[发明专利]可耐受的微创性皮肤电穿孔装置

说明书

本项研究部分地由美国陆军拨款W23RYX-8141-N604：#08023003资助。

发明领域

本发明尤其涉及电穿孔装置和其用于促进将生物分子引入哺乳动物的皮肤组织细胞中的用途。

背景

对DNA疫苗的免疫反应幅度时常可能取决于三个主要标准-最佳化的载体设计、使用合适的佐剂和成功地将质粒输送至目标组织并且随后在目标组织中表达质粒。已证明体内电穿孔在有效地将DNA免疫原输送至肌肉和皮肤方面是非常有效的，事实上一些装置已进入人临床试验中。

出于许多原因，将药物输送至皮组织(皮内，ID)是在临床环境下的一种引人注意的方法。皮肤是人体最大的器官，最可接近、最易于监测并且具有高免疫能力。然而，皮肤的不透性屏障功能一直是有效进行透皮药物输送的主要障碍。

人皮肤延展达到大约2m²的面积并且平均厚度大约为2.5mm，使其成为人体的最大器官。通常，皮肤具有两种广义的组织类型，表皮和真皮。表皮是不断地发生角质化的复层上皮。皮肤的最外层是角质层(SC)并且起到皮肤的主要屏障功能。SC是无生存力但具有生化活性的角化细胞的15-30个细胞厚度的层。表皮的其它三个层(颗粒层(S.granulosum)、棘层(S.spinosum)、基底层(S.basale))都含有处于不同分化阶段的角质细胞(ketatinocytes)以及免疫朗格汉斯细胞(Langerhans cell)以及真皮树突状细胞。

用于透皮药物输送和基因输送的物理及化学方法已在世界范围内由诸多团体进行了详细地研究。离子电渗疗法、脂质输送以及基因枪是这些方法的实例。临时增加皮肤通透性的另一种物理方法是电穿孔。电穿孔涉及施加短暂的电脉冲，从而在哺乳动物细胞的脂质双层膜中产生含水通路。这使得包括DNA的大分子能够越过细胞膜传递，否则细胞膜的通透性将较低。因此，电穿孔增加了吸收，以及将药物和DNA输送至其目标组织的程度。为了进行电穿孔来引起孔隙的形成，需要实现阈值能量，并且由电泳效应产生的移动取决于电场和脉冲长度。

在DNA疫苗的情况下，电穿孔已被证明可在数量上增强免疫反应，增大这些免疫反应的范围，以及改善剂量的效率。皮肤输送的诸多优点都是引人注意的，这些优点中最显著的是存在多种免疫相关细胞、作为免疫目标器官容易在临床上接近，以及输送的深度最小(微创)；然而，一直存在关于实现高转染率以及随后出现加强免疫反应的能力的问题。

裸DNA通过标准的肌肉内(IM)注射的输送在啮齿类动物模型以外进行实施是出了名地低效的。这导致了在大型哺乳动物和人类中无法实现强大的免疫反应。已开发出一些策略以便增强基于DNA的疫苗的表达，所述策略如密码子最佳化、RNA最佳化、添加前导序列和开发最佳化的共有序列。

尽管在载体设计和分子佐剂的使用方面有所改进，但是仍然对于施用DNA疫苗的有效方法存在需要，所述方法引起质粒在所需组织的所需细胞类型中的高水平表达，所需组织最常见的是肌肉、肿瘤或皮肤。此外，仍然需要一种电穿孔装置和输送疫苗的方法，所述装置和方法既可有效地产生保护性免疫反应又具有可耐受性(或接近无痛)。

发明概述

本发明的一个方面是电穿孔装置，其能够将可耐受的电势输送至受试者的表皮组织层的角质层与基底层之间，从而导致所述组织中的细胞电穿孔，所述电穿孔装置包括：电压发生器；以及，具有与电压发生器电连通的多个电极的阵列。多个电极中的每个电极以大约0.5mm至大约2.5mm的距离与每个相邻的电极间隔开；电压发生器通过电极将大约0.1伏至大约50伏的电势输送至表皮组织；并且，电极的远端具有钝的尖端，所述尖端具有锋利的尖头从而允许电极穿透表皮组织层到达角质层与基底层之间，并且所述尖端将电势从电压发生器输送至表皮组织。

本发明的另一个方面是电穿孔装置，其能够将可耐受的电势输送至受试者的表皮组织，从而导致所述表皮组织中的细胞电穿孔，所述电穿孔装置包括：电压发生器；以及，具有与电压发生器电连通的多个电极的阵列。多个电极中的每个电极以大约0.5mm至大约2.5mm的距离与每个相邻的电极间隔开；电压发生器通过电极将大约0.1伏至大约50伏的电势输送至表皮组织；并且电极被调适成以0.1mm或更小的深度穿透表皮组织。