DE69923787T2

DE69923787T2 - Vorrichtung zur elektroporation ohne gewebepenetration

Info

Publication number: DE69923787T2
Application number: DE69923787T
Authority: DE
Inventors: Richard Gilbert; J. Mark JAROSZESKI; Richard Heller
Original assignee: University of South Florida
Current assignee: University of South Florida
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: CA2355051C; ATE289215T1; WO2000035532A1; DE69938013T2; EP1140282B1; EP1504787B1; DE69938013D1; US6314316B1; EP1504787A1; AU768451B2; JP2002532166A; DE69923787D1; AU2053600A; EP1140282A1; CA2355051A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Liefern von Molekülen in eine Zielzelle, und genauer auf eine derartige Vorrichtung, um ein derartiges Zuführen bzw. Liefern durch Elektroporation zu erreichen.
Beschreibung des Standes der Technik
Der Effekt von elektromagnetischen Feldern auf Zellmembranen wurde seit den 60-er Jahren studiert. Frühe Forschungen fokussierten auf ein Beschreiben von Beobachtungen, daß ein angelegtes elektrisches Feld reversibel Zellmembranen in vitro brechen kann. Während der 70-er Jahre war der Gegenstand in der Literatur üblicher und setzte ein Fokussieren auf ein Beschreiben des Phänomens fort, welches von einem kurzen Aussetzen an intensive elektrische Felder resultierte, ebenso wie auf den Eintritt von exogenen bzw. Fremdmolekülen in das Zellinnere als ein Ergebnis eines Membranbrechens bzw. einer Membranzerstörung. Anmeldungen begannen gemeinsam mit einem besseren Verständnis einer reversiblen Membranbeschädigung bzw. -zerstörung in den 80-er Jahren aufzutauchen.
Frühe Untersuchungen bzw. Recherchen führten zu dem gegenwärtigen Verständnis, daß ein Aussetzen von Zellen an intensive elektrische Felder für kurze Zeiträume temporär Membrane destabilisiert. Dieser Effekt wurde als ein dielektrisches Zusammenbrechen aufgrund eines induzierten Transmembran-Potentials beschrieben und wurde als "Elektroporation" oder "Elektropermeabilisierung" bezeichnet, da beobachtet wurde, daß Moleküle, welche normal nicht durch die Membran hindurchtreten, einen intrazellulären Zugang erzielen, nachdem die Zellen mit elektrischen Feldern behandelt wurden. Vom porierten Zustand wurde festgestellt, daß er temporär ist. Typischerweise verbleiben die Zellen in einem destabilisierten Zustand für den Zeitraum von Minuten, nachdem die elektrische Behandlung endet.
Die physikalische Natur von Elektroporation macht sie universell anwendbar. Eine Vielzahl von Verfahren verwendet diese Art von Behandlung, welche einen temporären Zugang zu dem Cytosol gibt. Diese beinhalten eine Ausbildung bzw. Erzeugung von monoklonalen Antikörpern, Zellfusion, Zellgewebefusion, ein Einsetzen von Membranproteinen und genetische Transformation. Zusätzlich wurden Farbstoffe und fluoreszierende Moleküle verwendet, um das Phänomen einer Elektroporation zu erforschen bzw. zu untersuchen. Ein bemerkenswertes Beispiel eines Ladens von Molekülen in Zellen in vivo ist die Elektrochemotherapie. Das Verfahren verwendet einen Wirkstoff, kombiniert mit elektrischen Pulsen als ein Mittel zum Beladen von Tumorzellen mit einem Antikrebswirkstoff, und wurde in einer Anzahl von Tiermodellen und in klinischen Versuchen bzw. Studien durch die vorliegenden Erfinder ausgeführt. Auch Plasmid DNA wurde in Rattenleberzellen in vivo geladen (Heller et al., FEBS Lett. 389, 225–28).
Protokolle für die Verwendung von Elektroporation zum Laden von Zellen in vitro verwenden typischerweise eine Suspen sion von einzelnen bzw. Einzelzellen oder Zellen, welche in einer planaren Weise an eine Wachstumsoberfläche festgelegt sind. Eine in vivo Elektroporation ist komplexer, da Gewebe involviert sind. Gewebe sind aus individuellen Zellen zusammengesetzt, welche gemeinschaftlich eine dreidimensionale Struktur ausbilden. In jedem Fall sind die Effekte auf die Zelle dieselben. 1 illustriert Details des Elektroporations-Verfahrens bzw. -Vorgangs. Elektroden und Elektrodenfelder bzw. -arrays zum Zuführen bzw. Liefern von elektrischen Wellenformen für einen therapeutischen Nutzen, beinhaltend ein Induzieren von Elektroporation, sind durch Bernard (WO 98/47562) beschrieben worden.
Das Laden von Molekülen durch Elektroporation in vitro ebenso wie in vivo wird typischerweise durch ein vorangehendes Aussetzen der Zellen oder von Gewebe von Interesse an einen Wirkstoff (2) ausgeführt. Die Zellen oder das Gewebe werden dann elektrischen Feldern ausgesetzt, indem eine oder mehrere Gleichstrompuls(e) angewandt wird bzw. werden. Eine elektrische Behandlung wird in einer Weise ausgeführt, die in einer temporären Membran-Destabilisierung mit minimaler Cytotoxizität resultiert. Die Intensität einer elektrischen Behandlung ist durch die Größe des angelegten elektrischen Felds beschrieben. Dieses Feld ist als die Spannung definiert, die an die Elektroden angelegt ist, dividiert durch den Abstand zwischen den Elektroden. Elektrische Feldstärken, die von 1000 bis 5000 V/cm reichen, wurden verwendet und sind spezifisch für zu untersuchende Zellen oder zu untersuchendes Gewebe. Pulse sind üblicherweise rechteckig in der Form; jedoch wurden auch exponentiell abfallende Pulse verwendet. Die Dauer von jedem Puls wird als Pulsbreite bezeichnet. Ein Molekülladen bzw. -beladen wurde mit Pulsbreiten ausgeführt, welche von Mikro sekunden (μs) bis Millisekunden (ms) reichen. Die Anzahl von Pulsen, welche verabreicht wurden, lag von eins bis acht. Typischerweise werden mehrere Pulse während einer elektrischen Behandlung verwendet.
Für Moleküle, die in das Zellinnere durch Elektroporation zu liefern sind, ist es wichtig, daß das Molekül von Interesse nahe dem Äußeren der Zellmembran zum Zeitpunkt der Elektroporation ist. Es ist auch wichtig, Moleküle nahe im wesentlichen zu allen Zellen innerhalb eines behandelten Gewebevolumens zu haben, um eine effiziente Zufuhr bzw. Lieferung zu im wesentlichen allen Zellen innerhalb des Behandlungsvolumens zur Verfügung zu stellen.
Gegenwärtig werden Moleküle systemisch oder direkt in die Behandlungsstelle injiziert. Es wird kein Versuch gemacht, eine spezifische Verteilung zu erzeugen. Diese Verfahren stellen nicht sicher, daß die Verteilung von Molekülen ausreichend ist, um eine effektive Zufuhr zu im wesentlichen allen Zellen zur Verfügung zu stellen.
Eine Elektropermeabilisierung von Tumorzellmembranen wurde berichtet (Rols et al., Nature Biotechnology 16, 173, 1998), indem angelegte elektrische Pulse von Oberflächenelektroden in Kontakt mit der Haut verwendet wurden. Proteine und Gene können in die Zellen durch ein Inkorporieren entweder des Proteins oder eines Plasmids transferiert werden, das ein Reportergen trägt. Diese Wirkungsgrade eines Transfers für das Protein und das Plasmid waren jeweils 20 und 4 %.
Eine erste Art von Elektrode, die in der Technik bekannt ist, umfaßt parallele Plattenelektroden bzw. Elektroden pa ralleler Platten, die an gegenüberliegenden Seiten des Tumors angeordnet werden. Andere Elektroden, die gegenwärtig in der Technik bekannt sind, umfassen Nadeln, welche in oder um das Gewebe von Interesse eingeführt werden. Eine dritte Art umfaßt bzw. beinhaltet eine ebene Anordnung von parallelen Drähten, welche auf der Oberfläche des Gewebes angeordnet werden können.
Elektroden und Verfahren, die in der Technik bekannt sind, stellen keine Molekülbewegung während der Prä-Elektroporationszeit für eine Elektromigration, Verteilung und Post-Elektroporationszeit zur Verfügung, wenn sich die Zellen in einem Zustand erhöhter Membranpermeabilität befinden. Von der Bewegung von Molekülen innerhalb des Gewebes wird angenommen, daß sie einen Anstieg in der zugeführten Menge von Molekülen durch ein Erhöhen einer Bewegung in die Zellen bewirkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher ein Ziel bzw. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Manipulieren bzw. Handhaben von Molekülen in bzw. innerhalb einer Zielgewebestelle zur Verfügung zu stellen.
Es ist ein zusätzliches Ziel, eine derartige Vorrichtung zum Manipulieren von Molekülen zur Verfügung zu stellen, während eine Zielzelle in einem permeabilisierten Zustand vorliegt.
Es ist ein weiteres Ziel, eine derartige Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine gewünschte elektromagne tische Feldverteilung innerhalb eines Zielgewebes zur Verfügung stellen kann.
Es ist ein anderes Ziel, eine derartige Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche konfiguriert werden kann, um ein labiles Multikomponenten-System an einer gewünschten Stelle zu aktivieren.
Es ist noch ein zusätzliches Ziel, ein System zum Bewirken einer Tumorregression zur Verfügung zu stellen.
Es ist noch ein weiteres Ziel, ein System zum Bewirken einer in vivo Genzuführung über Elektroporation und Elektromigration zur Verfügung zu stellen.
Diese Ziele und andere werden durch die vorliegende Erfindung, wie sie nachfolgend beansprucht ist, erreicht, welche eine Vorrichtung zum Handhaben eines Moleküls in vivo relativ zu einem Zielgewebe ist. Die Vorrichtung umfaßt einen Support und wenigstens ein Glied, das an dem Support festgelegt ist und sich von diesem weg erstreckt. Das Glied hat wenigstens zwei diskrete Elektroden, jede Elektrode in Schaltungs-Kommunikation mit einem entsprechenden Abschnitt bzw. Bereich einer Quelle von elektrischer Energie und daher differentiell bzw. unterschiedlich aktivierbar.
Die diskreten bzw. gesonderten Elektroden sind konfiguriert, um ein erstes elektromagnetisches Feld in vivo zwischen gewählten Elektroden einzurichten, das ausreichend ist, um ein Molekül relativ zu einem Zielgewebe zu manipulieren. Die Elektroden sind weiter konfiguriert, um ein zweites, typischerweise höheres elektromagnetisches Feld auszubilden, das ausreichend ist, um eine vorübergehende Permeabilität einer Zellmembran innerhalb des Zielgewebes zu bewirken.
Die Vorrichtung kann beispielsweise mit Wechselstrom, Gleichstrom, gepulstem Wechselstrom, gepulstem Gleichstrom, Hoch- und Niederspannungs-Wechselstrom mit variabler Frequenz und Amplitude, variablen Gleichstrom-Wellenformen, variablen Wechselstromsignalen, die mit variablen Gleichstrom-Wellenformen vorgespannt sind, und variablen Wechselstromsignalen verwendet werden, die mit konstantem Gleichstrom vorgespannt sind.
Die Merkmale, die Erfindung gemeinsam mit weiteren Gegenständen und Vorteilen davon charakterisieren, werden besser aus der folgenden Beschreibung verstanden werden, die gemeinsam mit den beiliegenden Zeichnungen verwendet ist. Es ist ausdrücklich zu verstehen, daß die Zeichnung für die Zwecke einer Erläuterung bzw. Illustration und Beschreibung dient und sie nicht als eine Definition der Grenzen der Erfindung gedacht ist. Diese und andere Ziele, die erreicht werden, und Vorteile, die geboten werden durch die vorliegende Erfindung werden vollständiger offensichtlich werden, wenn die Beschreibung, welche nun folgt, in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 (Stand der Technik) Zwei-dimensionale Darstellung von Elektroporation einer Zelle, die einem elektromagnetischen Feld unterworfen ist. Bereiche eines Membranzusammenbruchs bzw. -zerbrechens, die als Poren dargestellt sind, sind an den Enden von Zellen ausgebildet, die zu den Elektroden schauen. Ein Aussetzen an das elektromagnetische Feld wird durch Anlegen eines Potentials zwischen den Elektroden – und + erreicht.
2 (Stand der Technik) Das Verfahren zum Zuführen bzw. Liefern von Molekülen durch Elektroporation. 2A. Eine Tumorzelle in vitro und in vivo wird dem Molekül von Interesse ausgesetzt. 2B. Gleichstrompulse werden an die Zellen angelegt, um eine temporäre Membran-Destabilisierung zu bewirken, welche es den Molekülen erlaubt, freier in das Zellinnere einzutreten. 2C. Zellen kehren zu ihrem Normalzustand nach einer Pulsation zurück, wobei der Wirkstoff innerhalb der Zellen belassen wird.
3 Eine erste Ausbildung eines nicht-penetrierenden Molekülmanipulators, beinhaltend ein ringförmiges Glied, das Elektroden durch ein nicht-leitfähiges Material voneinander beabstandet aufweist.
4 Eine Bodendraufsicht auf die Ausbildung von 3.
5 Eine zweite Ausbildung eines nicht-penetrierenden Molekülmanipulators, beinhaltend mehrere Elektroden, die an sich nach unten erstreckenden Pfosten bzw. Stehern von einem allgemein zylindrischen Support angeordnet sind.
6 Eine Bodendraufsicht auf die Ausbildung von 5.
7 Eine Seitenansicht einer dritten Ausbildung eines nicht-penetrierenden Molekülmanipulators, beinhaltend sich nach innen bewegende Elektroden-Supportglieder.
8 Eine perspektivische Seitenansicht einer vierten Ausbildung eines nicht-penetrierenden Molekülmanipulators, beinhaltend ein Paar von eine Elektrode tragenden Gliedern, die einen einstellbaren Abstand dazwischen aufweisen.
9 Die Verwendung eines nicht-penetrierenden Molekülmanipulators, um Komponenten eines Multikomponenten-Reaktionssystems in Apposition an einer Zielgewebestelle zu bringen.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausbildungen
Eine Beschreibung der bevorzugten Ausbildungen der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 3 – 9 präsentiert.
Eine erste Ausbildung einer nicht-penetrierenden Vorrichtung 10 zum Manipulieren bzw. Handhaben eines Moleküls M in vivo relativ zu einem Zielgewebe T (3 und 4) beinhaltet einen Support bzw. Träger, welcher einen allgemein zylindrischen Pfosten bzw. Steher 11 umfaßt, der ein Portal 110 dadurch von einem oberen Ende 112 zu einem Bodenende 114 aufweist.
Ein allgemein scheibenartiges Objekt 12 ist an das Bodenende 114 des Stehers bzw. Pfeilers festgelegt. Die Scheibe 12 hat eine Bodenoberfläche 122 mit einem äußeren, nach unten hängenden bzw. sich erstreckenden Ring 124, welcher abwechselnde radiale Sektoren von leitfähigen bzw. leitenden 126 und nicht-leitfähigen 128 Bereichen aufweist. Die leitfähigen Sektoren bzw. Bereiche 126 dienen als die Elektroden und die nicht-leitfähigen Bereiche 128 dienen dazu, um die Elektroden voneinander zu beabstanden. Der Ring 124 ist konfiguriert, um einen Oberflächenvorsprung eines Umfangs von wenigstens einem Abschnitt des Zielgewebes T zu umgeben. In 3 ist das Zielgewebe T als die Haut oder Oberfläche eines Organs dargestellt, obwohl dies nicht als eine Beschränkung gedacht ist.
Vorzugsweise umfaßt die Scheibe 12 ein flexibles Material, um eine Formanpassung mit dem gewählten Teil bzw. Abschnitts des Zielgewebes zu erlauben. Auch bevorzugt hat die Scheibe 12 einen transparenten Abschnitt, um eine Vi sualisierung bzw. Betrachtung des gewählten Abschnitts des Zielgewebes dadurch zu erlauben.
Ein unabhängiger leitfähiger Draht 13 ist in Schaltungs-Verbindung bzw. -Kommunikation mit jedem der leitfähigen Bereiche 128. Jeder Draht 13 erstreckt sich von der Scheibe 12 durch das Portal 110 der Stütze zu dem oberen Ende 112 davon.
Eine Mehrzahl von Kontaktmitteln ist benachbart dem oberen Ende 112 des Portals der Pfostens angeordnet und in Schaltungs-Wechselwirkung mit jedem Draht 13. In einer speziellen bzw. besonderen Ausbildung umfaßt jedes Kontaktmittel eine Kontaktbürste 14, welche innerhalb des Portals 110 gegen eine Innenwand 111 davon angeordnet bzw. festgelegt ist. Interface- bzw. Schnittstellen-Mittel sind benachbart dem oberen Ende 112 des Portals der Stütze angeordnet und weisen Mittel zum Kommunizieren mit jeder Kontaktbürste 14 zum Ausbilden einer Schaltungs-Verbindung mit einem Signalgenerator 50 auf. In einer speziellen Ausbildung beinhalten bzw. umfassen die Interface-Mittel eine Schlüssel-Verriegelung 15, welche in das Portal 110 an dem Oberende 112 einsetzbar ist. Die Key- bzw. Schlüssel-Verriegelung 15 hat ein Kontaktkissen, das für eine Kommunikation bzw. Verbindung mit jeder Kontaktbürste 14 in einer Weise angeordnet ist, die in der Technik bekannt ist.
Jede Elektrode 126 ist in Schaltungs-Wechselwirkung bzw. -Verbindung mit einem entsprechenden Teil der Quelle 50 von elektrischer Energie. In einer bevorzugten Ausbildung umfaßt diese Quelle einen Pulsgenerator, wie er in der Technik bekannt ist (z.B. einen PA-2000 oder PA-4000, beide von Cyto Pulse Sciences, Inc., Columbia, MD; einen T820, BTX, Inc., San Diego, CA) und adaptiert ist, um Pulse einer vorbestimmten Form, Spannung, Dauer und Trennung abzugeben. Insbesondere sollte die Quelle 50 adaptiert sein, um eine Spannung zu jeder Elektrode 126 zu liefern, um ein erstes elektromagnetisches Feld niedrigen Niveaus und ein zweites Feld typischerweise höheren Niveaus in vivo zwischen gewählten Elektroden auszubilden. Eine selektive Steuerung bzw. Regelung der Anwendung von elektrischen Signalen zwischen den individuellen Elektroden kann auf unterschiedliche Weisen ausgeführt werden, z.B. über den PA-201 programmierbaren Pulsschalter in Kombination mit dem PA-4000 Generator (beide von Cyto Pulse Sciences, Inc., Columbia, MD) oder sie kann manuell, mechanisch oder elektrisch ausgeführt sein.
Das Feld niedrigen Niveaus dient zum Manipulieren bzw. Handhaben des Moleküls M relativ zu dem Zielgewebe T, das hier als eine Masse gezeigt ist. Das Feld höheren Niveaus dient, um eine vorübergehende Permeabilität einer Zellmembran innerhalb des Zielgewebes T zu bewirken. Eine derartige Permeabilität ist nützlich bzw. verwendbar, um es dem Molekül M zu erlauben, in das Innere der Zelle einzutreten (siehe 1 und 2).
In der Verwendung sind bzw. werden die Elektroden 126 typischerweise in gegenüberliegenden Paaren aktiviert, so daß wenigstens eine Elektrode von jedem Paar von Elektroden 126 adaptiert sei bzw. werden kann, um wenigstens ein Paar von Spannungen entgegengesetzter Polarität etwa gleichzeitig zur Verfügung zu stellen. Selbstverständlich können andere Kombinationen leicht durch den Fachmann ins Auge gefaßt werden. Weiters kann gewünscht sein, selektiv eine Spannung an jedes Elektrodenpaar in einem vorbestimmten Muster anzu legen. Derartige Mittel zum Aufprägen eines vorgewählten Musters können beispielsweise ein Software-Programm zum Antreiben eines Pulsgenerators beinhalten, um Signale zu jeder ausgewählten Elektrode in dem vorbestimmten Muster abzugeben.
Eine zweite Ausbildung einer nicht-penetrierenden Vorrichtung 20 zum Manipulieren eines Moleküls M in vivo relativ zu einem Zielgewebe T (5 und 6) umfaßt einen allgemein zylindrischen Support 21, der ein Lumen bzw. Loch 210 aufweist, das sich von einem oberen Ende 212 zu einem Bodenende 214 erstreckt. Eine Mehrzahl von nach unten abhängenden Stützen bzw. Pfosten 22 ist benachbart dem Bodenende des Supports 214 angeordnet, wobei jede Stütze 22 einen leitfähigen Bereich 220 an einer Bodenoberfläche 224 davon besitzt. Die Stützen bzw. Steher 22 sind in einer voneinander beabstandeten Beziehung angeordnet, und die leitfähigen Bereiche 220 umfassen die Elektroden.
In einer speziellen Ausbildung ist jede Stütze 22 bewegbar an dem Support 21 festgelegt. Jede Stütze 22 ist axial zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar, die niedriger als die erste Position ist, und ist zu der zweiten Position vorgespannt bzw. beaufschlagt. Diese Bewegung dient zum Erreichen eines Kontakts zwischen jeder Stütze 22 und einer Oberfläche eines Zielgewebes T. In einer spezifischen Art von bewegbaren Stützen 22, wie sie in 5 gezeigt sind, ist jede Stütze 22 auf dem Support 21 in federbelasteter Weise festgelegt. Eine derartige Bewegung erlaubt einer allgemein ebene bzw. planaren Supportboden-Oberfläche 214, einen Elektrodenkontakt mit einer nicht-planaren Oberfläche zu ermöglichen.
Das Lumen 210 kann beispielsweise als eine Spritzenführung verwendet werden, um das Einbringen des gewünschten Moleküls in das Gewebe T vor einem Aktivieren der Elektroden zu erlauben.
In 7 ist eine dritte Ausbildung 30 einer Vorrichtung ähnlich zu jener 20 oben dargestellt. In dieser Ausbildung haben die Stützen 32 spitze leitfähige Bodenspitzen 324, welche unter einem radial nach innen schauenden bzw. gerichteten Winkel zueinander angeordnet sind. Jede Stütze 32 ist nach innen zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar, wobei die Spitzen 324 näher zueinander als in der ersten Position sind. Die zweite Position ist zum Ergreifen von Gewebe T zwischen den Spitzen 324 gedacht.
Ein anderes Merkmal, das in dieser Ausbildung illustriert ist, umfaßt eine Hohlnadel 33, die sich durch den Support bzw. die Abstützung 31 erstreckt. Die Nadel 33, deren Spitze sich unter den Stützen 32 erstreckt, kann eine Dosis der Substanz tragen, die in das Gewebe T einzubringen ist, oder kann als ein Portal verwendet werden, durch welches das Einbringen stattfinden kann. In einer ähnlichen Ausbildung ist die Nadel 33 axial bewegbar, um eine Auswahl der Tiefe einer Penetration zu ermöglichen.
Eine vierte Ausbildung 40 der Vorrichtung (8) beinhaltet einen Support 41, der bewegbar ein Paar von isolierenden Platten 42 in einer allgemein parallelen Weise hält. In der Ausbildung, die gezeigt ist, umfassen die Platten 42 allgemein rechteckige ebene Glieder. Der Support 41 beinhaltet Mittel zum Ändern der Trennung bzw. des Abstands zwischen den Platten 42, welcher für ein Ergreifen von Gewebe T dazwischen verwendbar ist.
Jede Platte 42 hat eine Mehrzahl von Elektroden 43, die an ihrer nach innen schauenden Oberfläche festgelegt sind, und Drähte 44, die mit jeder Elektrode 43 verbunden sind, um eine Schaltungs-Verbindung mit einem Signalgenerator 50 zur Verfügung zu stellen.
Zahlreiche Ausbildungen von Methoden einer Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung werden nun geoffenbart. Diese Verfahren bzw. Methoden werden mit der Vorrichtung 10 illustriert, die oben beschrieben ist, obwohl dies nicht als eine Einschränkung betrachtet ist, da irgendeine der Vorrichtungen 10, 20, 30 oder 40 darin verwendet werden könnte, oder andere Äquivalente, die durch einen Fachmann in der Technik erkannt bzw. geschätzt werden.
Eine erste Ausbildung umfaßt ein Verfahren zum Erreichen bzw. Erzielen einer verbesserten Verteilung und Zufuhr eines gewünschten Moleküls M in ein Zielgewebe T. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte eines Anordnens von wenigstens zwei Elektroden 126, allgemein benachbart, jedoch in nicht-penetrierender Weise auf einer Oberfläche eines Zielgewebes T. Eine Substanz, welche das gewünschte Molekül M enthält, wie eine Lösung davon, wird in den Körper systemisch in einen Bereich nahe oder an dem Zielgewebe T, entweder vor oder nach einem Positionieren der Vorrichtung 10 eingebracht.
Ein erstes elektrisches Potential wird zwischen einem Paar von Elektroden 126–126' eingerichtet bzw. aufgebaut, das ausreichend ist, um eine Elektromigration des gewünschten Moleküls M von einem anfänglichen Ort zu einem wünschenswerteren Ort auf dem Zielgewebe T zu bewirken. In einer speziellen Ausbildung ist der Pulshöhenbereich 1 – 15 V/cm in dem Millisekundenbereich.
Ein zweites elektrisches Potential wird zwischen einem Paar von Elektroden eingerichtet, welches dasselbe Elektrodenpaar 126 – 126' , wie es zuvor aktiviert wurde, oder nicht sein kann. Das zweite Potential ist höher als das erste elektrische Potential und ist ausreichend, um eine Elektroporation in dem Zielgewebe T zu bewirken, um eine Bewegung des gewünschten Moleküls M in eine Zelle zu beschleunigen bzw. zu erhöhen. Beispielhafte Pulshöhen- und -dauerbereiche beinhalten, sollen jedoch nicht beschränkt sein auf 1 – 10.000 Volt/cm in dem Nanosekundenbereich. In einer speziellen Ausbildung ist der Pulshöhenbereich 750 – 1500 V/cm über den Millisekundenbereich. Eines oder beide der Potentiale können in einer Serie einer vorbestimmten Sequenz von Pulsen geliefert werden, wobei jedes Pulse umfassen kann, die sequentiell oder gleichzeitig geliefert werden.
Ein zweites Verfahren dient für ein Liefern eines bioaktiven Moleküls an ein subkutanes Zielgewebe T. Dieses Verfahren umfaßt die Schritte eines, wie oben, Einbringens einer Substanz, enthaltend das geladene bioaktive Molekül M zu einem subkutanen Bereich benachbart dem Zielgewebe T. Eine Vorrichtung, wie die Vorrichtung 10 wird allgemein benachbart, jedoch in nicht-penetrierender Weise auf einem Zielgewebe T angeordnet und Elektrodenpaare werden neuerlich bei einem niedrigen und einem hohen Niveau aktiviert, um entsprechend eine Elektromigration des bioaktiven Moleküls M benachbart dem Zielgewebe T und eine Elektroporation einer Zellmembran innerhalb des Zielgewebes T zu erzielen, die ausreichend ist, um einen Eintritt des bioaktiven Moleküls M in das Zellinnere zu erlauben.
Ein drittes Verfahren (9) dient dazu, um zwei Moleküle M, M' in Apposition an einer gewünschten Zielgewebestelle S zu bringen, um eine Reaktion dazwischen zu ermöglichen, wie in einem labilen Multikomponenten-System oder einer Zell-"Bombe". Dieses Verfahren umfaßt die Schritte eines Einbringens einer Substanz, enthaltend ein erstes Molekül M, in einen ersten Bereich A benachbart der Zielgewebestelle S und eines Einbringens einer Substanz, enthaltend ein zweites Molekül M' in einen zweiten Bereich A' benachbart der Zielgewebestelle S.
Als nächstes wird eine Elektromigration des ersten und zweiten Moleküls M M' zu einem dritten Bereich A'' bewirkt, d.h. in die Zielgewebestelle S. Die Elektromigration wird durch wenigstens ein Paar von Elektroden bewirkt, die gegen eine Oberfläche allgemein benachbart, jedoch in nicht-penetrierender Weise zu einem Zielgewebe angeordnet sind. Der dritte Bereich A'' kann tatsächlich bzw. aktuell den ersten A oder den zweiten A' Bereich, oder einen anderen Bereich umfassen, der davon unterschiedlich ist.
Als nächstes wird es dem ersten Molekül M und dem zweiten Molekül M' ermöglicht, an dem dritten Bereich A'' zu reagieren.
Es kann durch einen Fachmann in der Technik erkannt werden, daß zusätzliche Ausbildungen beabsichtigt bzw. ins Auge gefaßt sein können, beinhaltend abgewandelte Ausbildungen des Manipulators. In dieser Anmeldung bedeutet eine Vorrich tung, die "konfiguriert" ist, um ein elektromagnetisches Feld in vivo zu erzeugen, daß (i) der Abschnitt der Vorrichtung, der in Kontakt mit Körpergewebe oder Fluid kommt, aus biokompatiblen Materialien hergestellt bzw. gefertigt ist, (ii) die Elektroden fähig sind, den Strom zu tragen, der für eine Elektroporation und/oder eine Elektromigration von lebenden Zellen in vivo in einem Elektrolyten erforderlich ist, welcher das zu behandelnde Gewebe interstitielles Fluid, injiziertes Material an der Behandlungsstelle, Material, das an dem Zielgewebe angewandt bzw. auf dieses aufgebracht wird, und Kombinationen der Vorhergehenden beinhalten kann, und (iii) das Material zwischen den Elektroden und jedem Abstütz- bzw. Supportglied, welches dasselbe Material wie das Supportglied sein kann, eine ausreichende Dielektrizitäts-Konstante haben sollte, so daß es nicht als ein Ergebnis von naheliegenden Elektroden zusammenbricht, die von unterschiedlicher Polarität während einer elektrischen Behandlung sind. Zusätzlich bedeutet eine Vorrichtung, die konfiguriert ist, um gegen einen gewählten Abschnitt des Zielgewebes angeordnet zu werden, daß die Form, Flexibilität und das Material, das die Vorrichtung ausbildet, derart sind, daß die Vorrichtung direkt gegen das Gewebe angeordnet werden kann. Darüber hinaus wird es Fachleuten in der Technik offensichtlich sein, daß, wo eine Elektrode oder ein System konfiguriert ist, um sowohl eine Elektromigration als auch eine Elektroporation auszuführen, eine derartige Elektrode oder ein System verwendet werden kann, um eine oder beide Funktion(en) auszuführen.
In der vorhergehenden Beschreibung wurden bestimmte Ausdrücke der Einfachheit, Klarheit und für das Verständnis verwendet, wobei jedoch davon keine unnötigen Beschränkungen über die Erfordernisse gemäß dem Stand der Technik hinaus impliziert sein sollen, da derartige Worte für Beschreibungszwecke hier verwendet wurden und es beabsichtigt ist, daß sie breit ausgelegt bzw. interpretiert werden. Darüber hinaus sind die Ausbildungen der Vorrichtungen, die hier illustriert und beschrieben sind, in beispielhafter Weise und der Rahmen der Erfindung ist nicht auf die exakten Details einer Konstruktion beschränkt.
Indem nun die Erfindung beschrieben wurde, werden die Konstruktion, die Tätigkeit bzw. die Arbeitsweise und die Verwendung einer bevorzugten Ausbildung davon und die vorteilhaften neuen und nützlichen Ergebnisse, die damit erreichbar sind, die neuen und nützlichen Konstruktionen und vernünftige mechanische Äquivalente davon, die dem Fachmann offensichtlich sind, in den beiliegenden Ansprüchen ausgeführt.

Claims

Vorrichtung (10) zum Manipulieren bzw. Handhaben eines Moleküls (M) in vivo relativ zu einem Zielgewebe (T), umfassend: einen Support und wenigstens zwei gesonderte bzw. diskrete Elektroden (126), die sich von dem Support weg erstrecken und an diesem in voneinander beabstandeter Beziehung festgelegt sind, wobei jede Elektrode in Schaltungswechselwirkung bzw. – verbindung mit einem entsprechenden Abschnitt einer Quelle elektrischer Energie (50) ist; wobei die Elektroden (126) konfiguriert sind, um ein erstes elektromagnetisches Feld zwischen gewählten Elektroden, das ausreichend ist, um ein Molekül (M) relativ zu einem Zielgewebe (T) handzuhaben bzw. manipulieren, und ein zweites elektromagnetisches Feld auszubilden bzw. aufzubauen, das ausreichend ist, um eine vorübergehende Permeabilität einer Zellmembran innerhalb des Zielgewebes zu bewirken; wobei die Vorrichtung (10) so konfiguriert ist, daß wenigstens zwei der Elektroden (126) gegen einen gewählten Bereich des Zielgewebes anordenbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß: der Support einen allgemein zylindrischen Pfeiler bzw. eine Stütze (11) umfaßt, der (die) ein Portal (110) dadurch von einem oberen Ende (112) zu einem Bodenende (114) aufweist; und die Vorrichtung weiters umfaßt: eine Scheibe (12), die an das Pfostenbodenende (114) festgelegt ist, wobei die Scheibe eine Bodenoberfläche aufweist, die einen äußeren nach unten gerichteten bzw. hängenden Ring (124) aufweist, welcher abwechselnde Sektoren von leitenden bzw. leitfähigen (126) und nicht leitfähigen (128) Flächen bzw. Bereichen umfaßt, wobei die Elektroden (126) die leitfähigen Sektoren umfassen; und Leiter (13) in Schaltungswechselwirkung mit den leitfähigen Flächen (126) und die sich von der Scheibe (12) durch das Pfostenportal (110) zu dem oberen Ende (112) davon erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiters umfassend: eine Mehrzahl von Kontaktmitteln (14), die benachbart dem Pfostenportaloberende (112) und in Schaltungswechselwirkung bzw. -verbindung mit jedem Leiter (13) angeordnet sind; und Schnittstellen- bzw. Interfacemittel (15), die benachbart dem Pfostenportaloberende (112) angeordnet sind, das Mittel zum Kommunizieren bzw. Verbinden mit jedem Kontaktmittel zum Ausbilden bzw. Aufbauen einer Schaltungswechselwirkung mit einem Signalgenerator (50) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei: jedes der Kontaktmittel (14) eine Kontaktbürste (14) umfaßt, die innerhalb des Portals (110) gegen eine Innenwand (111) davon angeordnet ist; und die Interfacemittel (15) eine Schlüsselverriegelung (15), umfassen, die innerhalb des Portals (110) an dem Oberende (112) einsetzbar ist und ein Kontaktkissen aufweist, das zur Kommunikation bzw. Verbindung mit jeder Kontaktbürste (14) positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Scheibe (12) ein flexibles Material umfaßt, um eine Formadaptierung mit dem gewählten Bereich des Zielgewebes (T) zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Scheibe (12) einen transparenten Bereich bzw. Abschnitt aufweist, um eine Sichtbarmachung des gewählten Bereichs des Zielgewebes (T) dadurch zu ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiters umfassend Mittel (50) zum Liefern eines vorausgewählten Musters von Signalen zu ausgewählten Elektrodenpaaren (126), um eine gewünschte Molekülbewegung auszuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiters umfassend Mittel (50) zum Ausbilden bzw. Aufbauen von wenigstens einem Paar von entgegengesetzt gepolten Spannungen etwa gleichzeitig an einem entsprechenden Elektrodenpaar (126).
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiters umfassend Mittel (50) zum selektiven Aktivieren von jeder Elektrode (126) in einem vorbestimmten Muster.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Quelle von elektrischer Energie (50) einen Signalgenerator (50) umfaßt und die Aktivierungsmittel Softwaremittel in steuernder bzw. regelnder Beziehung zu dem Signalgenerator umfassen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Support ein Loch (110) dadurch aufweist, das adaptiert ist, um eine Spritze einzubringen, um ein Einbringen einer Substanz, die das Molekül (M) enthält, in das Zielgewebe (T) zu erlauben.
Verfahren zum Herstellen eines Molekül-Elektromanipulators bzw. einer Molekül-Elektrohandhabungseinrichtung (10), umfassend die Schritte: Festlegen von wenigstens zwei gesonderten bzw. diskreten Elektroden (126) an einem Support in beabstandeter Beziehung, wobei jede Elektrode unterschiedlich aktivierbar ist; Bereitstellen einer Schaltungswechselwirkung bzw. -verbindung (13) zwischen jeder Elektrode und einer Quelle von elektrischer Energie (50), wobei die Elektroden konfiguriert werden, um ein elektromagnetisches Feld niedrigen Niveaus in vivo zwischen gewählten Elektroden, um ein Molekül (M) relativ zu einem Zielgewebe (T) handzuhaben bzw. zu manipulieren, und ein elektromagnetisches Feld höheren Niveaus auszubilden bzw. aufzubauen, um eine vorübergehende Permeabilität einer Zellmembran innerhalb des Zielgewebes zu bewirken; und Bereitstellen von Schaltmitteln zwischen jeder Elektrode und der elektrischen Energiequelle, um eine differentielle bzw. Differentialaktivierung jeder Elektrode zu erlauben; dadurch gekennzeichnet, daß: der Support einen allgemein zylindrischen Pfosten bzw. Ständer (11) umfaßt, der ein Portal (10) dadurch von einem oberen Ende (112) zu einem Bodenende (114) aufweist; und umfassend den weiteren Schritt eines Festlegens einer Scheibe (12) an das Pfostenbodenende (114), wobei die Scheibe eine Bodenoberfläche aufweist, die einen nach unten gerichteten bzw. hängenden Ring (124) aufweist, welcher alternierende Sektoren von leitenden bzw. leitfähigen (126) und nicht leitfähigen (128) Bereichen umfaßt, wobei die Elektroden (126) die leitfähigen Sektoren umfassen; und wobei die Schaltungswechselwirkung bzw. -verbindung teilweise durch Leiter (13) in Schaltungswechselwirkung mit den leitfähigen Flächen (126) zur Verfügung gestellt wird und welche sich von der Scheibe (12) durch das Pfostenportal (110) zu dem oberen Ende davon erstrecken.
Verfahren nach Anspruch 11, weiters umfassend Mittel zum Steuern bzw. Regeln der Schaltmittel, die adaptiert sind, um die Elektrode in einem vorab gewählten Muster zu aktivieren.