用于疾病检测和治疗的新型仪器和方法技术

本发明专利技术涉及一种仪器和方法，该仪器和方法用于检测疾病是否存在并监测疾病的进展，特别是肺部疾病，包括：用于生物体通过的通道或腔室；至少一个检测器，部分或完全置于通道或腔室的一个或多个侧壁旁，其中至少一个检测器能够检测生物体的至少一种生物物理或物理特性，以及收集检测到的生物物理或物理性质用于分析以确定疾病是否存在于生物体或确定疾病的状况，从而提供确定或监测疾病进展的能力。从而提供确定或监测疾病进展的能力。从而提供确定或监测疾病进展的能力。

【技术实现步骤摘要】
用于疾病检测和治疗的新型仪器和方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求于2019年3月15日提交的美国申请62/818,909、2019年4月5日提交的美国申请62/830,354、2019年4月23日提交的PCT申请PCT/US2019/028785， 2019年6月24日提交的美国申请号62/865，816和2019年10月7日提交的PCT申请号 PCT/US2019/055060的优先权，都通过引用将其全部内容合并于此。


本专利技术属于医疗领域，具体涉及一种用于疾病检测和治疗的新型仪器和方法。

技术介绍

[0002]许多疾病难以通过单一途径或方法来检测。尤其是，许多发病率和死亡率高的严重疾病，包括呼吸道/肺部疾病，癌症和心脏病，都难以通过一种检测设备以高灵敏度，特异性和高效率在早期进行诊断。值得注意的是，当前对许多重要的肺部疾病(例如，肺炎，肺结核，严重急性呼吸系统综合症(SARS)和冠状病毒)的检测仍然无效，复杂和/ 或昂贵。
[0003]另外，目前的疾病诊断技术通常检测和依赖于单一的宏观数据和信息，如体温、血压、身体扫描图像。例如，检测癌症这类重大疾病，现在常用的每种诊断仪器大多是基于影像技术的设备，如X射线、CT扫描或核磁共振(NMR)成像技术。当这些诊断仪器组合使用时，对疾病的诊断在不同程度上是有用的。然而，当这些设备各自单独使用时，都不能在重大疾病发病的早期进行准确的、可信的、高效的、经济的检测，并且难以同时检测多种类型的癌症。另外，很多这些现有诊断设备体型较大且具有侵入性，如X射线、CT 扫描或核磁共振(NMR)成像技术。
[0004]即使最近涌现出了基于基因检测的新技术，它也通常依赖于单一的诊断技术，不能对重大疾病进行全面的、可靠的、准确的、可信的、经济的检测。近年来，人们在将纳米技术应用于多种生物领域方面做了诸多努力，大量的工作集中在疾病检测领域中基因图谱及其微小变化。例如，Pant.el等人讨论了利用微机电系统传感器((MEMS)在体外检测血液和骨髓内的癌细胞的方法(详见《自然评论》2008,8,329Klaus Pantel等人)；Kubena等人在美国专利6,922,118提到利用MEMS检测生物药剂；Weissman等人在美国专利号 6,330,885中提到的利用MEMS传感器检测生物物质的增生。
[0005]到目前为止，大多数上述技术局限于单一的传感技术，使用相对结构简单、大尺寸且功能有限、缺乏灵敏度与特异性的系统。而且，现有这些技术需要用多种设备一起进行多次检测。这些会增加费用并影响灵敏度和特异性。
[0006]进一步的，当前的癌症筛选和预后IVD方法通常包括生物标记，循环肿瘤细胞 (CTC)和基因组学(例如循环肿瘤
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DNA(ct
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DNA))。尽管上述每种技术都有许多优势，但它们也有许多局限性，包括无法同时检测多种类型癌症，无法及早发现癌症，相对较低的敏感性和特异性，在某些情况下还无法检测到某些类型的癌症(例如食道癌和脑瘤)。生物标记物对早期癌症检测无效，但限于癌症类型。在CTC和ct
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DNA的情况下，信号仅在实体瘤形成后
才出现，从而使早期癌症检测相对容易。参见例如Ji等人，J ClinOncol 33，2015；杜学东等，J Clin Oncol 33，2015；Jiang等，J Clin Oncol 33，2015；陶等人，J Clin Oncol 33，2015；Bettegowda等，《科学转化医学》，2014，6(224)：224；Phallen等人，Science Translational Med.2017，9(403)：2415；Khoo等人，ScienceAdvances，2016，2(7)：e1600274；Garcia
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Murillas等，《科学转化医学》，2015，7 (302)：302；Abbosh等人，Nature，2017，545(7655)：446
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451；和Herbst等人， Nature，2018，553(7689)：446。此外，常规的癌症筛查，检测和/或治疗方法缺乏有效地靶向或同时影响多种类型的癌症的标记或信号(例如，在一种测试或治疗中)。
[0007]这些缺点需要全新的解决方法来克服，即提供一种集成多种技术的可靠而灵活的检测仪并以较低的成本进行高精度、高灵敏度、高特异性、高效率、非侵入性、实用的、简单的、快速的检测。特别地，需要改进对诸如肺炎，肺结核，严重急性呼吸综合征 (SARS)和冠状病毒的肺部疾病的检测。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种仪器，该仪器用于检测生物体中疾病的存在或监测疾病进展。进一步的，该仪器用于治疗疾病。本专利技术涉及一种用于检测疾病的新技术(例如，诸如肺炎，肺结核，严重急性呼吸综合征(SARS)，冠状病毒等肺部疾病)，在一种设备中收集、处理或分析多种不同类别的生物信息。
[0009]它还涉及一种用于评估疾病(例如，肺炎，如肺炎，肺结核，严重急性呼吸系统综合症(SARS)，冠状病毒等)或癌症发生的风险水平，并使健康个体与可能的疾病或癌症个体区分开的新技术。
[0010]在传统技术中，通常仅收集一个水平的生物信息(一维)，而在该新技术中，可以收集至少两个水平(分类)的信息(七维或七个因子交互)。与通常关注一个参数或一个水平的传统技术(例如，蛋白质水平的生物标记物)相比，在该新技术中收集的信号和信息可以以多种形式收集，并非线性扩增。另外还有2因素和3因素相互作用可以被收集和分析，这可能在其他技术中缺失，因为它们通常仅测量一种类型的生物信息。
[0011]值得注意的是，根据本专利技术的有关肺部相关疾病的较早临床研究表明，对照组(健康)组和疾病组之间的生物物理特性统计差异，包括肺炎，肺结核等。其他可能合适的呼吸道或肺部疾病的例子包括严重急性呼吸系统综合症(SARS)，冠状病毒进一步感染等。因此，这项新技术可用于肺部疾病筛查，辅助诊断，预后和后续检测，具有更高的敏感性和特异性，能够在早期检测此类疾病，具有成本效益，并且没有副作用。
[0012]另外，本专利技术提供了用于检测多种疾病的存在或监测多种疾病的进展的新型仪器和方法。
[0013]这项新技术还可用于癌症筛查，协助诊断，预测和跟踪测试，具有更高的灵敏度和特异性，早期检测癌症的能力，检测重大疾病，癌前疾病和超过20种癌症的能力，成本效益高，并且没有副作用。本专利技术提供了新颖的装置和方法，用于同时检测和/或治疗多种疾病的存在或监测其进展。
[0014]该新技术提供了传统技术无法实现的几个优点：(1)已证明具有在一次测试中检测多达20种癌症类型的能力，包括一些其它体外测试无法检测到的癌症类型(例如：食道
癌、脑癌)，覆盖了所有癌症发病率的80％以上；(2)能够进行早期癌症检测；(3) 高灵敏度和特异性(超过20种癌症的75％～90％)；(4)无副作用；(5)高速，无需人工干预的全自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于检测生物体内疾病的存在或监测疾病进展的仪器，其特征在于，所述仪器包括：用于生物体穿过的通道或腔室；至少一个检测器，部分或完全置于通道或腔室的一个或多个侧壁旁，其中至少一个检测器能够检测生物体的至少一种生物物理或物理性质，并且收集检测到的生物物理或物理性质进行分析以确定疾病是否存在于生物体或确定每种癌症的状况，从而提供确定或监测疾病进展的能力。2.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述疾病是肺或肺部疾病，癌症，炎性疾病，糖尿病，肺部疾病，心脏病，肝病，胃病，胆道疾病或心血管疾病。3.根据权利要求2所述的仪器，其特征在于，所述肺或肺部疾病包括肺炎，肺结核，严重急性呼吸综合症(SARS)，冠状病毒，哮喘，慢性阻塞性肺疾病，慢性支气管炎，肺气肿，急性支气管炎，囊性纤维化，肺水肿，急性呼吸窘迫综合征，尘肺，间质性肺疾病，肺栓塞或肺动脉高压；癌症包括乳腺癌，肺癌，食道癌，肠癌，与血液有关的癌症，肝癌，胃癌，宫颈癌，卵巢癌，直肠癌，结肠癌，鼻咽癌，贲门癌，子宫癌，卵巢癌，胰腺癌癌症，前列腺癌，脑瘤或循环肿瘤细胞；炎性疾病包括寻常痤疮，哮喘，自身免疫性疾病，自身炎性疾病，乳糜泻，慢性前列腺炎，憩室炎，肾小球肾炎，化脓性汗腺炎，过敏性肠炎，间质性膀胱炎，中耳炎，盆腔炎，再灌注损伤，类风湿热，风湿热关节炎，结节病，移植排斥或眼睑炎；糖尿病包括Ⅰ型糖尿病，Ⅱ型糖尿病或妊娠糖尿病；心脏病包括冠状动脉疾病，心脏增大(心肌肥大)，心脏病，心律不规则，心房颤动，心律失常，心脏瓣膜病，心源性猝死，先天性心脏病，心肌病(心肌病)，扩张型心肌病，肥厚型心肌病，限制性心肌病，心包炎，心包积液，马凡氏综合征或心脏杂音；肝病包括筋膜炎，肝炎，酒精性肝病，脂肪肝(肝脂肪变性)，遗传性疾病，吉尔伯特综合征，肝硬化，原发性胆汁性肝硬化，原发性硬化性胆管炎或布加综合征；胃病包括胃炎，胃息肉，胃溃疡，胃良性肿瘤，急性胃粘膜病变，胃窦胃炎或胃间质瘤；胆道疾病包括胆管结石，胆囊结石症，胆囊炎，胆管扩张，胆管炎或胆囊息肉；心血管疾病包括冠状动脉疾病，外周动脉疾病，脑血管疾病，肾动脉狭窄，主动脉瘤，心肌病，高血压心脏病，心力衰竭，肺心病，心律不齐，心内膜炎，炎症性心肌肥大，心肌炎，瓣膜性心脏病，先天性心脏病，风湿性心脏病，冠状动脉疾病，外周动脉疾病，脑血管疾病或肾动脉狭窄。4.根据权利要求2所述的仪器，其特征在于，所述疾病是肺部疾病，包括肺炎，肺结核，严重急性呼吸综合症(SARS)或冠状病毒。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器能够同时检测生物体中两种或更多种不同类型疾病的存在或监测其进展。6.根据权利要求5所述的仪器，其特征在于，所述两种或更多种不同类型的疾病包括肺部疾病。7.根据权利要求6所述的仪器，其特征在于，所述肺部疾病包括肺炎，肺结核，严重急性呼吸综合症(SARS)或冠状病毒。8.根据权利要求5至7中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器能够同时检测生物体中两种或更多种不同类型的癌症的存在或监测其进展。9.根据权利要求1至8中任一项所述的仪器，其特征在于，所述生物物理性质包括机械特性，声学特性，光学特性，电特性，电磁特性或机电特性。
10.根据权利要求9所述的仪器，其特征在于，所述电子性质是表面电荷，表面电势，静息电势，电流，电场分布，表面电荷分布，电池电子性质，电池表面电子性质，电子性质的动态变化，动态变化。电池电子特性，电池表面电子特性的动态变化，表面电子特性的动态变化，膜离子通道特性，静止膜电势，跨膜电势，去极化的跨膜电势，细胞膜的电子特性，电子的动态变化膜表面的特性，细胞膜电子特性的动态变化，电偶极子，四重电子，电信号的振荡，电流，电容，三维电或电荷云分布，DNA和染色体端粒的电特性，DNA表面电荷，DNA环绕介质的电特性，量子力学效应，电容或阻抗。11.根据权利要求10所述的仪器，其特征在于，所述生物物理特性包括影响基因复制和突变的量子力学效应。12.根据权利要求9所述的仪器，其特征在于，所述生物物理性质包括膜离子通道性质，静息膜电势，跨膜电势，去极化的跨膜电势，膜电压，膜电势，ζ电位(zeta potential)，阻抗，光学反射指数，光学折射率，钾离子，钠离子，氯离子，氮化物离子，钙离子，静电力，作用于细胞的静电力，作用于DNA双螺旋的静电力，作用于RNA的静电力，细胞膜上的电荷，DNA双螺旋上的电荷，RNA上的电荷，量子效应，近场电特性，近场电磁特性，膜双层特性，离子类型和/或浓度，离子渗透性，电流，电导率，电容或电阻。13.根据权利要求1至8中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器检测一种或多种生物物理或物理性质，所述生物物理或物理性质各自选自生物体内的电解质，钾离子浓度，钠离子浓度，氯离子浓度，钙离子浓度与分布，细胞外区域的净电荷，细胞外的离子浓度，重力场，机械场，量子力学场，磁场，电磁场，电场，电流，电阻，电导率，电容，膜离子通道性质，静息膜电位，跨膜电位，去极化的跨膜电位，膜电位，磁场，电场，电磁场和量子场。14.根据权利要求13所述的仪器，其特征在于，所述仪器直接或间接地测量所述量子力学效应。15.根据权利要求13或14所述的仪器，其特征在于，所述仪器直接或间接地测量所述生物体的液体样品中的离子或离子水平。16.根据权利要求13至15中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器通过生物化学或电极方法直接或间接地测量离子水平或浓度。17.根据权利要求13
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16中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器直接或间接地测量钾离子。18.根据权利要求13至17中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器直接或间接地测量钾离子的浓度。19.根据权利要求13至18中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器直接或间接地测量选自钾离子，钠离子，氯离子，氮化物离子和钙离子中的一种或多种离子。20.根据权利要求13
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19中的任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器直接或间接地测量选自钾离子，钠离子，氯离子，氮化物离子和钙离子的一种或多种离子的浓度。21.根据权利要求13至20中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器直接或间接地测量离子渗透率。22.根据权利要求1
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21中任一项所述的仪器，其特征在于，所述生物物理、物理特性与细胞间相互作用，细胞信号，细胞表面特性，细胞静电力，细胞排斥力，DNA表面特性，DNA表面电荷，DNA周围介质的电特性，量子力学效应，基因突变频率或量子力学效应有关并响应。
23.根据权利要求1
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22中任一项所述的仪器，其特征在于，所述生物体是液体样品。24.根据权利要求23所述的仪器，其特征在于，所述生物体包括体液或组织。25.根据权利要求24所述的仪器，其特征在于，所述体液包括全血，血清，血浆，汗液，眼泪，唾液或尿液。26.根据权利要求1至25中任一项所述的仪器，其特征在于，所述生物物理或物理特性是非癌信号，并且存在于来自健康个体的生物体中。27.根据权利要求1
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26中任一项所述的仪器，其特征在于，所述生物物理或物理特性存在于来自健康个体的生物体，来自非癌症疾病患者的生物体，以及来自癌症患者的生物体中，并能被检测到；检测到的分别来自健康个体，非癌症患者和癌症患者的特性是不同的。28.根据权利要求26或27所述的仪器，其特征在于，所述生物物理或物理特性能够区分正常样品与患有疾病的异常样品。29.根据权利要求28所述的仪器，其特征在于，通过将检测到的生物体的生物物理信息与确认的无疾病或患病生物体的相同生物物理信息进行比较来确定疾病是否存在。30.根据权利要求1
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29中任一项所述的仪器，其特征在于，所述疾病的状态包括健康阶段，早期疾病阶段以及中晚期疾病阶段，在任何两个阶段之间的具有统计意义的检测或监测阶段。31.根据权利要求1至30中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器同时检测生物体中三种或更多种类型的疾病的存在或监测其进展。32.根据权利要求31所述的仪器，其特征在于，所述三种或更多种类型的疾病包括肺部疾病。33.根据权利要求32所述的仪器，其特征在于，所述肺部疾病包括肺炎，肺结核，严重急性呼吸综合症(SARS)或冠状病毒。34.根据权利要求31或32所述的仪器，其特征在于，三种或更多种类型的疾病包括多种类型的癌症，所述癌症包括肺癌，肝癌，结肠直肠癌，乳腺癌，胃癌，食道癌，脑瘤，前列腺癌，血液癌，肠癌，胃癌，宫颈癌，卵巢癌，直肠癌，结肠癌，鼻咽癌，贲门癌，子宫癌，卵巢癌，胰腺癌或循环肿瘤细胞。35.根据权利要求1
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34中任一项所述的仪器，其特征在于，将至少一种试剂注入所述生物体的液体样品中，并且所述生物体与所述试剂反应并释放出信号，信号被所述仪器检测到。36.根据权利要求35所述的仪器，其特征在于，所述液体样品包括血液，血清，血浆，汗液，眼泪，唾液或尿液。37.根据权利要求36所述的仪器，其特征在于，所述试剂包括氧化剂，用于测试核酸的试剂，或用于生物化学测试的试剂。38.根据权利要求35至37中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器包括：混合室，在混合室中将至少一种试剂添加到生物体的液体样品中；以及检测室，在所述检测室中，检测器检测生物体的生物物理或物理特性。39.根据权利要求38所述的仪器，其特征在于，所述检测器还检测生物体由于与试剂反应而释放的信号。40.根据权利要求39所述的仪器，其特征在于，所述仪器还包括用于收集废液的废物收
集系统。41.根据权利要求1至40中任一项所述的仪器，其特征在于，所述仪器还包括附加装置，该附加...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞昌，杜学东，
申请(专利权)人：安派科生物医学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：