植入式在体电转染装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种植入式在体电转染装置，用于将光敏感型的目的基因转入植入部位的目标细胞中，该电转染装置包括中央控制系统、电极系统及注射系统，中央控制系统与电极系统及注射系统相连用于控制电极系统及注射系统，注射系统用于向目标细胞注射目的基因，电极系统产生电脉冲使目的基因转入目标细胞中并采集植入部位的电生理信号反馈至中央控制系统。该植入式在体电转染装置结合微量注射技术、电转染技术及微电极测量技术，能实现对目标神经元的转染、光遗传学调控和电生理信号的测量。由于电转染是一种纯物理方法，因此避免了化学和生物毒性的威胁。电转染对细胞的使用范围广，转染率高。

【技术实现步骤摘要】
植入式在体电转染装置
本专利技术涉及医疗器械领域，尤其涉及一种植入式在体电转染装置。
技术介绍
癫痫、帕金森症、精神分裂症、神经性厌食、抑郁症、老年痴呆症、震颤、痉挛、强迫症、焦虑症、脑中风、以及毒瘾等众多的中枢神经系统和精神疾病一直威胁人类健康，困扰人类的正常生活。目前世界范围内的神经系统和精神疾病患者有约6亿人，其中我国约占四分之一。并且随着社会的老龄化发展以及经济、环境等多方面因素的影响，这些疾病的患者数量有逐年增加的趋势，对社会和经济的发展造成了巨大的障碍。因此，亟需一种方法来深入地研究神经回路的重塑与修复机制，进而揭示和阐明神经系统和精神疾病在细胞回路层面上的发病机理和探讨更加有效的临床调控靶点。光遗传学技术的出现让使得上述问题的解决成为可能。光遗传学技术是近几年迅速发展的一项整合了光学、基因工程、电生理以及电子工程的全新的多学科交叉的生物技术，其主要原理是首先采用基因工程技术将光感基因转入到神经系统中特定类型的细胞中进行表达，使其在细胞膜上形成特殊的离子通道。这些离子通道在不同波长的光照刺激下对不同阴阳离子的通过具有选择性，造成细胞膜两侧的膜电位发生变化，从而可以通过光纤达到对细胞选择性地兴奋或者抑制的目的。在光调控的同时，通过电极对目标神经元的生理信号的获取和分析，完成对光调控的监控和回馈。然而，传统的对于光感基因在目标神经元中表达所采用的方法主要为携带了质粒的腺病毒或者慢病毒在体内的感染。病毒转染可能会导致细胞增殖能力下降，还可能影响外源基因的结构与功能，产生插入致突变；在长期实际应用中对DNA存在的影响未知，具有潜在的危险。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种安全性能较高的植入式在体电转染装置，用于对神经系统和精神疾病的发病和治疗进行研究。一种植入式在体电转染装置，用于将光敏感的目的基因转入植入部位的目标细胞中，该电转染装置包括中央控制系统、电极系统及注射系统，中央控制系统与电极系统及注射系统相连用于控制电极系统及注射系统，注射系统用于向目标细胞注射目的基因，电极系统产生电脉冲使目的基因转入目标细胞中并采集植入部位的电生理信号反馈至中央控制系统。在优选的实施方式中，所述电极系统包括电极单元、固定板及电脉冲波形发生器； 所述电极单元固定在所述固定板上；所述电脉冲波形发生器与所述电极单元相连，向所述电极单元发送电脉冲。在优选的实施方式中，所述电极单元包括至少一个微电极。在优选的实施方式中，所述微电极包括电极接头、与所述电极接头相连的电极头、以及包裹在电极接头与电极的连接部分表面的绝缘层，所述电极接头与所述电脉冲波形发生器相连。在优选的实施方式中，所述注射系统包括注射控制单元及微流导管；所述微流导管固定在所述固定板上；所述注射控制单元与所述中央控制系统相连，控制目的基因由所述微流导管注入植入部位。在优选的实施方式中，所述电极单元为包括多个微电极的电极阵列，所述微流导管为金属材质，所述微电极之间或者微电极与金属材质的微流导管之间构成电流回路。在优选的实施方式中，所述电极单元为包括多个微电极的电极阵列，所述微流导管为塑料材质，多个所述微电极之间构成电流回路。在优选的实施方式中，所述电极单元包括一个微电极，所述微流导管为金属材质， 所述微电极与所述微流导管之间构成电流回路。在优选的实施方式中，还包括用于对目标细胞进行光刺激调控的光调控系统，所述光调控系统与所述中央控制系统相连，接收所述中央调控系统的调控指令对植入部位的目标细胞进行光刺激调控。在优选的实施方式中，所述光调控系统包括光源、光脉冲波形发生器及光纤单元； 所述光脉冲波形发生器与所述光源相连，向所述光纤单元发送激光脉冲；所述光纤单元固定在所述固定板上。在优选的实施方式中，所述光纤单元包括至少一个光纤。在优选的实施方式中，所述光纤穿入所述微流导管中，通过所述微流导管伸入至植入部位的组织中；或者所述光纤与所述微流导管紧靠并列设置。在优选的实施方式中，所述电极头表面修饰有金属颗粒、金属氧化物、水凝胶、导电聚合物、碳材料、多肽及蛋白质中的至少一种修饰材料。在优选的实施方式中，所述电极头为针状、柱状或盘状。在优选的实施方式中，所述固定板为盘状，所述固定板上开设有固定孔，所述固定板通过所述固定孔固定在植入部位。该植入式在体电转染装置结合微量注射技术、电转染技术及微电极测量技术，能实现对目标神经元的转染、光遗传学调控和电生理信号的测量。在细胞电转染的过程中，游离的目的基因结合到细胞膜上，在电脉冲的作用下，细胞膜上会形成小孔，从而使得目的基因可逆地插入电穿孔的细胞膜进入细胞内，从而使得目的基因得以表达。由于电转染是一种纯物理方法，因此避免了化学和生物毒性的威胁。电转染对细胞的使用范围广，转染率尚ο附图说明图1为一实施方式的植入式在体电转染装置示意图；图2为图1实施方式中植入式在体电转染装置的细化模块图；图3为图1实施方式中电极单元、微流导管及固定板结合示意图；图4为包含光纤的电极单元、微流导管及固定板结合示意图；图5为另一实施方式中包含光纤的电极单元、微流导管及固定板结合示意图。具体实施方式下面主要结合附图及具体实施例对植入式在体电转染装置作进一步详细的说明。如图1所示，本实施方式的植入式在体电转染装置100主要用于将光敏感型的目的基因转入植入部位的目标细胞500中。该电转染装置100包括中央控制系统110、电极系统120及注射系统130。中央控制系统110与电极系统120及注射系统130相连用于控制电极系统120及注射系统130。电极系统120产生电脉冲使目的基因转入目标细胞500中并采集目标细胞500附近的电生理信号反馈至中央控制系统110。请结合图2和图3，本实施方式的电极系统120 包括电极单元122、固定板IM及电脉冲波形发生器126。电极单元122固定在固定板IM 上。电脉冲波形发生器126 —端与电源600相连，另一端与电极单元122相连，向电极单元 122发送一定频率的电脉冲。为了提高电转染的效率，和保证电转染的安全性能高，需要对电源600和电脉冲波形发生器126的参数进行适当调整，找到最佳电压、电流、波形、频率和占空比。电极单元122包括至少一个微电极M0，当有多个微电极MO时，可以构成微电极阵列。如图3所示，微电极240包括电极接头M2、电极头M4以及绝缘层M6。电极接头 242与电脉冲波形发生器1 相连，接收电脉冲波形发生器1 产生的电脉冲。电极头244 植入至组织内，用于对目标细胞500(如神经细胞)进行电脉冲刺激。电极接头242与电接头244的连接部分包裹绝缘层M6。优选的，电极头M4的表面可以修饰有金属颗粒、金属氧化物(如氧化钇)、水凝胶、导电聚合物、碳材料(如碳纳米管)、多肽及蛋白质中的至少一种修饰材料，以获得更加稳定的电生理信号。此外，电极头M4的形状也可以根据需要进行电转染区域的大小进行选择，如可以选择针状电极头、柱状电极头或盘状电极头等。优选微型柱状的电极头244，可以在最小的组织创伤条件下和最大区域的组织中实现电转染，并且具有较高的安全性和生物相容性。固定板IM优选为盘状。固定板124上开设有固定孔对8。固定板IM通过固定孔M8固定在植入部位。注射系统130用于向目标细胞500注射目的基因。请结合图2和图3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种植入式在体电转染装置，用于将光敏感的目的基因转入植入部位的目标细胞中，其特征在于，包括中央控制系统、电极系统及注射系统，所述中央控制系统与所述电极系统及所述注射系统相连用于控制所述电极系统及注射系统，所述注射系统用于向目标细胞注射目的基因，所述电极系统产生电脉冲使目的基因转入目标细胞中并采集植入部位的电生理信号反馈至中央控制系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁艺，潘建青，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：94