可变电流密度单针电穿孔系统和方法技术方案

本发明专利技术包括改进的电穿孔电极系统，其包括单个针状电极和环形或环状电极，其中电极的表面积的差异保证在被治疗组织的表面附近的电流密度的相当大的减小和对只在相邻于单针电极的终端部分的组织中的电穿孔充足的更集中的电流密度。因此，本发明专利技术保证以用于电穿孔的特定组织为目标，并且还将保证减小在被治疗组织中的电流的感觉。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及增加细胞的渗透性的电脉冲的使用，尤其是涉及用于将受控电穿 孔电场施加到人和动物的体内组织以将药物化合物和核酸输送到其细胞的方法和设备。进 一步地，本专利技术涉及用于执行电穿孔的改进和新颖的电极设计，该设计在遭受电穿孔的组 织治疗部位附近提供聚焦的电流密度，同时在远离所述组织治疗部位处提供降低的电流密 度的非电穿孔电场，该设计保证将电穿孔电脉冲聚焦在预定和可测量的组织容积中例如在 骨骼肌肉和/或真皮和皮下组织中，同时另外保证到包含神经感觉细胞的哺乳动物表面组 织的电流的相当大的减少。
技术介绍
下面的描述包括可能在理解本专利技术中有用的信息。它并不承认任何这样的信息是 现有技术或与目前主张的专利技术有关，或被明确地或隐含地引用的任何出版物是现有技术。将疫苗和其它药剂施用到体组织内的传统方式是通过使用注射器和针头直接注 射到肌肉或皮肤组织中。如在本领域中完全公开的，将电能电穿孔脉冲与直接注射结合保 证这样的疫苗或制剂直接输送到组织内的细胞中。使用电穿孔电脉冲来这样直接输送到细 胞可能对身体的新陈代谢和/或免疫系统的反应的质量有深远的临床效果，优于简单的注 射器和针头注射的输送。而且，物质经由电穿孔进入细胞的直接输送的能力实现了对多肽 编码的可表达裸DNA的有效输送，多肽有任何数量的功能，包括用于引起免疫反应的抗原， 或可选地，用于影响导致临床效果的各种生物途径的新陈代谢。虽然电穿孔技术允许物质到体内细胞区室的更先进的输送，如目前通常使用例如 在美国专利6，041，252,6, 278，895和7，245963中公开的组织穿透电极阵列所执行的，电穿 孔过程对实际临床使用有至少两个明显的缺点。这些缺点包括，首先，需要使用多个引入外 伤的针头来穿透皮肤屏障，以及其次，不能容易确定经受电穿孔的组织容积。使用间隔开的 组织刺穿针状电极的传统电穿孔技术提供了被电穿孔的组织的相对展开的面积。一般，在 使用间隔开的电极的阵列时经受电穿孔的组织容积比阵列的电极所限制的容积大。这是由 于电力线穿过正电极和负电极之间的体内组织而自然流动。电穿孔力能够在阵列外部周围 传播多远并不是容易可计量的。这使被细胞吸收药物的量的可计量测量很难。因此，就治 疗剂量输送的控制而言，仍然需要量化经受电穿孔的组织的量，由此量化使用电穿孔输送 到所述组织的细胞中的药物的剂量。关于组织穿透，一般间隔开的针头阵列设计不仅也引起多个针头进入肉体的穿透 的真实感觉，而且由于穿透电极的被暴露的导电长度，电穿孔脉冲的受体将经历明显的电 击，即使被插入的针头的上部部分具有绝缘涂层。所谓上部部分在这里指的是与表面和真 皮组织接触的针头的长度。通常，由于在两个被暴露的细长电极之间发送的脉冲建立穿过 所述电极所穿透的肉体的整个深度的电场和电流的事实，电穿孔过程中的电脉冲很明显。 因为皮肤组织拥有相当多的神经感觉细胞，目前认为在外部组织区域中的电击的感觉很明 显。这个一般令人不快的感觉对诸如接种疫苗的应用中电穿孔的普遍接受和使用是缺点。 进一步地，假定电击的任何感觉与经受某个强度的电流的组织面积或容积有关，则它将合6理地出现，假定在哺乳动物中只使用单针的有效电穿孔是可能的，如本专利技术人在共同未决 的专利申请序列号11/894,653中示出的，该专利在这里通过引用被全部并入，间隔开的电 极阵列的使用使得超乎所需的、相当大的面积的组织受到电脉冲以及随之发生对感觉神经 细胞的刺激。因此，在本领域中需要找到用于输送电穿孔脉冲同时减小对基于组织表面和 皮肤的神经细胞的刺激。就电能的电穿孔脉冲的明显感觉而言，感觉的水平也部分地归因于所使用的电极 的设计和一般裸金属性质。例如，电极一般被构造在各种配置中，例如卡规、曲径电极、和用 于将电脉冲输送到皮肤表面和在接近于皮肤的下层组织的非侵入式针头阵列、以及用于将 电脉冲输送到深层组织的细长和穿透针头阵列。将电极直接放置在皮肤上或刺穿皮肤的做 法将电极设置在经神经刺激而对疼痛的敏感度非常显著的组织的区域中。因此，在没有用 于减小具有很密的感觉神经末梢的组织区域中的电流和电流密度的情况下，电击的感觉将 可能保持。因此，在本领域中仍然存在对电穿孔方法、电极和系统的需要，所述电穿孔方法、 电极和系统可保证可计量地测量实际经受电穿孔的组织的容积的能力，以及保证相当大地 减小定向在包含神经感觉细胞的组织中的电能，以便保证在治疗物质的电穿孔辅助的输送 期间减小感觉细胞刺激的可能性。专利技术概述现在转到本专利技术的优点，所公开的是用于进行治疗物质到哺乳动物的体内组织的 电穿孔辅助的输送的装置，治疗物质包括可表达核酸序列编码治疗多肽或核酸的治疗剂形 式或其衍生物。在优选实施方式中，装置可用于直接向细胞输送链接到启动子的、并由此 能够表达编码的多肽的DNA序列。在其它可选优选实施方式中，装置可用于输送包括RNA、 RNAi、siRNA、microRNA和shRNA的治疗物质。物质还可包括可表达核酸序列编码细胞因子、 激素和在对紊乱和疾病的治疗中有用的其它功能分子。本专利技术还包括使用脉动电场来将治疗剂输送到包括皮肤的真皮和下层肌肉隔室 的皮肤细胞中用于局部和全身治疗的体内方法。在本专利技术的特别优选的实施方式中，提供 了用于将治疗剂引入体组织和细胞内的体内方法，例如真皮内的细胞和肌肉细胞，特别是 真皮中的肌肉细胞和位于较深层组织中的骨骼肌肉细胞。被设想用在本专利技术方法上的治疗 剂包括裸或配制核酸，包括RNAi、siRNA、microRNA和shRNA、多肽和化学治疗剂、以及可直 接作为缓和剂使用的其它治疗剂(即，直接发挥治疗效果的治疗剂)、或作为具有较不直接 效果的制剂(例如，引起免疫反应的基因编码多肽)。在另一实施方式中，本专利技术的方法保证将电能的电穿孔脉冲以及非电穿孔电场输 送到体内组织的能力，该电穿孔脉冲包括在经受电穿孔的组织治疗部位处或附近的高电流 密度，而同时，非电穿孔电场具有远离所述组织治疗部位的相应地明显降低的或扩散的电 流密度。特别地，如这里公开的，本专利技术装置包括下面进一步描述的单个组织穿透针状电 极和相应的环形反电极，其包括在空间上相对于细长电极定位的平坦和通常圆形或卵形结 构，使得细长电极优选地在中央并垂直于平坦环形电极表面，如图2所示。“环形”电极的实 际形状可包括可变的几何形状，例如圆形、卵形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形等。在另一实施方式中，单个中央细长电极具有组织穿透远端和安装到基底的近端。 细长电极可为实心或管状的，在后面的情况下，所述电极能够通过其输送流体物质。在可7选实施方式中，管状配置可包括有孔皮下注射针头(即，用于排出流体物质的口沿着针头 的侧面)，或在可选的特别优选的实施方式中，管状电极可包括有孔针头，其中在管状针头 的顶端处没有孔。在这样的布置中，通过管挤出的流体介质将不排出针头的顶端，而相反完 全通过侧口。在另一实施方式中，侧口位于至少沿着管的导电远端0. 1到1. 5cm部分的细 长电极上。在有关实施方式中，形成多个侧口的孔提供了均勻分布进入预期经受电穿孔的 组织中的被注入的物质的惊人的能力，其中所述孔的直径小于大约120微米并以电极的每 lcm长度通常有大约在10和100个之间、优选地在20和60个之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将分子输送到哺乳动物的细胞中的电穿孔系统，包括：ａ）几何平面环形电极；ｂ）组织穿透细长电极，其具有近端和远端，所述细长电极具有其中的非导电部分，所述非导电部分位于所述近端和离所述远端大约２．５和至少０．１ｃｍ之间处之间，所述非导电部分包括在所述细长电极上的绝缘体涂层或绝缘材料；ｃ）壳体，其与所述环形电极和细长电极相关，所述壳体包含与所述环形电极和所述细长电极电通信的电路、与所述电路电通信的至少一个电容器、以及用于在０．５和４ｃｍ之间的行进长度的线性运动中驱动所述细长电极的致动器；ｄ）充电单元，其用于给所述电容器充电；以及ｅ）计算机，其与所述充电单元电通信，所述计算机包括能够对所述系统执行编程功能的软件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2008-1-17 61/011772一种用于将分子输送到哺乳动物的细胞中的电穿孔系统，包括a)几何平面环形电极；b)组织穿透细长电极，其具有近端和远端，所述细长电极具有其中的非导电部分，所述非导电部分位于所述近端和离所述远端大约2.5和至少0.1cm之间处之间，所述非导电部分包括在所述细长电极上的绝缘体涂层或绝缘材料；c)壳体，其与所述环形电极和细长电极相关，所述壳体包含与所述环形电极和所述细长电极电通信的电路、与所述电路电通信的至少一个电容器、以及用于在0.5和4cm之间的行进长度的线性运动中驱动所述细长电极的致动器；d)充电单元，其用于给所述电容器充电；以及e)计算机，其与所述充电单元电通信，所述计算机包括能够对所述系统执行编程功能的软件。2.如权利要求1所述的系统，其中所述环形电极电绝缘地分成两个导电半部分。3.如权利要求2所述的系统，还包括用于感测在所述环形电极的每个所述半部分和组 织表面之间的电阻的电路。4.如权利要求1所述的系统，还包括用于感测被施加到靠着组织表面的所述环形电极 的压力的电路。5.如权利要求1所述的系统，其中所述环形电极的所述几何形状从环、椭圆、环形圆、 等腰三角形环、等边三角形环、正方形环、矩形环、五边形环和六边形环组成的组中选择。6.如权利要求5所述的系统，其中所述环形电极具有用于传导电流的、与所述细长 电极的表面积成比例的表面积，环形电极细长电极表面积比率的所述比例从由5 1、 10 1,100 1和1000 1组成的组中选择。7.如权利要求1所述的系统，其中所述细长电极是管状的并能够将流体介质从所述近 端引导到所述远端，所述近端与储蓄器流体相通，而所述远端具有沿着所述电极的长度定 位的多个孔，所述长度包括在所述电极的所述远端部分的大约1. 0和1. 5cm之间。8.如权利要求7所述的系统，其中所述孔具有从120微米、100微米、90微米、80微米、 70微米、60微米、50微米、40微米、30微米和20微米组成的组中选择的直径。9.如权利要求8所述的系统，其中所述多个孔的数量从导电细长电极长度的每厘米10 和100个孔之间以及每厘米20和60个孔之间的组中选择。10.如权利要求9所述的系统，其中所述致动器从电机、机械驱动的致动器和生命性地 驱动的致动器中选择。11.如权利要求10所述的系统，其中所述致动器能够驱动所述细长电极线性运动并将 流体介质从储蓄器通过所述细长电极中的腔驱动到在所述细长电极的远端部分处的多个 口并驱动出所述口。12.如权利要求1所述的系统，其中所述细长电极是负电极。13.一种用于体内电穿孔的可变电流密度电极系统，包括a)几何平面环形电极；b)部分绝缘的细长针状电极，其中所述电极沿着其一端的一部分是导电的；c)从在1000 1和5 1之间的范围组成的组中选择的在所述环形电极和所述细长 电极之间的表面积比率；d)用将所述细长电极和环形电极与用于给所述电极供能的电源连接的电路，特征在于，当所述电极系统通过提供体组织中的电脉冲被启动时，在所述针状电极处 或附近的所述组织中的电流密度高于在所述环形电极处或附近的所述组织中的电流密度。14.如权利要求13所述的可变电流密度电极系统，其中所述环形电极具有在1cm2和 100cm2之间的表面积。15.如权利要求13所述的系统，其中所述针状电极具有在0.01 cm和2. 5cm之间的导电 长度。16.如权利要求15所述的系统，其中所述针状电极具有在0.05和1. 00cm2之间的导电表面积。17.如权利要求13所述的系统，其中所述电极上的所述部分绝缘在近端到其远端的大 约0. 1到2. 5cm内之间。18.如权利要求17所述的系统，其中所述绝缘从塑料、聚对二甲苯、Teflon 和环氧树 脂组成的组中选择。19.如权利要求13所述的系统，其中所述环电绝缘地分成两个电气相等的导电部分。20.如权利要求13所述的系统，其中所述环形电极带有正电荷，且其中所述细长针状 电极带有负电荷。21.如权利要求20所述的系统，其中当电穿孔脉冲放电到所述组织中时，所述带负电 细长电极导致金属离子从所述电极到所述体组织中的可忽略的散发。22.如权利要求19所述的系统，其中所述环具有从环、椭圆、环形圆、等腰三角形环、等 边三角形环、正方形环、矩形环、五边形环和六边形环组成的组中选择的几何形状。23.如权利要求13所述的系统，其中所述细长电极是管状的并能够从储蓄器引导流体 介质，所述电极具有沿着所述电极的长度定位的多个孔，所述长度包括在所述电极的远端 部分的大约1.0和1.5cm之间。24.如权利要求23所述的系统，其中所述孔具有从120微米、100微米、90微米、80微 米、70微米、60微米、50微米、40微米、30微米和20微米组成的组中选择的直径。25.如权利要求24所述的系统，其中所述多个孔在导电细长电极长度的每厘米20和 60个之间。26.一种用于将治疗物质的剂量输送到哺乳动物的组织中的预定容积的细胞的电穿孔 系统的用途，所述用途包括a)预先确定将受到电能的电穿孔脉冲的组织的容积；b)通过对所述组织注射来向所述组织提供预定容积的所述治疗物质；c)使用权利要求1的环形电极系统以电脉冲刺激包括所述治疗物质容积的被注射组 织，所述电脉冲足以电穿孔到所述组织中，所有的所述治疗物质进入所述容积的组织的细 胞；从而...

【专利技术属性】
技术研发人员：R克耶肯，SV凯默勒，F林，D拉布赛，TJ卡多斯，
申请(专利权)人：基因特朗尼克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]