專(zhuān)利名稱(chēng)：用于臨床的電壓反饋控制電穿孔系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為人或其它哺乳動(dòng)物治療疾病，具體地說(shuō)，涉及一種改進(jìn)裝置，該裝置借助于一受控電場(chǎng)通過(guò)電穿孔將藥物和基因送進(jìn)患者的活細(xì)胞。
本發(fā)明的技術(shù)背景最近已經(jīng)提出將電穿孔作為某些疾病，如癌癥的治療方法。例如，在用化療治療某種類(lèi)型的癌癥中，必須使用足夠劑量的藥物，該劑量要足以殺死癌細(xì)胞，又不殺死過(guò)多的正常細(xì)胞。如果化療藥物能夠直接進(jìn)入癌細(xì)胞的話(huà)，這個(gè)目標(biāo)將能夠?qū)崿F(xiàn)。但是，某些最好的抗癌藥物，如平陽(yáng)酶素(bleomycin)通常不能直接穿越某些癌細(xì)胞的細(xì)胞膜。
類(lèi)似地，將符合需要的基因引入患者的某些特殊的細(xì)胞能夠治療某些疾病?，F(xiàn)在，大多數(shù)基因治療試驗(yàn)已經(jīng)利用反轉(zhuǎn)錄病毒(retrovirus)作為基因進(jìn)入細(xì)胞的載體。當(dāng)反轉(zhuǎn)錄病毒進(jìn)入目標(biāo)細(xì)胞時(shí)，它基本上隨機(jī)地歸并到基因組當(dāng)中，而且僅僅由于它的插入，有可能誘發(fā)基因突變的損傷。如果病毒歸并在致癌基因的附近，可能導(dǎo)致目標(biāo)細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化。
二十世紀(jì)七十年代曾發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)能夠在細(xì)胞上產(chǎn)生一些細(xì)孔，而不造成細(xì)胞永久性的損傷。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)使大分子進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)成為可能。人們知道借助所謂的電穿孔能夠?qū)⒒蚝推渌姆肿?，如藥物化合物引入活?xì)胞?；蚧蛩幬锱c活細(xì)胞在緩沖介質(zhì)中混合，然后施加強(qiáng)電場(chǎng)的短脈沖。這樣，細(xì)胞膜瞬時(shí)變成多孔的，于是基因或分子進(jìn)入細(xì)胞。在那里它們能夠改善細(xì)胞的基因組。
電穿孔的一項(xiàng)治療應(yīng)用是用于癌癥的治療。已經(jīng)利用試驗(yàn)哺乳動(dòng)物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，已發(fā)表的報(bào)告如下Okino，M.，E.Kensuke，“TheEffects of a Single High Voltage Electrical Stimulation with anAnticancer Drug on in vivo Growing Malignant Tumors”，Jap.Journalof Surgery，vol.20197-204，1990。Mir，L.M.，S.Orlowski，J.Belehradek Jr.，和C.Paoletti.“Electrochernotherapy Potentiation ofAntitumor Effect of Bleomycin by Local Eletric pulses”，Eur.J.Cancer，vol.2768-72，1991。Mir，L.M.，M.Belehradek，C.Domengem，S.Orlowski，B.Poddevin等人已經(jīng)進(jìn)行了臨床實(shí)驗(yàn)并且發(fā)表了報(bào)告“Electrochemotherapy，a novel antitumor treatmentfirst clinical trial”，C.R.Acad.Sci.Paris.，vol 313613-618，1991。
這種治療方法是直接將抗癌藥物滲入腫瘤，并且給位于一對(duì)電極之間的腫瘤施加電場(chǎng)。電場(chǎng)強(qiáng)度必須合理地精確調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤細(xì)胞的電穿孔，而不損傷任何正常細(xì)胞即健康的細(xì)胞。這種療法對(duì)于外部的腫瘤通常容易實(shí)施，具體作法是將電極置于腫瘤兩側(cè)，以使在電極之間產(chǎn)生電場(chǎng)。然后，測(cè)量電極之間的距離d，并且按照公式E＝V/d將適當(dāng)?shù)碾妷杭拥诫姌O上。
在治療內(nèi)部腫瘤時(shí)，適當(dāng)?shù)卮_定電極的位置以及測(cè)量電極間的距離都不容易。因此，需要一種能夠在治療設(shè)備中提供有關(guān)電極間距離信息的裝置。
本發(fā)明概述因此，本發(fā)明的首要目標(biāo)是提供一種改進(jìn)的裝置，該裝置提供治療設(shè)備中有關(guān)電極間距離的信息。
本發(fā)明另一個(gè)目標(biāo)是提供一種改進(jìn)的裝置，該裝置將電極間距離的信息反饋給用于在體內(nèi)細(xì)胞內(nèi)部進(jìn)行藥物和基因治療的電穿孔治療設(shè)備。
依據(jù)本發(fā)明的主要方面，用于患者身體部分的電穿孔的電極裝置包括支承構(gòu)件；可調(diào)節(jié)地安裝在所述支承構(gòu)件上的一對(duì)電極，該對(duì)電極可被調(diào)節(jié)以使電極彼此靠攏或分開(kāi)；探測(cè)所述電極之間距離并產(chǎn)生一個(gè)與所述電極間距離成正比的距離信號(hào)的傳感設(shè)備；以及其包括一個(gè)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)備，該設(shè)備響應(yīng)所述距離信號(hào)將與所述電極間距離成正比的電信號(hào)施加給電極，以便產(chǎn)生預(yù)定強(qiáng)度的電場(chǎng)。
本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)、和特點(diǎn)將在以下詳述部分和附圖中更為明了。
附圖的簡(jiǎn)要描述

圖1示出了手術(shù)室的情景，它表明正在使用本發(fā)明為患者進(jìn)行腹腔鏡治療。
圖2示出了用于人體腹腔鏡操作的本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施方案。
圖3是與圖2相似的視圖，表明裝置處于不同的調(diào)整位置。
圖4是與圖1相似的視圖，表明電極的另一個(gè)實(shí)施方案。
圖5是圖4所示電極的詳細(xì)的立體圖。
圖6是電極位置傳感器的圖解說(shuō)明。
圖7是電源控制面板的圖解說(shuō)明。
圖8是設(shè)備側(cè)面的正視圖(局部剖視)，說(shuō)明本發(fā)明的替代實(shí)施方案。
圖9是圖8實(shí)施方案的頂視平面圖(局部剖視)。
本發(fā)明的詳細(xì)描述文中使用的術(shù)語(yǔ)“分子”包括藥劑、基因、抗體或其他的蛋白質(zhì)。電穿孔在治療人體疾病中的一項(xiàng)應(yīng)用包括將抗癌藥物滲入腫瘤，然后借助在腫瘤兩側(cè)對(duì)置的電極間施加的電脈沖將藥物通過(guò)電穿孔送入腫瘤細(xì)胞，即所謂的電化學(xué)療法(ECT)。本發(fā)明主要是為了將Okino和Mir等人報(bào)告的ECT技術(shù)能夠在人體內(nèi)部的腫瘤上實(shí)施而設(shè)計(jì)的。但是，它可以用于其他的治療。
參照?qǐng)D1，它說(shuō)明手術(shù)室的情景，其中，患者正在經(jīng)受借助腹腔鏡技術(shù)進(jìn)行的最小侵入的手術(shù)。這涉及穿過(guò)腹壁插入一些管子，然后再通過(guò)這些管子將儀器插入，從而獲得通向腹腔的出入通道，以完成腹腔內(nèi)的手術(shù)或其他的治療過(guò)程。
在圖解說(shuō)明中，腹腔鏡儀器12、14、16和18都在適當(dāng)?shù)奈恢谩１景l(fā)明提供借助電穿孔治療如胰腺癌之類(lèi)的這些疾病的儀器和方法。本發(fā)明提供借助腹腔鏡技術(shù)應(yīng)用于腹腔內(nèi)組織的各種電穿孔鉗狀裝置。因此，任何借助腹腔鏡技術(shù)或類(lèi)似的技術(shù)能夠進(jìn)入的腫瘤都能夠依據(jù)本發(fā)明得到治療。
參照?qǐng)D2和圖3，本發(fā)明裝置的較佳實(shí)施方案包括鉗狀體裝置20，該鉗狀體裝置包括支承構(gòu)件22，一對(duì)電極24和26安裝在支承構(gòu)件末端的絕緣臂上。手槍式手柄28安裝在長(zhǎng)管狀支承構(gòu)件的近端，以便進(jìn)行操作。電極24和26安裝在活動(dòng)臂上，以使電極能象夾鉗的鉗口一樣彼此靠攏或分開(kāi)。活動(dòng)手柄30通過(guò)鉸鏈安裝在手柄28的上端，并且通過(guò)活動(dòng)連桿即伺服連桿32與電極連桿連接，以控制電極間的間隔。電極24和26借助在手柄28與手柄30之間起作用的彈簧裝置(未示出)偏移到打開(kāi)的位置，即最外面的位置。電極24和26通過(guò)電纜34中的導(dǎo)體與適當(dāng)?shù)碾娫椿蛎}沖發(fā)生器36相連。
適當(dāng)?shù)膫鞲袉卧?8探測(cè)電極間的距離，并且產(chǎn)生一信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)由傳輸電纜40傳送到脈沖發(fā)生器。傳感單元38可以是線(xiàn)性電位器之類(lèi)的設(shè)備，它提供與電極24和26之間的距離直接成正比的電阻。在導(dǎo)體插入身體時(shí)，伸縮套管或伸縮鞘管42覆蓋著連桿機(jī)構(gòu)。
電極22和26之間的距離是一個(gè)參與電壓調(diào)節(jié)以使待施加的電場(chǎng)獲得最佳幅值的參數(shù)。這個(gè)參數(shù)及其測(cè)量可以用多種方式實(shí)現(xiàn)。與施力連桿耦合的機(jī)械指示器可以提供用厘米或其它單位指示的距離的讀數(shù)，操作員將這個(gè)參數(shù)手工輸入到電場(chǎng)發(fā)生器中。與連桿相連的線(xiàn)性電位器或旋轉(zhuǎn)電位器可以提供一個(gè)電信號(hào)，該電信號(hào)可以讀出或者直接輸入脈沖發(fā)生器36。
電極間距離還可以借助電容量的變化、光衰減、或其它方法監(jiān)測(cè)，這些方法都能產(chǎn)生象電信號(hào)那樣的代表電極間距離的某種形式的信號(hào)。然后，這些信號(hào)提供了給出讀數(shù)的裝置，例如，以厘米等單位提供數(shù)字指示。距離信號(hào)還可以經(jīng)過(guò)放大并直接送到適當(dāng)?shù)目刂圃O(shè)備中，該設(shè)備設(shè)置脈沖發(fā)生器36的電壓，使它與由信號(hào)代表的距離成正比。
在操作中，上述單元經(jīng)由管12插入患者的(腹)腔，電極的鉗口張開(kāi)著，選擇的待治療的組織位于電極鉗口之間。于是產(chǎn)生與電極間距離成正比的距離信號(hào)，并且以手工方式或用電子學(xué)的方法將這個(gè)信號(hào)輸入脈沖發(fā)生器36，以便產(chǎn)生與距離信號(hào)成正比的符合需要的電場(chǎng)脈沖并把它施加給電極。然后，借助在該單元上的觸發(fā)開(kāi)關(guān)，例如腳踏開(kāi)關(guān)或儀器面板上的開(kāi)關(guān)，使與電極相連的脈沖發(fā)生器開(kāi)始工作，反復(fù)地將脈沖施加給電極，以便產(chǎn)生具有預(yù)定幅值和時(shí)間的電場(chǎng)。
通過(guò)將預(yù)定的電信號(hào)施加給本裝置的電極產(chǎn)生電場(chǎng)。選擇信號(hào)參數(shù)，以使電極間的組織經(jīng)受高強(qiáng)度電場(chǎng)的短脈沖，該電場(chǎng)強(qiáng)度足以引起電極間的組織細(xì)胞電穿孔。精確地調(diào)節(jié)電壓，以使產(chǎn)生的電場(chǎng)具有符合需要的最佳幅值。這些電場(chǎng)使組織中的預(yù)先選定的細(xì)胞的胞壁瞬時(shí)可穿透，從而使分子進(jìn)入預(yù)定的細(xì)胞而不殺傷細(xì)胞。穿透能力來(lái)自在細(xì)胞壁上臨時(shí)形成的細(xì)孔，這些細(xì)孔足夠大，可以使分子遷移通過(guò)細(xì)胞壁。
電場(chǎng)產(chǎn)生設(shè)備的替代實(shí)施方案在圖4和圖5中得到說(shuō)明，并且用數(shù)字44作為它的代號(hào)。它包括一對(duì)分離式針狀電極陣列46和48，它們安裝在絕緣的載體或支承構(gòu)件50上。針狀電極陣列46保持在一個(gè)固定的夾具中，該夾具允許調(diào)節(jié)針的深度也允許調(diào)節(jié)針偏離陣列46的距離。每根針都配備一穿透制動(dòng)56。間距調(diào)整夾具58保證支承50上的夾具54在選定的位置上。間距傳感器60探測(cè)針陣列之間的距離并且產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)傳輸電纜62傳送到脈沖發(fā)生器。脈沖發(fā)生器借助電纜66和68以及接插座70和72與針狀電極相連。
在操作中，上述單元經(jīng)選定后被安裝到適當(dāng)?shù)闹С猩?，比如安裝到圖中所示的適當(dāng)?shù)膴A具和活動(dòng)臂組合件上。立柱76夾在手術(shù)臺(tái)上并且通過(guò)臂78和臂80向上延伸，臂78鉸接在立柱上，臂80通過(guò)鉸鏈與臂78外端連接。支承50安裝在臂80的外端。支承50放在患者的身體上，陣列46中的針狀電極插入患者身上選定組織的一側(cè)。針狀電極48位于待治療組織的另一側(cè)并插入組織?？拱┧幬镉米⑸淦骰蚱渌m當(dāng)?shù)脑O(shè)備滲入或注入患者身體。藥物或其他的分子可以注入血管也可以直接注入腫瘤或其他的待治療的組織。
啟動(dòng)與電極相連的脈沖發(fā)生器，以便在電極之間的組織中重復(fù)地產(chǎn)生具有預(yù)定幅度和持續(xù)時(shí)間的電場(chǎng)。這些電場(chǎng)是借助于將預(yù)定的電信號(hào)施加給裝置的電極而產(chǎn)生的。電極間的距離作為一個(gè)參數(shù)被傳送給脈沖發(fā)生器。距離可以用許多方式確定并且可以用手工方式或電子學(xué)的方法輸入脈沖發(fā)生器。
參照?qǐng)D6，這是一個(gè)數(shù)字間隙測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)例。光柵帶84附著在電極支承上并隨之移動(dòng)，而且光柵的移動(dòng)直接與電極間隙成正比。光柵帶位于光源86和光敏元件88之間，以致由于光柵移動(dòng)遮攔光線(xiàn)，在光敏元件88中產(chǎn)生與光柵移動(dòng)或位置成正比的信號(hào)。該信號(hào)在放大器90中經(jīng)放大后傳送給脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器作出響應(yīng)以設(shè)置輸出電壓，產(chǎn)生需要的電壓脈沖并傳送給電極。
在電源箱36(圖2)中的發(fā)生器的功能是產(chǎn)生預(yù)定的電信號(hào)，當(dāng)該電信號(hào)施加給電極24和26時(shí)，該電極產(chǎn)生一個(gè)幅度和持續(xù)時(shí)間均事先確定的電場(chǎng)，并將這個(gè)電場(chǎng)施加給夾在電極間的組織。最好是反復(fù)地施加電場(chǎng)，并且對(duì)電場(chǎng)的幅度和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化處理，以使組織中預(yù)先選定的細(xì)胞壁具有充分的可穿透性，使得藥物分子進(jìn)入預(yù)先選定的細(xì)胞。
參照?qǐng)D7，它示出了一個(gè)用于脈沖功率發(fā)生器的控制面板的實(shí)例。在這個(gè)面板中，脈沖參數(shù)能夠借助開(kāi)關(guān)有選擇地進(jìn)行調(diào)節(jié)。脈沖之間的時(shí)間間隔能夠借助開(kāi)關(guān)96和94選擇，開(kāi)關(guān)94向下調(diào)節(jié)，開(kāi)關(guān)96向上調(diào)節(jié)，讀數(shù)在數(shù)字顯示器98上顯示。脈沖寬度能夠借助開(kāi)關(guān)100和102選擇，開(kāi)關(guān)100向下調(diào)節(jié)，開(kāi)關(guān)102向上調(diào)節(jié)，讀數(shù)在數(shù)字顯示器104上顯示。開(kāi)關(guān)106和108有選擇地增減脈沖次數(shù)，并且在110上顯示。用開(kāi)關(guān)112有選擇地降低電場(chǎng)強(qiáng)度，用開(kāi)關(guān)114有選擇地提高電場(chǎng)強(qiáng)度，并且電場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)值在116上顯示。脈沖電壓分別借助開(kāi)關(guān)118和120向下或向上調(diào)整，電壓在122上讀出。這個(gè)電壓值由電極間的距離(以cm為單位)以及在116上顯示的電場(chǎng)強(qiáng)度(單位為kV/cm)確定。啟動(dòng)和關(guān)閉開(kāi)關(guān)124和126可啟動(dòng)和關(guān)閉脈沖發(fā)生器。
參照?qǐng)D8和圖9，它說(shuō)明本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施方案，并且用數(shù)字124標(biāo)識(shí)。如圖所示，該裝置包括長(zhǎng)管套126，該管套有一縱軸并且在其前端即近端有一橫向引導(dǎo)組合件，在該組合件中還可調(diào)地安裝著一對(duì)電極。管套126可以用任何適當(dāng)?shù)牟牧现谱?，但是最好采用適當(dāng)?shù)慕^緣塑料并與橫向殼體部分128一起成形。殼體128形成一個(gè)矩形盒子狀的加長(zhǎng)的引導(dǎo)通道，該通道由后壁130、頂壁132、底壁134，并由端壁136和138將其包含于其中。
雙螺旋絲杠140安裝在位于孔146和148中的適當(dāng)?shù)亩祟^軸頸142和144之中，并能夠旋轉(zhuǎn)。這個(gè)雙螺旋絲杠140的螺旋線(xiàn)從其中心開(kāi)始并以相反的螺旋方向分別向絲杠的兩端延伸。在絲杠的中心形成或安裝一個(gè)小齒輪150。一對(duì)電極安裝塊152和154安裝在殼體128的導(dǎo)向通道中，并且各自分別具有螺紋孔158和160，這兩個(gè)螺紋孔的螺旋線(xiàn)能夠分別與旋轉(zhuǎn)絲杠140的兩條反方向的螺旋線(xiàn)嚙合。安裝塊152和154上都有槽或插座162和164，一對(duì)電極166和168可拆卸地安裝在槽或插座162和164中。電極166和168可拆卸地安裝在槽或插座162和164中，并且是可替換的。零件170和172分別用平頭螺釘174和176安裝在適當(dāng)?shù)奈恢?，一?duì)導(dǎo)電彈簧片206和208安裝在零件170和172的凹槽中，借助于這對(duì)彈簧片安裝這對(duì)電極。
撥盤(pán)178上有齒輪齒，該齒輪齒與絲杠140上的齒輪150的齒嚙合，并且撥盤(pán)向上突出到殼體頂部之外，能夠用拇指或其它手指撥動(dòng)它旋轉(zhuǎn)。撥盤(pán)178安裝在殼體126內(nèi)適當(dāng)?shù)妮S上，并且能夠旋轉(zhuǎn)。撥盤(pán)178還通過(guò)包括齒輪184和186的齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)與它嚙合或耦合的電位器182。電位器182借助適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體與引出線(xiàn)插座188連接，在該插座中適當(dāng)?shù)碾娎|如電話(huà)線(xiàn)可以插進(jìn)，并且與適當(dāng)?shù)男盘?hào)響應(yīng)設(shè)備如數(shù)字顯示器連接，從而給出電極間的距離；或者直接接到脈沖功率單元上，提供必要的輸入，以調(diào)整電壓輸出使它與電極間的距離成正比。
在圖解說(shuō)明的實(shí)施方案中，電纜190與微處理器(CPU)192相連，并且將與電極距離d成正比的信號(hào)傳送給微處理器，而該微處理器控制脈沖發(fā)生器194。微處理器根據(jù)在196預(yù)先設(shè)置的電場(chǎng)強(qiáng)度的輸入值E(V/cm)和從電位器182輸入的距離確定電壓V。然后微處理器啟動(dòng)信號(hào)發(fā)生器給電容器組充電至電壓V。操作員借助閉合開(kāi)關(guān)198觸發(fā)發(fā)生器將將脈沖傳送給電極166和168。電極借助電纜或電纜組202和204與脈沖發(fā)生器連接，該電纜或電纜組202和204有一對(duì)導(dǎo)電的電纜芯分別經(jīng)由板170和172以及彈簧片206和208與電極連接。在圖解說(shuō)明的實(shí)施方案中，電纜芯(圖中只顯示出一條210)與導(dǎo)電的彈簧片206和208連接，該彈簧片又與插在插座中的一次性使用的電極銜接(導(dǎo)通)。
在操作時(shí)，握住手持鉗式電極組合件，并將它置于適當(dāng)?shù)奈恢?，使電極166和168接觸(圖9)，以便調(diào)整儀器零點(diǎn)。調(diào)整儀器，使電極接觸時(shí)讀數(shù)是零并且以最大距離代表電極間的最大間隔。在這兩個(gè)位置中間，可以提供數(shù)字顯示以標(biāo)識(shí)電極間的距離的數(shù)值。用手調(diào)整電極位置，使它們夾緊腫瘤或其它需要位于電極之間的身體部分，或者與腫瘤或其它需要位于電極之間的身體這些部分的兩側(cè)銜接。如前所述，電極與脈沖發(fā)生器相連，有施加選定幅度的脈沖電壓的能力。電位器182探測(cè)電極間的距離并將這個(gè)距離傳送給微處理器192。也可以記錄顯示的讀數(shù)，然后把距離輸進(jìn)脈沖發(fā)生器，以便調(diào)整脈沖發(fā)生器，使它提供符合需要的電極間單位距離上的電壓。然后，借助使開(kāi)關(guān)198閉合，例如撳壓按鈕(未示出)激活脈沖發(fā)生器，將預(yù)定的電壓加到電極上，并借此將電壓加到腫瘤或其他的身體組織上。
在圖解說(shuō)明的實(shí)施方案中，脈沖發(fā)生器194有一個(gè)接口，以使確定電極間距離的反饋信號(hào)提供一個(gè)調(diào)整脈沖發(fā)生器輸出電壓的信號(hào)，以使電場(chǎng)強(qiáng)度符合需要。這需要一個(gè)簡(jiǎn)單的電路，借助這個(gè)電路，將代表電極間距離的電位器182提供的電阻值轉(zhuǎn)換成電壓，這個(gè)電壓被微處理器192用來(lái)設(shè)置將由脈沖發(fā)生器194提供的電壓。
跨越細(xì)胞膜的電場(chǎng)導(dǎo)致形成瞬時(shí)細(xì)孔，這是電穿孔作業(yè)的關(guān)鍵。脈沖功率發(fā)生器提供施加到位于電極166和168之間間隙(用cm表示)中的組織上的電壓(用kV表示)。這個(gè)電位差確定電場(chǎng)強(qiáng)度，其中E等于kV/cm。每種細(xì)胞都有它自己的最適合電穿孔的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度。這是由細(xì)胞大小、細(xì)胞膜的組成以及細(xì)胞壁本身獨(dú)特的特性決定的。例如，某些革蘭氏[染色]陽(yáng)性細(xì)菌非常耐電穿孔，在細(xì)胞死亡和(或)發(fā)生電穿孔之前需要非常高的電場(chǎng)強(qiáng)度，即大于17kV/cm。一般的說(shuō)，需要的電場(chǎng)強(qiáng)度隨細(xì)胞大小成反比地變化。哺乳動(dòng)物細(xì)胞需要的電場(chǎng)強(qiáng)度通常在200V/cm至幾個(gè)kV/cm。
包括任何已知細(xì)胞電穿孔所需的電場(chǎng)強(qiáng)度在內(nèi)的各種參數(shù)一般可以從許多有關(guān)這個(gè)主題的研究報(bào)告中獲得，以及從由Genetronics股份有限公司(Genetronics，Inc.，San diego，California)，即本申請(qǐng)的受讓人所持有的數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得。體內(nèi)細(xì)胞電穿孔(如ECT)所需的電場(chǎng)在幅度上與在體外細(xì)胞需要的電場(chǎng)相似。它們都是從100V/cm到若干kV/cm之間。發(fā)明者自己的實(shí)驗(yàn)以及在科學(xué)出版物中的其它報(bào)告已經(jīng)證實(shí)了這個(gè)結(jié)果。在用化療方法治療腫瘤領(lǐng)域中，脈沖電場(chǎng)的首次體內(nèi)應(yīng)用是1987年由Okino在日本提出的。
Okino等人的第一組二維實(shí)驗(yàn)是在Donryu鼠身上進(jìn)行的，將癌細(xì)胞注入這些老鼠的身體，并發(fā)展成腫瘤。進(jìn)行了對(duì)照研究，在這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)治療的最佳條件是在系統(tǒng)注射抗癌藥物之后采用4kV/cm至5kV/cm的電場(chǎng)強(qiáng)度、3毫秒的脈沖寬度、治療時(shí)間30分鐘。
Mir和他的同事們?cè)诎屠璧腉ustave-Roussy研究所進(jìn)行了最系統(tǒng)的研究。Mir等人首先將他的治療方式應(yīng)用于有皮下移植瘤的裸鼠或常規(guī)的試驗(yàn)鼠。這些試驗(yàn)鼠先肌肉注射平陽(yáng)酶素，隨后將強(qiáng)烈的短脈沖電場(chǎng)施加到腫瘤部位。在對(duì)照研究中，將250mg的藥物注射到兩條大腿中，在注射平陽(yáng)酶素之后用強(qiáng)度為1.5kV/cm的電場(chǎng)治療30分鐘，每隔一秒施加8個(gè)100毫秒的脈沖。在電場(chǎng)強(qiáng)度介于1.2kV/cm至1.5kV/cm之間時(shí)，35％被治愈。較低的電壓導(dǎo)致較少的完全退化以及更多的復(fù)發(fā)。
Mir等人采用ECT技術(shù)對(duì)患有頭頸鱗狀細(xì)胞癌(head and necksquamous cell carcinoma)的患者進(jìn)行了首次臨床實(shí)驗(yàn)，并且獲得了令人鼓舞的結(jié)果。研究涉及七位患者，32個(gè)瘤，這些瘤位于前頸部或上胸部。采用靜脈注射，藥量為10mg/m2，注射后用方波發(fā)生器產(chǎn)生的電脈沖治療3.5分鐘。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度大約是1.3kV/cm時(shí)，使用的藥量比常規(guī)化療用藥量的1/6還少。每隔一秒所施加的脈沖變化范圍是4至8次。結(jié)果是9個(gè)瘤局部退化，14個(gè)瘤完全退化，與未經(jīng)治療的腫瘤中的快速增長(zhǎng)相比增長(zhǎng)速度減慢(兩個(gè)沒(méi)有變化，有三個(gè)結(jié)果未作記錄)。
待產(chǎn)生的電場(chǎng)的性質(zhì)是由組織的性質(zhì)、腫瘤的大小以及腫瘤的位置確定的。盡可能均勻的并且幅度正確的電場(chǎng)是所期望的。電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)大導(dǎo)致細(xì)胞溶解，反之，電場(chǎng)強(qiáng)度低將導(dǎo)致效率降低。
由電源部分36或194中的發(fā)生器提供的電信號(hào)的波形可以是指數(shù)衰減型脈沖、矩形脈沖、單極振蕩脈沖串或雙極振蕩脈沖串。電場(chǎng)強(qiáng)度可以從0.2kV/cm到20kV/cm。脈沖寬度可以從10微秒到100毫秒?？梢杂?至100個(gè)脈沖。當(dāng)然，波形、電場(chǎng)強(qiáng)度、和脈沖寬度都取決于細(xì)胞的類(lèi)型以及經(jīng)電穿孔進(jìn)入細(xì)胞的分子的類(lèi)型。
適合實(shí)施本文中所述方法的脈沖發(fā)生器是多年來(lái)可以在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的儀器。為了提供適當(dāng)?shù)男盘?hào)輸入接口以設(shè)置文中所述電壓，這些儀器可以容易地得到改進(jìn)。
一種適當(dāng)?shù)男盘?hào)發(fā)生器是購(gòu)自GENETRONIC股份有限公司(GENETRONIC，INC.San Diego，California，U.S.A.)的ECM600型細(xì)胞電控器(ELECTRO CELL MANIPULATOR)。這個(gè)ECM600信號(hào)發(fā)生器通過(guò)電容器完全放電產(chǎn)生脈沖，得到的是指數(shù)衰減型的波形。由ECM600信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的電信號(hào)由快速上升時(shí)間和指數(shù)拖尾描述其特征。在ECM600信號(hào)發(fā)生器中，通過(guò)選擇定時(shí)電阻器設(shè)置電穿孔脈沖寬度，儀器有10個(gè)定時(shí)電阻器，標(biāo)號(hào)為R1至R10，從中選擇一個(gè)。這些電阻器在高VM(電容量固定在50微法)和低VM(電容量范圍從25微法到3,175微法)兩種模式下都是有效的。
ECM 600信號(hào)發(fā)生器有一個(gè)旋鈕用于調(diào)整其內(nèi)部的電容器的充電電壓幅度，在低VM模式，電容器充電電壓從50V至500V；在高VM模式，電容器充電電壓從0.05kV到2.5kV。電信號(hào)的幅度顯示在與ECM600信號(hào)發(fā)生器結(jié)合的顯示器上。這個(gè)設(shè)備進(jìn)一步包括許多控制脈沖寬度的按鈕開(kāi)關(guān)，在低VM模式借助將電阻器同時(shí)并聯(lián)到輸出和7個(gè)可選擇的附加電容器組控制脈沖寬度。
ECM 600信號(hào)發(fā)生器還包括一個(gè)自動(dòng)充電和脈沖放電按鈕(asingle automatic charge and pulse push button)。可以按壓這個(gè)按鈕，開(kāi)始給內(nèi)部的電容器充電至設(shè)定的電壓并且將脈沖傳送到流通艙(the flow-through chamber)，這個(gè)自動(dòng)操作周期花費(fèi)時(shí)間少于5秒?？梢砸淮斡忠淮蔚匕磯涸撌謩?dòng)按鈕，重復(fù)地施加預(yù)定的電場(chǎng)。
以上描述了本發(fā)明的適合傳送藥物和基因的可移植的電穿孔方法和裝置的較好的實(shí)施方案，應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)講，這些實(shí)施方案的修正方案和改進(jìn)方案是明顯的。所以，對(duì)本發(fā)明提供的保護(hù)應(yīng)當(dāng)僅受權(quán)利要求書(shū)的限定。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)患者身體某個(gè)部分作電穿孔的裝置，該裝置的特征在于包括電極組合件，包括一個(gè)支承構(gòu)件和一對(duì)可調(diào)地安裝在所述支承構(gòu)件上的的分離式電極，這對(duì)電極用于與患者的身體的預(yù)定位置接觸，并且在所述的預(yù)定位置產(chǎn)生電場(chǎng)；傳感裝置，該裝置用于探測(cè)所述電極間的間距并產(chǎn)生與該間距成正比的距離信號(hào)；以及脈沖發(fā)生器，該脈沖發(fā)生器包括響應(yīng)所述距離信號(hào)將與所述電極間隔成正比的電信號(hào)施加給電極，以重復(fù)地產(chǎn)生預(yù)定幅度和持續(xù)時(shí)間的電場(chǎng)，從而迫使在身體某個(gè)部分中事先選定的細(xì)胞的細(xì)胞壁可瞬時(shí)穿透，而使分子能夠進(jìn)入所述的事先選定的細(xì)胞的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電極組合件包括鉗狀體，該鉗狀體有由所述的分離式電極限定的可移動(dòng)的鉗爪。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述鉗狀體能夠通過(guò)管子插入。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述鉗狀體包括中心軸部分，所述鉗爪在所述軸部分的一端，帶驅(qū)動(dòng)設(shè)備的手柄在另一端，并且所述的探測(cè)電極間距離的裝置包括探測(cè)所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備相對(duì)位置的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的裝置，其中所述電極組合件包括引導(dǎo)裝置，該裝置支承所述電極彼此靠攏或分開(kāi)；旋轉(zhuǎn)絲杠，該絲杠在所述支承構(gòu)件上并與該零件活動(dòng)連接，用于使所述電極移動(dòng)；手動(dòng)操作輪，該操作輪用于使所述絲杠旋轉(zhuǎn)；以及所述傳感裝置是一個(gè)變阻器，該變阻器與所述絲杠連接，由該絲杠驅(qū)動(dòng)它旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述電信號(hào)的波形從一組波形中選擇，這組波形包括指數(shù)衰減型脈沖、矩形脈沖、單極振蕩脈沖串、和雙極振蕩脈沖串。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述電場(chǎng)強(qiáng)度介于0.2kV/cm至20.0kV/cm之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，每個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間介于10微秒至100毫秒之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述電場(chǎng)對(duì)給定的組織體積施加大約1至100個(gè)脈沖。
10.一種將電穿孔應(yīng)用到患者身體的某個(gè)部分并將分子引入該部分中的細(xì)胞的醫(yī)療方法，該方法包括提供電極裝置，該裝置包括可調(diào)的分集式電極，該電極適合在患者身體內(nèi)事先選定的位置產(chǎn)生電場(chǎng)；探測(cè)所述電極間的距離并且產(chǎn)生與所述電極間距離成正比的信號(hào)；提供與所述電極裝置相連的電脈沖發(fā)生器；以及操作所述脈沖發(fā)生器，將與電極間距離成正比的電信號(hào)施加給電極，以便使所述電極重復(fù)地產(chǎn)生預(yù)定幅度和持續(xù)時(shí)間的電場(chǎng)，借此迫使身體中事先選定部分的細(xì)胞壁瞬時(shí)可穿透，使分子進(jìn)入所述的事先選定的細(xì)胞。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電極裝置是選定的，它包括有可移動(dòng)鉗爪的鉗狀體，該鉗爪由所述分集式電極定義。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述鉗狀體能夠通過(guò)管子插入。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述鉗狀體是選定的，它包括中心軸部分，所述鉗爪在所述軸部分的一端，帶驅(qū)動(dòng)設(shè)備的手柄在另一端，并且所述的探測(cè)電極間距離的裝置包括探測(cè)所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備相對(duì)位置的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述電極組合件是選定的，它包括引導(dǎo)裝置，該裝置支承所述電極移動(dòng)，彼此靠攏或分開(kāi)；旋轉(zhuǎn)絲杠，該絲杠在所述支承構(gòu)件上并與該構(gòu)件活動(dòng)連接，用于使所述電極移動(dòng)；手動(dòng)操作輪，該操作輪用于使所述絲杠旋轉(zhuǎn)；而且所述傳感裝置是一個(gè)電阻器，該電阻器與所述絲杠連接，由該絲杠驅(qū)動(dòng)它旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述脈沖發(fā)生器工作時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)度介于0.2kV/cm至20kV/cm的電場(chǎng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，對(duì)所述脈沖發(fā)生器作過(guò)檢查，它產(chǎn)生的電信號(hào)的波形從一組波形中選擇，這組波形包括指數(shù)衰減型脈沖、矩形脈沖、單極振蕩脈沖串和雙極振蕩脈沖串。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述電極裝置是選定的，它包括第一組針狀電極，該組電極安裝在第一夾具中，第一夾具固定在所述夾持器上，以及第二組針狀電極，該組電極安裝在第二夾具中，第二夾具可移動(dòng)地安裝在所述夾持器上。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中電信號(hào)的波形從一組波形中選擇，該組波形包括指數(shù)衰減型脈沖、矩形脈沖、單極振蕩脈沖串和雙極振蕩脈沖串。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，電場(chǎng)強(qiáng)度介于0.2kV/cm至20.0kV/cm之間。
全文摘要
一種用于為患者身體某個(gè)部分作電穿孔的電極裝置。這種裝置包括支承構(gòu)件;可調(diào)節(jié)地安裝在所述支承構(gòu)件上的一對(duì)電極,該對(duì)電極可在位于待電穿孔的身體部分相對(duì)兩側(cè)彼此靠攏或分開(kāi);用于探測(cè)電極之間距離并產(chǎn)生一個(gè)與所述電極間距離成正比的距離信號(hào)的傳感元件;以及響應(yīng)所述距離信號(hào)將一與所述電極間距離成正比的高幅值電信號(hào)脈沖施加給電極的設(shè)備。
文檔編號(hào)A61N1/30GK1179726SQ95197803
公開(kāi)日1998年4月22日 申請(qǐng)日期1995年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月10日
發(fā)明者岡特·A·霍夫曼 申請(qǐng)人:基因特倫尼克斯公司