新型コロナを不活化 人に無害な紫外線「光明」照らす
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新型コロナを不活化 人に無害な紫外線「光明」照らす

新型コロナウイルスとの共存が迫られるウィズコロナ時代において、「光明」となり得る技術の実用化が近づいている。その技術とは、波長が222ナノメートル(ナノは10億分の1、nm)の紫外線によるウイルスや細菌の不活化(感染力や毒性の消失)である。「数分の照射でほぼ不活化」「人体に影響がほとんどない」という夢のような性質を兼ね備えているのだ。光源の開発では、日本のメーカーが圧倒的な優位にいる。

■病院やオフィスで常時照射

4月21日、米コロンビア大学の発表が全世界に衝撃を与えた。同大学教授で放射線研究所所長のデービッド・ブレナー氏らのチームが、222nm紫外線による新型コロナウイルスの不活化効果を実験で調べたところ、「勇気付けられる結果が得られた」(同氏)。この222nm紫外線を人の活動空間に照射することで、新型コロナウイルスの感染拡大を抑制できる可能性があるという。同氏らのチームはかねて、222nm紫外線による様々なウイルス・細菌の不活化に取り組んでいた。

従来、紫外線によるウイルス・細菌の不活化には、254nm紫外線が主に使われていた。254nm紫外線はウイルス・細菌の不活化効果こそ高いものの、人体に照射すると皮膚がんや白内障を発症させる恐れがあり、人がいない空間でしか使えなかった。

人体に無害な222nm紫外線であれば、病院や学校、オフィスなどありとあらゆる公共・商業施設で常時照射できる。ウィズコロナ時代における経済・社会活動の範囲を大幅に広げられる可能性があるのだ。しかも、222nm紫外線の不活化効果は、254nm紫外線と同等水準が見込めるという。

222nm紫外線でウイルス・細菌を不活化できるのは、ウイルス・細菌の遺伝情報を担うDNA(デオキシリボ核酸)や遺伝情報に基づいてタンパク質を合成するリボ核酸(RNA)に損傷を与え、複製による増殖能力を失わせるからである。

DNAやRNAは、大ざっぱにいえば、塩基・糖・リン酸から成る化合物(ヌクレオチド)が鎖状に結合したものである。この鎖上において、チミン塩基(T)同士やシトシン塩基(C)同士、またはTとCが隣り合う部分では、紫外線によってこれらの塩基が結合し、シクロブタンピリミジン2量体を形成する。そうなると、DNAを複製できなくなる。これが、不活化の原理である(詳細は後述)。254nm紫外線による不活化も、同じ原理を利用している。

■光源モジュールの製品化を前倒し

ブレナー氏らの研究成果を基に222nm紫外線の光源を一手に開発しているのは、日本のウシオ電機だ。

コロンビア大の発表から約1カ月後の5月20日、同社はウイルス・細菌の不活化用途向けの222nm紫外線の光源モジュール「Care222」について、照明器具などを手掛ける米アキュイティ・ブランズと供給契約を締結した。アキュイティは今後、自社の照明器具とウシオ電機の光源モジュールを組み合わせて、ウイルス・細菌の不活化機能を持つ照明器具を開発し、公共・商業施設などへの提供を目指す。

ウシオ電機はもともと、Care222を2021年初頭に発売する予定だった。しかし、世界的な新型コロナウイルス感染拡大を受けて計画前倒しを決断。課題だった量産技術を急ピッチで確立し、20年9月の量産出荷開始にめどを付けた。アキュイティが開発するウイルス・細菌の不活化機能付き照明器具も、早ければ同年秋には製品化されそうだ。

両社の契約は、北米地域の一般照明器具分野を対象とした独占的供給契約である。ウシオ電機は他の地域や製品分野でも協業相手を募っており、既に国内外から多くの問い合わせが寄せられているという。

■光学フィルターで危険な波長域を除去

ウシオ電機は、222nm紫外線の光源にエキシマランプを使っている。エキシマランプは、文字通りエキシマの発光原理を利用した光源である。

エキシマとは、励起状態の2つの原子が結合した分子を指す。基底状態の2原子を励起させ、エキシマとして結合させると、エキシマは直ちに分離し、基底状態の原子に戻る。この過程においてエネルギーが解放され、光として放出される。光の波長はエキシマを構成する原子の組み合わせによって異なり、222nm紫外線を得るには塩化クリプトン(KrCl)を用いる。

エキシマランプ自体は、目新しいものではない。ウシオ電機は、一般的な誘電体バリアー放電方式のエキシマランプを1993年に「世界で初めて」(同社)製品化しており、222nm紫外線の光源となるKrClエキシマランプも早くから手掛けている。

222nm紫外線が持つウイルス・細菌の不活化効果も一部で知られていたが、「以前はあまり注目されていなかった」(ウシオ電機インキュベーションセンターCare222プロジェクトのプロジェクトリーダー、主任研究員の大橋広行氏)

潮目が変わるきっかけは、2012年に権利化されたコロンビア大のブレナー氏らの特許だ。この特許は、紫外線光源と光学バンドパスフィルターを組み合わせて人体に有害な波長域の紫外線を除去し、ウイルス・細菌の不活化に活用する手法を示したものだった。この手法によって、222nm紫外線の用途が一気に拡大したとウシオ電機の大橋氏は振り返る。同社は、この特許の全世界における独占実施権を15年に取得した。

エキシマランプの先駆者ともいうべきウシオ電機が、なぜコロンビア大の特許を必要としたのか。実は、一般的なKrClエキシマランプは中心波長こそ222nmだが、その前後の波長の光もわずかながら放出している。230nm以上の波長域の紫外線は人体に有害なので、人が活動する空間に照射できるようにするには、230nm以上の波長域の紫外線をなるべく除去しなければならない。そのために、光学フィルターなどから成るコロンビア大の特許は欠かせなかったようだ。

コロンビア大との提携もあり、人体に無害な222nm紫外線の光源についてはウシオ電機の独壇場だという。「ほとんど競合が見当たらないブルーオーシャンの状況」(同社の大橋氏)

ウシオ電機はさらに、コロンビア大および他の研究機関と共同で、222nm紫外線の人体への影響についても検証を重ねてきた。例えば、神戸大学大学院医学研究科内科系講座皮膚科学分野教授の錦織千佳子氏らのグループと共同で、222nm紫外線の反復照射による影響を動物実験で調査している。

この実験において、通常のマウスよりも約1万倍皮膚がんになりやすい特殊なマウスに対してウイルス・細菌の不活化に必要な量の222nm紫外線を連続照射したところ、皮膚がんは全く形成されず、目にも異常は確認されなかった。

対照実験として、皮膚がんを発症させる280n~315nmの波長域の紫外線を同様のマウスに照射すると、全てのマウスに皮膚がんが形成されたほか、白内障や角膜損傷などの影響も広範に認められたという。この結果などをもって、ウシオ電機は「人体への安全性を証明した」と主張している。

■到達する「深さ」に差

前述の通り、222nm紫外線でウイルス・細菌を不活化できるのは、DNAやRNAに損傷を与え、複製できなくするからだ。ただし、ウイルス・細菌も人の細胞も、DNAやRNAの仕組みは変わらない。

つまり、理屈の上では、222nm紫外線や254nm紫外線は人のDNAやRNAにも損傷を与えかねない。実際、254nm紫外線は人体に照射すると皮膚がんや白内障を発症させる恐れがある。ところが、222nm紫外線は人体への影響がほとんどない。

この違いは、人体の内部に到達する「深さ」の差にあるという。254nm紫外線を人体に照射した場合、最外層である角質層などを透過し、表皮の最深部である基底層まで到達する。だからこそ、皮膚がんを発症させる恐れがある。

一方、222nm紫外線はほとんどが角質層で吸収される。角質層は細胞が頻繁に入れ替わるので、この層にとどまっていれば皮膚がんを発症させる恐れはない。角質層の厚さは約20マイクロ(マイクロは100万分の1、μ)mといわれる。厚さ20μmの生体透過率で比べると、254nm紫外線は30%程度も透過するのに対し、222nm紫外線は0.01%以下と非常に低い。

一方、DNAやRNAの吸光スペクトルをみると、222nmと254nmの吸光度はほぼ同じである。このことから、222nm紫外線の不活化効果は、ウイルス・細菌の種類にもよるが、254nm紫外線と同等の水準が期待できる。不活化の度合いは、主に積算光量に依存する。新型コロナウイルスの場合、照射装置の性能や設置条件などにもよるが、数分程度の照射でほぼ不活化できるという。

ちなみに、222nm紫外線も254nm紫外線も、波長域ではUV-C(200n~280nm)に分類される紫外線である。UV-Cはオゾン層に吸収されるので、地表には到達しない。つまり、地球では自然に存在しない。

■医療機関での活用に期待

新型コロナウイルスの感染拡大でにわかに脚光を浴びた222nm紫外線だが、ウシオ電機がもともと着目したのは、今後増えるとみられる薬剤耐性菌への対抗手段になり得るからだった。

国立国際医療研究センター病院AMR臨床リファレンスセンターの調査によれば、薬剤耐性菌の中で頻度が高いメチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)やフルオロキノロン耐性大腸菌(FQREC)の菌血症(血液に菌が侵入すること)による死者数は、17年時点で日本に約8000人。将来的に、薬剤耐性菌による死者数は、現在の日本で死因1位のがんによる死者数を超えるという見方もあり、「もともとは30~40年ごろを見据えてじっくり取り組んでいた」(ウシオ電機の大橋氏)

新型コロナウイルスで出番が早まった222nm紫外線について、大橋氏が期待を寄せるのは病院など医療機関での活用だ。「現在は医療従事者が感染のリスクと隣り合わせで、医療崩壊の懸念もある。現場の負担軽減に少しでも貢献したい」

引用元 : 日本経済新聞 新型コロナを不活化 人に無害な紫外線「光明」照らす
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