント

  • 最先端レーザーをコア技術としたQSTのベンチャー:ライトタッチテクノロジー株式会社を設立し、QSTでの研究成果の社会還元を目指す。
  • 病院から一般家庭まで広く普及できる小型の非侵襲血糖値センサーを事業展開することで、糖尿病患者の身体的及び精神的負担を軽減し、QOLの向上を図る。
 

概要

国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構(理事長:平野俊夫、以下、「量研/QST」)は、量子ビーム科学研究部門関西光科学研究所量子生命科学研究部レーザー医療応用研究グループの山川考一グループリーダーらが開発した高輝度中赤外レーザー(波長:6μm〜9μm)を用いた、採血なしで血糖値を測定する技術(非侵襲血糖測定技術)の実用化を目指すライトタッチテクノロジー株式会社(代表取締役社長兼任:山川考一)を、平成29年7月5日にQSTベンチャー第1号として認定しました。量研/QSTの認定を受け、ライトタッチテクノロジー株式会社は7月10日に正式に設立されました。同社の設立は、山川考一グループリーダーらの技術の事業化を目指した文部科学省の大学発新産業創出拠点プロジェクト(START)1)の成果の活用でもあり、今後同社は、QSTが得意とする最先端レーザーをコア技術とした非侵襲血糖値センサーを事業展開し、QSTでの研究成果の社会還元を目指します。
採血なしに血糖値を測定する技術(非侵襲血糖測定技術)の開発は、可視や近赤外光等を用いてこれまで20年以上にわたり行われ、一部では既に製品化を目指した開発も行われていますが、糖以外の各種の血液中の成分(タンパク質、脂質等)や環境条件(体温等)の影響を大きく受けるため、臨床応用に必要とされる十分な測定精度を得ることはできていません。それに対して、中赤外領域では、特定の物質のみに選択的に光エネルギーを吸収させることができるため、比較的容易にグルコースの吸収を計測することが可能です。しかし、セラミックヒーターなどの従来光源は、中赤外領域での輝度が極端に低いため、血糖測定に必要とされる十分な精度が得られませんでした。山川考一グループリーダーらは、固体レーザーの最先端技術と光パラメトリック発振(OPO)技術2)を融合することにより、世界で初めて手のひらサイズの高輝度中赤外レーザーの開発に成功し、一定の条件の下、国際標準化機構(ISO)3)が定める測定精度(血糖値75mg/dl未満では±15mg/dl以内、75mg/dl以上では±20%以内に測定値の95%以上が入っていれば合格)を満たす非侵襲血糖測定技術を初めて確立しました。
今回、この最先端レーザーをコア技術としたQST発第1号ベンチャー:ライトタッチテクノロジー株式会社を設立し、今後、大学病院等で糖尿病患者を含めた臨床研究を実施し、POC( proof of concept)4)取得を目指します。このPOC取得により、ヘルスケア、医療機器メーカーとの協業を進め、治験、薬機法承認を経て、病院から一般家庭まで広く普及できる小型の非侵襲血糖値センサーを事業展開させることで、糖尿病患者のQOL向上が期待されます。
 

背景

2015年の国際糖尿病連合(IDF)の報告によると、日本国内で720万人、世界では4億1,500万人が糖尿病患者であると言われており、これは世界の成人人口の8.8%を占めます。今後患者数は更に増加すると予測されており、2035年には世界で5億9,190万人、10人に1人は糖尿病という時代がまもなく訪れようとしています。
糖尿病とは、膵臓から分泌されるインスリンというホルモンの量や作用が低下し、血液中のブドウ糖の濃度が高くなる病気です。食事からとった糖質は、消化されてブドウ糖になり、腸で吸収され、肝臓から血液中に送り出されます。このブドウ糖を、筋肉や脂肪の細胞が取り込み、エネルギーとして利用する時に必要なのがインスリンです。インスリンの働きが悪いと、細胞が糖を取り込めなくなり、血液中のブドウ糖が多くなります。これを高血糖といい、この状態が長く続いているのが糖尿病です。
糖尿病患者にとって、高血糖の状態が続くと、網膜症や腎症そして脳卒中といった様々な合併症のリスクが高まるため、患者は図1に示すような採血型自己血糖値センサー(SMBG: Self-Monitoring of Blood Glucose)5)などを用いて、1日複数回血糖値を測定しなければなりません。現在行われている血糖測定法は、指などを針で刺して採取した血液を測定するため、患者は煩わしさとともに苦痛や精神的ストレス、更に感染症の危険を伴うなど、多くの問題を抱えています。また、穿刺針やセンサチップ等の消耗品のコストが高く、年間約20万円/人の経済的負担を強いられています。
糖尿病患者のみならず、病院等で日々患者の血糖測定を行う医療現場でも、採血にかかる負担を低減し、ひいては診断および治療のスピードアップのため、精度が高く、コストの掛からない非侵襲血糖値センサーの開発は大いに期待されています。
 

既存技術の状況

非侵襲で血糖値を測定する技術開発はこれまで20年以上にわたって行われており、一部では既に製品化を目指した開発も行われていますが、後述する微侵襲で測定するものを除いて製品化に成功したものはありません。これらは近赤外光を照射することによる生体透過光あるいは反射光を利用し、グルコースの光吸収を計測するものや、温度や血中酸素飽和度を測定することにより間接的に血糖値を求めるものです。
近赤外光を用いて非侵襲で血糖値を測定する場合、近赤外光は生体上皮の毛細血管まで到達しやすいものの、例えば波長1.5 μmの光に対するグルコースの吸収に起因する光強度の変化率はわずか0.4%程度に過ぎません。このため、検出される光強度は、グルコース以外の各種血液中の物質(タンパク質、脂質等)の影響を大きく受けます。現在、複雑な計算を用いてグルコース成分だけを取り出す工夫が試みられていますが、臨床に必要とされる十分な測定精度を得ることができていません。また、グルコース以外に起因する吸収は、環境条件(体温等)の影響を大きく受けることも実用化の妨げとなり、日本の厚生労働省や米国FDA(Food and Drug Administration)の承認は得られていません。
一方中赤外領域では、特定の物質のみに選択的に光エネルギーを吸収させることができるため、比較的容易にグルコースの吸収を計測することが可能ですが、しかし、セラミックヒーターなどの従来光源の中赤外領域での輝度が極端に低いため、血糖測定に必要とされる十分な精度が得られませんでした。
他方、皮下に挿入した専用のセンサーを用いて、微侵襲、非観血的に間質液中のグルコース濃度を連続的に記録する持続血糖値センサー(CGM)が、医師の指導の下、糖尿病患者の日常の診断に用いられています。しかしながら、一般的なCGMは間質液中のグルコース濃度と血糖値との間にはタイムラグが生じるため、アルゴリズムを用いてこれを解消するために採血による日々のキャリブレーションが必要となります。
 

本技術の特徴

山川考一グループリーダーらは、OPOの共振器ミラーの反射率を最適化することにより、共振器長を大幅に短縮すると共に、OPOの波長変換効率を従来に比べて1桁向上することに成功しました。このように、先端固体レーザーと光パラメトリック発振(OPO)技術を融合することにより、手のひらサイズの高輝度中赤外レーザーを開発し(図2)、一定の条件の下で承認医療機器に求められる国際標準化機構(ISO)が定める臨床応用に必要な測定精度を満たす非侵襲血糖測定技術を初めて確立しました(図3)。この技術を用いることにより、指に針を刺して採血することが不要になるのはもちろんのこと、CGMに見られるようなタイムラグも生じないため、日々のキャリブレーションも不要となります(表1)。

図1:採血型自己血糖値センサーの画像
図1 採血型自己血糖値センサー(SMBG: Self-Monitoring of Blood Glucose)


図2 指先ほどの大きさのイッテルビウム添加ヤグレーザーとパラメトリック発振器の画像
図2 指先ほどの大きさのイッテルビウム添加ヤグレーザー6)(左)で波長1 µmの近赤外光を発振し、その光を同程度の大きさのパラメトリック発振器(右)で波長を変換し、高輝度中赤外レーザー(波長:6μm〜9μm)を発生します。

図3 採血なしに指先で光に触れるだけで血糖値が測定できる様子、及びクラークエラーグリッド分析法の図
図3 採血なしに指先で光に触れるだけで血糖値が測定できます。(左)クラークエラーグリッド分析法7)。クラークエラーグリッド分析においては、正確な測定であると認められる範囲(Aゾーン:最も望ましい範囲)、その他BゾーンからEゾーンまでの5つの領域に区分されます。図中の点線で囲まれた部分がAゾーン。(右)

 

表1 血糖値センサー比較表

表1 血糖値センサー比較の表

 

事業化への道のり

QST初のベンチャー誕生は、平成25年度文部科学省大学発新産業創出拠点プロジェクト(START)において、山川考一グループリーダーのプロジェクト「中赤外レーザーを用いた非侵襲血糖測定器の開発」が採択されたことでその第一歩を踏み出しました。その間、本プロジェクトの事業プロモーターであるバイオ・サイト・キャピタル株式会社(代表取締役:谷 正之)の事業化に向けた支援によって、ベンチャー設立の足掛かりとなりました。一方、START終了後は、大阪商工会議所の医療機器開発促進プラットフォーム(産学医連携促進や事業化支援)の活動が、ベンチャー設立を加速する役割の一部を担いました。大阪商工会議所は、今後も更なる事業展開をサポートする予定です。
 

ライトタッチテクノロジー株式会社の今後の事業展開

まずは臨床研究に求められる、より小型の試作器を開発し、大学病院等で糖尿病患者を含めた臨床研究を実施し、POC(proof of concept)取得を目指します。その後、ヘルスケア、医療機器メーカーとの協業により、治験(臨床試験)、厚生労働省の薬機承認を経て、病院から一般家庭まで広く普及できる小型の非侵襲血糖値センサーの実現を目指します。従来の採血型自己血糖値センサーに代わり、糖尿病患者が痛みを伴わず日常の血糖値管理ができるようになれば、患者のQuality of Life(生活の質:QOL)向上に繋がります。更に非侵襲の特長を活かして、公共施設等にも設置できれば、健常者の予防意識を高めて糖尿病人口の増加を抑制し、益々増え続ける国民医療費の削減にも貢献すると考えられます。
 

用語説明

1)大学発新産業創出拠点プロジェクト(START:Program for Creating Start-ups from Advanced Research and Technology):
日本の大学などの基礎研究成果に関し、大学等発ベンチャーなどを通じた新規マーケットへの事業展開が十分に行われていない現状を踏まえて、平成24年度に文部科学省により創設され、平成27年度より「大学発新産業創出プログラム」として科学技術振興機構が実施している制度です。本制度では、事業化ノウハウを持った人材(事業プロモーター)ユニットを活用して、大学などのポテンシャルの高いシーズの事業化を通じて新産業の創出、新規マーケットの開拓を目指します。大学等発ベンチャーの起業前段階から公的資金と民間の事業化ノウハウを組み合わせることにより、事業戦略・知財戦略を構築しつつ、既存企業にはリスクの負えないポテンシャルの高いシーズの事業化への挑戦を支援しています。
 
2) 光パラメトリック発振(OPO)技術
反射率の高い鏡を向かい合わせた「共振器」の中に非線形光学結晶を設置し、ある光を結晶に照射すると、その光よりも波長の長い2つの光で発振します。発振する2つの波長の光のうち波長の短い方はシグナル光、長い方はアイドラー光と呼びます。発振波長は結晶の角度などを変えることにより、幅広く変化させることが出来ます。
 
3) 国際標準化機構(ISO):
ISOは正式名称を国際標準化機構(International Organization for Standardization)といい、各国の代表的標準化機関から成る国際標準化機関で、電気・通信及び電子技術分野を除く全産業分野(鉱工業、農業、医薬品等)に関する国際規格の作成を行っています。
 
4)POC(proof of concept):
一般には、POCとはプルーフ・オブ・コンセプトの略称で、「概念実証」や「コンセプト実証」と訳されます。各分野の研究開発やビジネスなどにおいて、新たな発見や概念について実現できるかどうかを実証することです。医療分野では、新たな医薬品や治療、医療材料、医療機器などにおいて、有効性などを確認することで、実現性の間接的証拠を構築することがこれに該当します。
 
5)採血型自己血糖値センサー(SMBG: Self-Monitoring of Blood Glucose):
糖尿病の治療は日々の血糖のコントロールが基本です。医療機関だけではなく、自宅でも血糖値の動きを自分で把握することは重要であり、一部の患者には保険が適応されます。日常の生活でも血糖値を確認できるようにしたのが血糖自己測定(SMBG)です。
 
6)イッテルビウム添加ヤグレーザー
本開発で使用するレーザー媒質は、希土類元素の一つであるイッテルビウムを添加したヤグ(YAG: Yttrium Aluminum Garnet)結晶で、結晶に半導体レーザーでエネルギーを与えているときのみ、波長1ミクロン(千分の1ミリ)の光を増幅して出力します。
 
7) クラークエラーグリッド分析法
クラークエラーグリッド分析は、患者の現在の血中グルコースの推定値の臨床的正確さを、基準測定器において得られた血中グルコース値と比較して明確にするために、1987年に開発されました。なお、国際標準化機構(ISO)が定める基準では、血糖値75mg/dl未満では±15mg/dl以内、75mg/dl以上では±20%以内(図3中のAゾーン)に測定値の95%以上が入っていれば合格とされています。

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