[发明专利]流式电穿孔室和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于把生物活性物质包裹在各种细胞群中的方法和设备。更具体地讲，本发明涉及一种用于通过电穿孔把血红蛋白别构剂包裹在红细胞中，从而实现胞内血红蛋白物理特性的治疗上所需变化的方法和设备。

发明背景

在一个成年人的血管系统中，血液的体积大约为5到6升。其中大约一半的体积为细胞所占据，包括红血球(红细胞)，白血球(白细胞)和血小板。红血球组成了血液的大部分的细胞成分。血浆，即血液的液体部分，为大约90％的水和10％的各种溶质。这些溶质包括血浆蛋白，有机代谢物，废物和无机化合物。

红血球的主要功能是从肺部向体内组织运送氧气，以及从组织向肺部运送二氧化碳以便除去。由于氧气在水溶液中仅仅是微量溶解的，所以血浆运送非常少量的氧气。血液携带的大部分氧气由红细胞的血红蛋白运送。哺乳动物的红细胞不含细胞核，线粒体或任何其它的胞内细胞器，并且它们在自身的代谢中不消耗氧气。红血球含有大约35％重量分数的血红蛋白，它们在结合和运送氧气中起作用。

血红蛋白是一种分子量大约为64,500道尔顿的蛋白质。它包括4个多肽链和4个与铁原子以亚铁态结合的血红素辅基。通常的珠蛋白，即血红蛋白分子的蛋白质部分，包括两个α链和两个β链。四条链中的每一条都有一个特有的三级结构，其中的链是折叠的。四条多肽链以大约四级排列结合在一起从而构成血红蛋白的特有的四级结构。在每一条多肽链上有一个血红素基，它可以可逆的结合一分子的分子氧气。当血红蛋白与氧气结合时，形成氧合血红蛋白。当释放出氧气时，氧合血红蛋白还原成脱氧血红蛋白。

向组织运送氧气依赖于许多因素，这些因素包括，血液的体积流量，红血球的数量，红血球中血红蛋白的浓度，血红蛋白对氧气的亲和力以及在某些形式上，胞内红细胞血红蛋白与高的和低的氧气亲和力的摩尔比，但是并不局限于上述因素。血红蛋白对氧气的亲和力也依赖于4个因素，即(1)氧气的分压；(2)pH值；(3)血红蛋白中起到别构剂作用的2，3-二磷酸甘油酸(DPG)的浓度；以及(4)二氧化碳的浓度。在肺部，当氧气的分压为100mmHg时，大约98％的循环血红蛋白被氧气饱和。这代表血液的总的氧气运送能力。当完全氧合后，100毫升完整的哺乳动物的血液可以携带大约21毫升的气态氧气。

氧气分压和pH值对血红蛋白结合氧气能力的影响最好通过测定血红蛋白的氧气饱和曲线来说明。氧气饱和曲线绘制了当血红蛋白分子溶液与气相中不同的氧气分压处于平衡时，为氧气分子所占据的血红蛋白分子的总氧气结合位点的百分比。

血红蛋白的氧气饱和曲线是S形的。因此，结合第一个分子的氧气增加了剩余的血红蛋白结合附加氧气分子的亲和力。随氧气分压的增加达到一个峰值，在该处每个血红蛋白分子均被饱和并且含有4分子氧气的上限。

根据反应式：

             血红蛋白对氧气的可逆结合伴随着质子的释放。因此，pH值的增加将会使平衡向右移动，并且导致血红蛋白在给定的分压下结合更多的氧气。pH值的降低将减少结合氧气的量。

在肺部，空气空间的氧气分压大约为90到100mmHg，并且pH值也高于对应的正常血液的pH值(达到7.6)。因此，在肺部血红蛋白趋向于几乎最大限度的被所氧气饱和。在该压力和pH值，血红蛋白大约有98％被氧气饱和。另一方面，在周围组织内部的毛细血管中，氧气分压只有大约25到40mmHg并且pH值也相对较低(大约7.2到7.3)。由于肌细胞快速消耗氧气，从而降低了氧气的局部浓度，因此向组织中释放部分结合的氧气是有利的。当血液通过肌肉中的毛细血管时，氧气将从红血球中接近饱和的血红蛋白中释放到血浆，然后进入肌细胞。当血红蛋白通过肌肉毛细血管时，它将释放大约三分之一的结合氧气，因此当它离开肌肉时，它将只有大约64％被饱和。通常，在离开组织循环的静脉血液中的血红蛋白是被介于大约65％和97％之间的在肺部与周围组织中反复循环的氧气所饱和。因此，氧气分压和pH值通过血红蛋白共同影响氧气的释放。

第三个调节血红蛋白氧合作用程度的重要因素是别构剂2，3-二磷酸甘油酸(DPG)。DPG是哺乳动物红细胞中血红蛋白的普通的生理效应物。DPG调节与肺部氧气分压有关的红血球中血红蛋白的氧气-结合亲和力。通常，在细胞中DPG的浓度越高，血红蛋白对氧气的亲和力越低。