电穿孔系统技术方案

本发明专利技术描述一种电穿孔系统。脉冲长度和连续脉冲之间的延迟经优化以产生对胞内膜电位的影响。基于该系统和方法的疗法产生两个治疗区：围绕电极的消融区，在其内非选择性杀死异常细胞；和围绕所述消融区的选择性治疗区，在其内通过对胞内膜电位的影响而选择性杀死靶细胞。因此，在肿瘤边缘内的浸润性肿瘤细胞可以被有效地治疗同时避开健康组织。所述系统和方法适用于治疗其中实体肿瘤形成且具有围绕肿瘤的显微疾病复发几率的各种癌症。肿瘤的显微疾病复发几率的各种癌症。肿瘤的显微疾病复发几率的各种癌症。

【技术实现步骤摘要】
电穿孔系统
[0001]本申请是申请日为2015年5月12日、申请号为201580025135.6、专利技术名称为“使用脉冲电场选择性调节细胞的胞内影响”的申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉参考
[0003]本申请依赖于在2104年5月12日提交的美国临时申请第61/992,023号的公开内容并且要求其申请日的优先权和权益，本申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。


[0004]本专利技术涉及包括施用电治疗能的医学疗法。本专利技术的实施例涉及一种产生两个治疗区的系统和方法：围绕电极的第一区和围绕第一区的第二选择性治疗区，在所述第一区内细胞被非选择性地杀死，在所述第二选择性治疗区内细胞被选择性地杀死，如异常细胞。在具体实施例中，提供了用于通过施用电脉冲列选择性治疗细胞(如癌细胞)的系统和方法，其中优化脉冲长度和连续脉冲之间的延迟以对胞内膜电位产生影响。通过本专利技术的系统和方法，可有效地治疗设置在肿瘤边缘内的浸润性肿瘤细胞同时避开在肿瘤边缘内的健康组织。

技术介绍

[0005]病灶消融技术通常通过破坏在明确界定区域内的癌细胞攻击肿瘤。通常，这些技术破坏在治疗体积内的所有细胞和组织结构，而不仅仅是癌细胞。病灶消融技术的主要挑战是通常存在围绕肿瘤的含有健康细胞和一些浸润性癌细胞的区域。如果未治疗这些浸润性癌细胞，那么其可导致肿瘤的复发。在传统的手术切除和病灶消融中，溶液用于在肿瘤边缘以外治疗以试图还去除这些浸润性癌细胞。这对通常出现近临界结构如血管和神经的肿瘤来说是主要挑战。因此，在本领域中需要克服这些局限性的新的电穿孔方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种治疗在肿瘤边缘中的浸润性癌细胞的系统和方法。此双峰增强型消融机制(BEAM)平台使用高频电场的脉冲串，所述高频电场的脉冲串经特定优化以增强脉冲的胞内影响同时最小化对健康组织的影响。在实施例中，最优脉冲串含有组成型脉冲，其中持续时间约等于细胞膜的充电时间加上核被膜的放电时间。脉冲之间的最优断开时间约等于细胞膜的充电时间。
[0007]在实施例中，可基于某些细胞(恶性)细胞的生物物理亚细胞结构对其进行优先靶向。具有较大细胞核与细胞质比率的细胞(其为细胞恶性肿瘤的指示)更易受这些脉冲的影响。影响细胞的机制与破坏其细胞核有关。虽然细胞大小为用于确定细胞在用于典型的IRE的施加场下何时死亡的主要参数，但是相比之下，根据本专利技术的实施例，细胞大小并不起主导作用。
[0008]具体实施例提供一种选择性治疗细胞的方法，所述方法包含：向组织施加多个具有在连续脉冲之间延迟的电脉冲，其中每个脉冲的长度和连续脉冲之间的延迟经优化以产
生第一治疗区和第二治疗区；其中在第一治疗区中，靶细胞(如癌细胞)和非靶细胞(如非癌细胞)被杀死，而在第二治疗区中，靶细胞被杀死或抑制而非靶细胞被避开。在此类方法中，施加可在体外、体内或离体执行。
[0009]根据实施例，在第二治疗区内，以减缓或停滞细胞分裂的方式来抑制靶细胞，如癌细胞，或者以减缓或停滞迁移的方式来抑制靶细胞(例如，癌细胞)，或者以减少血液和养分的传输的方式来抑制靶细胞(例如，癌细胞)，或者通过细胞凋亡来杀死靶细胞 (例如，癌细胞)，或者在第二治疗区中杀死或抑制一些靶细胞(例如，癌细胞)，并且在第二治疗区中避开一些非靶细胞(例如，非癌细胞)。在实施例中，第二治疗区围绕肿瘤并且靶癌细胞为来源于肿瘤的浸润性细胞。组织可为大脑组织和/或肿瘤胶质母细胞瘤。在本专利技术的任何实施例中，靶细胞可为任何类型的细胞，包括例如癌细胞、浸润性细胞或任何非所需的细胞。非靶细胞也可为任何类型的细胞并且通常为健康细胞、正常细胞或非癌细胞。
[0010]根据实施例，在第一治疗区内靶细胞和非靶细胞(例如，癌细胞和非癌细胞)通过坏死而被杀死，或者一些癌细胞和一些非癌细胞在第一治疗区中被杀死。
[0011]同样地，根据实施例，由于靶细胞和非靶细胞两者(例如，癌细胞和非癌细胞)的跨膜电位增加到致死阈值，所以其可在第一治疗区内被杀死。
[0012]在实施例中，由于癌细胞的核跨膜电位增加到致死阈值，所以其在第二治疗区内被杀死。
[0013]在实施例中，连续脉冲之间的延迟可大于每个脉冲的长度，或者连续脉冲之间的延迟可为每个脉冲长度的几分之一，或者每个脉冲的长度可等于癌细胞的细胞膜的充电时间加上癌细胞的核膜的放电时间，而连续脉冲之间的延迟等于癌细胞的细胞膜的充电时间。同样地，癌细胞的细胞膜的充电时间和癌细胞的核膜的放电时间可通过数字建模测定。
[0014]在实施例中，脉冲串包含为矩形脉冲、线性变化、指数衰减或正弦波的电场波形。在实施例中，电场波形为单极或双极的，或者可为包含第一频率谐波和第二频率谐波的叠加双峰信号，其中第二频率谐波具有高于第一频率谐波频率的频率。
[0015]在实施例中，电场波形包含连续交替的微秒量级脉冲与纳秒量级脉冲。同样地，电场波形可为对称或不对称的。在实施例中，电场波形可具有在100kHz到10MHz范围内的载波频率。波形的载波频率或脉冲持续时间可基于癌细胞的交越频率。
[0016]在实施例中，每个脉冲的长度和连续脉冲之间的延迟基于癌细胞的物理细胞核与细胞质大小比率而被优化。
[0017]本专利技术的实施例包括一种治疗患者体内的癌症的方法，包含识别患者体内的实体肿瘤，将至少一个电极插入到实体肿瘤中或与实体肿瘤相邻并且施加包含具有连续脉冲之间的延迟的多个电脉冲的脉冲串。此类方法还适用于治疗不一定为癌性的非所期望细胞或靶细胞。在实施例中，优化每个脉冲的长度和连续脉冲之间的延迟以产生在至少一个电极半径内的第一治疗区和在电极的第一半径与第二半径内之间的第二治疗区，所述第二治疗区位于第一治疗区外部。在第一治疗区中，癌细胞和健康细胞被非选择性杀死，而在第二治疗区中，癌细胞被选择性杀死或抑制，健康细胞被避开。治疗患者体内癌症的方法可在体内、离体或体外执行。
[0018]在本专利技术的实施例中，在第二治疗区中选择性抑制癌细胞包含减缓或停滞细胞分裂。可替代地或此外，在第二治疗区中选择性抑制癌细胞包含减缓或停滞移动。可替代地或
此外，在第二治疗区中选择性抑制癌细胞包含减少血液和养分的传输。
[0019]在本专利技术的实施例中，癌细胞和健康细胞通过坏死而在第一治疗区内被杀死。可替代地或此外，癌细胞通过细胞凋亡而在第二治疗区内被杀死。
[0020]在本专利技术的实施例中，由于癌细胞和健康细胞的跨膜电位增加到致死阈值，所以其在第一治疗区内被杀死。可替代地或此外，由于癌细胞的核跨膜电位增加到致死阈值，所以其在第二治疗区内被杀死。
[0021]本专利技术的优选实施例可以靶向细胞核的跨膜电位，以使得跨膜电位由于本专利技术的优化脉冲而达到致死阈值。然而，其它实施例可以靶向任何膜结合胞内细胞器，不管通过对跨膜电位还是任何其它机制的影响，所述膜结合胞内细胞器包括(但不限于)线粒体、光面内质网、粗面内质网、高尔基体、内体、溶酶体、过氧化物酶体、存储囊泡以及传输囊泡。
[0022]在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电穿孔系统，其包含：至少一个电极；和可编程电压脉冲发生器，所述电压脉冲发生器耦合到所述至少一个电极并且经配置以向靶区域施加具有在连续脉冲之间的延迟的多个电脉冲，其中每个脉冲的长度和所述连续脉冲之间的延迟经编程以产生第一电穿孔区和第二电穿孔区；其中在所述第二电穿孔区中，仅所选择的细胞受到所述多个电脉冲的影响。2.根据权利要求1所述的电穿孔系统，其中所述电压脉冲发生器经配置以施加多个电脉冲，使得在所述第二电穿孔区内，以减缓或停滞细胞分裂的方式来抑制癌细胞。3.根据权利要求1所述的电穿孔系统，其中所述电压脉冲发生器经配置以施加多个电脉冲，使得在所述第二电穿孔区内，以减缓或停滞迁移的方式来抑制癌细胞。4.根据权利要求1所述的电穿孔系统，其中所述电压脉冲发生器经配置以施加多个电脉冲，使得在所述第二电穿孔区内，以减少血液和养分的传输的方式来抑制癌细胞。5.根据权利要求1所述的电穿孔系统，其中所述电压脉冲发生器经配置以施加多个电脉冲，使得在...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：弗吉尼亚暨州立大学知识产权公司，
类型：发明
国别省市：