[发明专利]用于控制性局部治疗剂递送的电穿孔系统

说明书

本发明的实施例提供一种电穿孔系统，包括一个插入生物组织中用于电穿孔处理的至少有两个毗连电极的电穿孔探针和一个脉冲发生器，这个脉冲发生器电性连接到电穿孔探针并用一个或多个电脉冲序列驱动电穿孔探针，以使电流通过探针传输，并在靠近探针电极的生物组织中感应出不均匀的电场。通过控制探针配置、载体溶液特征和电穿孔脉冲序列的参数可以靶向治疗组织，以实现可预测的电穿孔结果。这种电穿孔控制方法也可以减少电穿孔治疗的潜在毒性效应。

技术领域

本发明涉及一种用电穿孔将受控的治疗性分子递送至组织内靶细胞群的系统。该系统的应用例子是用电穿孔将DNA、治疗性分子或其他试剂递送到细胞中，其中电极集成在插入组织内的阵列内，并且电穿孔的靶向细胞邻近电极而不是在电极之间。

背景技术

电穿孔是分子生物学中使用的技术，其中将电场施加到细胞以增加细胞膜的通透性，从而将化学物质、药物或DNA引入到细胞中。其基本原理是通过两个电极之间的高压脉冲产生的电场引起高强度电场内细胞质膜被瞬时电介质击穿，从而使DNA或其他分子进入细胞。

传统的电穿孔利用在物理上分离的电极之间的电场，在电极之间的组织中引起直流通路。发明人之前在国际专利申请号WO2011/006204和WO2014/201511中描述的电穿孔技术，通过利用相对于驱动电极阵列的不对称电场进行电穿孔，使得电极阵列的元件之间的局部电流通路在阵列附近产生从正到负电位变化的电场，并且在阵列附近对细胞进行瞬时电穿孔。

发明人及其团队在论文“Pinyon JL,Tadros SF,Froud KE,Wong ACY,TompsonIT,Crawford EN,Ko M,Morris R,Klugmann M,Housley GD(2014)使用人工耳蜗植入电极阵列的闭场电极基因递送对仿生耳的增强(Close-field electroporation genedelivery using the cochlear implant electrode array enhances the bionic ear.)Science Translational Medicine 6,233ra54.DOI.10.1126/scitranslmed.3008177.(出版23/04/14)中描述了这种电穿孔技术，在这篇论文中，术语“闭场电穿孔”被创造为该技术的标签。在国际专利申请公开号WO2014/201511中也详细描述了该技术，其出版内容通过引用整体并入本文。在这项工作的过程中，发明人发现，与使用开场电穿孔相比，利用与电极阵列相邻的电场实现阵列附近的细胞转染，转染相同数目的细胞所需的累积电荷更低，其中靶细胞或组织被处于电极之间的直流电路中。此外，有人发现细胞电穿孔效率随着电场内电极位置的变化而变化。

发明内容

根据第一方面，提供了一种电穿孔系统，包括：一个插入生物组织中用于电穿孔处理的电穿孔探针，其包含至少两个毗连电极；和一个脉冲发生器，所述脉冲发生器与电穿孔探针电性连接，并通过一个或多个电脉冲序列驱动电穿孔探针，以通过探针进行电流传输并在靠近探针电极的生物组织中引发不均匀电场。

在一个实施例中，非均匀电场包括在50μV/μm至1500μV/μm范围内的电场梯度。

在一个实施例中，电极沿着邻接方向相对延长，其中电极周长小于电极长度。所述探针的一种实施方式包括至少一对毗连电极，每个电极的长度小于或等于1mm。探针的一种实施方式包括线性电极阵列。所述探针的另一种实施方式包括电极的二维或三维阵列。

所述电穿孔系统的一个实施例还包括一个控制器，该控制器设为可选择性地控制脉冲发生器以控制通过探针传送的脉冲序列。在一个实施例中，所述控制器还被设为可选择所要驱动的电极。所述控制器的实施例可以被设置成对阵列周围组织的特性进行测定。