[发明专利]借助电磁能量激活细胞结构的装置和方法

说明书

本发明描述了一种刺激装置，至少包括：能源；电子单元；与该电子单元和/或能源耦合的致动器，该致动器被设计为发射电磁波以刺激经遗传操纵的组织；该刺激装置被设计用于人体或动物体内的至少暂时的植入，并且该电子单元包括控制器，该控制器被设计为通过致动器的电磁波来刺激所述组织。

本发明描述了一种借助电磁能量激活细胞结构的装置和方法。

通过电流刺激人或动物组织的刺激器早已为人所知。对神经组织的电刺激(electric stimulation)导致动作电位的激活，该动作电位用于医学治疗和诊断。可植入刺激器的示例包括可植入心脏起搏器和除颤器、脊髓刺激器、迷走神经刺激器和大脑起搏器。

电刺激装置经伽伐尼电流(galvanically)耦合到人或动物组织，并通过输送电流触发动作电位来测量电位和/或刺激组织。电刺激的缺点是由于与组织的必要电流连接等原因而造成的。刺激电极与组织的直接接触和电流的耦合可以导致例如坏死、限制感测功能的电后电位(electrical after-potential)、串扰(即，在不同的刺激路径上并行刺激的情况下的干扰)、治疗电流的不希望的外部感应(例如，由MRI机器内的高频磁场产生的)、可能的疼痛事件、电穿孔(electroporation)或附近组织的不希望的刺激(例如，心脏刺激器可以导致膈神经的不希望的共刺激(costimulation))。治疗电流生成装置带来的其他缺点是复杂且体积大(例如，可植入心律转复除颤器中的充电电路)以及对目标组织的可及性的限制。

多年来，借助电磁波生成可激发性(excitability)对组织进行遗传操纵(genetically manipulate)一直是科学讨论和研究的主题。已经成功地在遗传上对目标组织进行了修改，使得可以通过电磁波引发(evoke)动作电位。

这些方法中的一个被称为光遗传(optogenetic)操纵。例如，在以下文献中描述了这种方法：

-Lung MS,Pilowsky P,Goldys EM.“通过使用光敏离子通道对哺乳动物细胞的激活(Activation of the Mammalian cells by using light-sensitive ion channels)”,Methods Mol Biol.2012；875:241-51；该出版物描述了借助可见光谱中的光对组织进行光遗传操纵以触发动作电位；

-Wang等，“通过对鼠心脏中来自Pnmt+细胞的心肌细胞的选择性刺激对心律的光遗传控制(Optogenetic Control of Heart Rhythm by Selective Stimulation ofCardiomyocytes Derived from Pnmt+Cells in Murine Heart)”，2017年1月，ScientificReports。

美国专利2009/0088680A1描述了一种将光纤引入心脏的基于导管的系统，该心脏组织先前已经借助光遗传操纵进行了治疗。为了将光纤运送到心脏的内部，在患者体内放置血管通路，将导管向前推入心脏，并且通过该导管将光纤输送到心脏的内部。光纤将光传送到心脏，并对所操纵的组织执行心内膜刺激。

在美国专利2009/0088680A1中所描述的方法的缺点是其必须由医生在门诊基础上执行，并且必须从外部装置操作光纤。还存在由静脉血管通路和插管术(catheterization)引起的缺点，诸如，例如感染和血管闭塞。

本发明的目的是引发、调节、终止和/或抑制动物和/或人的经预处理的可激发的细胞结构上的动作电位，并且在不需要伽伐尼电流的注入的永久可植入装置中实现。

本发明的一个目的是提供一种没有上述缺点的装置和系统。

本发明的另一目的是提供一种借助电磁波对组织进行刺激以触发动作电位的装置和系统，该装置允许永久的刺激，而不需要永久的血管通路、外部仪器或到医生的门诊就诊。