[发明专利]利用电穿孔途径输送药物和基因的装置和方法

说明书

发明背景

                   发明领域

本发明总的来说涉及利用电脉冲增大细胞的渗透性，更确切地说涉及利用可控制的电场通过电穿孔疗法(EPT)在活体内将药物化合物和基因输送到细胞中，所述的电穿孔疗法亦可称作细胞穿孔疗法(CPT)或电化疗法(ECT)。

相关技术描述

在70年代，人们发现可以利用电场在细胞上产生一些孔隙不引起细胞永久性损伤的下。这一发现使得将大分子送入到细胞质中成为可能。人们知道，基因以及其它诸如药物化合物一类的其它分子可以通过一种被称作电穿孔的途径进入到活体细胞中。将这些基因或其它分子与活体细胞混合在一种缓冲介质中，然后向它们施加短脉冲式的高电场。这些细胞膜上会暂时性地产生一些小孔，基因或者分子进入到这些细胞中，在细胞中改变细胞的基因组。

体内电穿孔一般只局限于应用到靠近生物体的皮肤的组织或细胞上，在这些部位上能够放置电极。因此，用于电穿孔的电极一般不能接近如肿瘤一类的能够以全身性药物输送方式或化疗方式进行治疗的组织。在用化疗方法治疗某些类型的癌症时，需要在不杀死太多的正常细胞的前提下采用足够大剂量的药物来杀死癌细胞。如果能够将化疗药物直接注入到癌细胞中，则可以达到这一目的。有些抗癌药，如博莱霉素，通常不能有效地穿透某些类型的癌细胞的细胞膜。但是，采用电穿孔方法就能够将博莱霉素注入到细胞中。

进行治疗的方法通常是，将一种抗癌药直接注射到肿瘤中，然后向处于一对电极之间的肿瘤施加一个电场。必须以适当的精确度对电场强度进行调节，以便能够在不损伤、或者至少是最小程度地损伤正常的或健康的细胞的前提下对肿瘤细胞进行电穿孔。对于体表的肿瘤，通常可以在肿瘤的两侧施加一对电极，使电场产生于这对电极之间，由此很方便地实施电穿孔。在电场是均强电场的情况下，可以先测出电极间的距离，然后按照公式E＝V/d(E＝电场强度，单位是伏/厘米；V＝电压，单位是伏；d＝距离，单位是厘米)将大小合适的电压加到电极上。当要治疗大的或身体内部的肿瘤时，就很难合适地放置电极并测量电极间的距离。在前面提到的专利申请中公开了一种用于体内电穿孔的电极系统，其中的电极能够被插入到肿瘤中。在相关的美国专利US5273525中，在一个用于在电穿孔过程中注射分子和大分子的注射器中采用了一些注射针头，这些针头同时还起着电极的作用。这种结构使得将电极放置到体表之下成为可能。

利用细胞穿孔疗法进行治疗提供了一种避免产生通常与服用抗癌药或细胞毒制剂相伴随的副作用的方法。这种疗法使得人们可以引入这些制剂来选择性地杀伤或杀死所不需要的细胞，同时避免杀伤或杀死周围的健康细胞或组织。

发明概述

本发明的主要目的是提供一种改进的装置，该装置能够被方便地并且有效地放置到预先选定的组织中以便在所述的组织中产生预定的电场。

按照本发明的一个主要方面，向病人身体的一部分实施电穿孔的电极装置包括一个支持件，一些安装在所述的支持件上的用于从选定的部位插入到组织中的彼此相隔一定距离的针电极，以及包括信号发生器在内的装置，所述的信号发生器响应于所述的距离信号，向所述的这些电极施加一个与所述的电极间的距离成正比的电信号，从而产生具有预定强度的电场。

本发明包括一些针，这些针既起着向组织中注入治疗物质的作用，又充当为一部分组织细胞产生电场的电极。

本发明的一个实施例包括一个用于临床电穿孔治疗的系统，所述的系统包括一个针阵列电极，这个针阵列电极具有一个“键控”元件，例如一个电阻器或一个有源电路，由该“键控”元件确定治疗电压脉冲的给定值以及可选择的阵列切换模式(具有这种系统的装置被称作MedPulse^TM)。有几种电极施加器的结构可用来导入并治疗各种组织部位。

本发明的另一个实施例提供了一种腹腔镜型的针施加器，这种施加器最好是与一个内窥镜相结合以实现损伤性最小的电穿孔治疗。

本发明提供了一种利用针阵列装置治疗细胞，特别是肿瘤细胞的治疗方法。

附图详述

图1是本发明的一个实施例的横剖视形式的组装图。

图2a-2g是本发明的几种可供选择的电极实施例的示意图。

图3是本发明的治疗装置的方块图。

图4是图3中的治疗装置的电路的示意性方块图。

图5是图4中的电路的选择器开关元件的示意图。

图6示意性地表示了根据本发明的一个实施例，一种优选的形成9个治疗区的针的4×4布局阵列。