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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Liefern
bzw. Zuführen
von Molekülen
in eine Zielzelle und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Erreichen
einer derartigen Zuführen durch
Elektroporation.
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Beschreibung der verwandten
Technik
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Die
Auswirkung elektromagnetischer Felder auf Zellmembrane wird seit
den 60er Jahren untersucht. Frühe
Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf die Beschreibung von
Beobachtungen, dass ein angelegtes elektrisches Feld Zellmembrane
reversibel in vitro zusammenbrechen lassen kann. In den 70er Jahren
war das Thema in der Literatur präsenter und konzentrierte sich
weiterhin auf die Beschreibung des Phänomens, das aus einer kurzzeitigen
Exposition gegenüber
starken elektrischen Feldern sowie dem Eintritt exogener Moleküle in das
Zellinnere in Folge eines Membranzusammenbruchs resultierte. In
den 80er Jahren traten allmählich
Anwendungen auf und das Verständnis
des reversiblen Membranzusammenbruchs vertiefte sich.
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Frühere Forschungsarbeiten
führten
zu dem derzeitigen Verständnis,
dass Membrane vorübergehend
destabilisiert werden, wenn Zellen für kurze Zeitperioden starken
elektrischen Feldern ausgesetzt werden. Dieser Effekt wurde als
dielektrischer Durchschlag bzw. Zusammenbruch auf Grund eines induzierten
Transmembranpotentials beschrieben und als „Elektroporation" oder „Elektropermeabilisierung" bezeichnet, weil
beobachtet wurde, dass Moleküle,
die normalerweise nicht durch die Membran treten, nach der Behandlung
der Zellen mit elektrischen Feldern in Zellen eindringen bzw. einen
intrazellulären
Zugang erlangen können.
Man stellt fest, dass der porierte Zustand temporär war. Die
Zellen bleiben typischerweise nach dem Ende der elektrischen Behandlung minutenlang
in einem destabilisierten Zustand.
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Auf
Grund ihrer physikalischen Natur ist die Elektroporation universell
anwendbar. Eine Vielzahl von Vorgängen verwendet diese Art von
Behandlung, die einen temporären
Zugang zum Zytosol bietet. Dazu gehören die Produktion auf monoklonalen
Antikörpern,
Zell-Zell-Fusion, Zell-Gewebe-Fusion, Insertion von Membranproteinen
und genetische Transformation. Darüber hinaus wurden Farbstoffe und
fluoreszente Moleküle
zum Untersuchen des Elektroporationsphänomens verwendet. Ein beachtenswertes
Beispiel für
das Laden von Molekülen
in Zellen in vivo ist die Elektrochemotherapie. Der Vorgang verwendet
einen Wirkstoff bzw. ein Medikament in Kombination mit elektrischen
Pulsen als ein Mittel zum Beladen von Tumorzellen mit einem Antikrebswirkstoff
bzw. -medikament, und wurde in einer Reihe von Tiermodellen und
in klinischen Versuchen bzw. Studien von den vorliegenden Erfindern
durchgeführt.
Auch Plasmid-DNA wurde in Rattenleberzellen in vivo geladen (Heller
et al., FEBS Lett. 389, 225–28).
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Protokolle
für die
Verwendung von Elektroporation zum Laden von Zellen in vitro verwenden
typischerweise eine Suspension von einzelnen Zellen oder Zellen,
die auf planare Weise an eine Wachstumsfläche bzw. -oberfläche angebracht
sind. Eine in vivo Elektroporation ist komplexer, da Gewebe beteiligt
sind. Gewebe sind aus individuellen Zellen zusammengesetzt, die
kollektiv eine dreidimensionale Struktur bilden. In jedem Fall sind
die Auswirkungen auf die Zelle dieselben.
1 illustriert
Details des Elektroporationsvorgangs. Elektroden und Elektrodenarrays
zum Zuführen
bzw. Liefern von elektrischen Wellenformen für einen therapeutischen Nutzen,
einschließlich
der Induktion von Elektroporation, wurden von Bernard (
WO 98/47562 ) beschrieben.
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Das
Laden von Molekülen
durch Elektroporation in vitro sowie in vivo erfolgt typischerweise
dadurch, dass die Zellen oder Gewebe von Interesse einem Wirkstoff
ausgesetzt werden (2). Die Zellen oder das Gewebe
werden dann elektrischen Feldern ausgesetzt, indem ein oder mehrere
Gleichstrompuls(e) angelegt werden.
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Eine
elektrische Behandlung wird auf eine Weise durchgeführt, die
in einer vorübergehenden Membrandestabilisierung
mit minimaler Zytotoxizität resultiert.
Die Intensität
einer elektrischen Behandlung wird durch die Größe des angelegten elektrischen
Felds beschrieben. Dieses Feld wird als die an die Elektroden angelegte
Spannung dividiert durch den Abstand zwischen den Elektroden definiert. Elektrische
Feldstärken,
die von 1000 bis 5000 V/cm reichen, wurden verwendet und sind für zu untersuchende
Zellen oder zu untersuchendes Gewebe spezifisch. Pulse haben üblicherweise
eine rechteckige Form; es wurden jedoch auch exponentiell abklingende
Pulse verwendet. Die Dauer jedes Pulses wird als Pulsbreite bezeichnet.
Das Laden der Moleküle erfolgte
mit Pulsbreiten im Bereich von Mikrosekunden (μs) bis Millisekunden (ms). Die
Anzahl von zugeführten
Pulsen lag im Bereich von eins bis acht. Typischerweise werden mehrere
Pulse während
einer elektrischen Behandlung benutzt.
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Für Moleküle, die
durch Elektroporation ins Zellinnere geführt werden sollen, ist es wichtig,
dass das Molekül
von Interesse zum Zeitpunkt der Elektroporation nahe dem Äußeren der
Zellmembran ist. Es ist auch wichtig, Moleküle in der Nähe von im Wesentlichen allen
Zellen innerhalb eines behandelten Gewebevolumens zu haben, um eine
effiziente Zufuhr zu im Wesentlichen allen Zellen innerhalb des Behandlungsvolumens
bereitzustellen.
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Gegenwärtig werden
Moleküle
systemisch oder direkt in die Behandlungsstelle injiziert. Es wird nicht
versucht, 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 bereitzustellen.
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Es
wurde von Elektropermeabilisierung von Tumorzellmembranen mittels
angelegter elektrischer Pulse von Oberflächenelektroden in Kontakt mit
der Haut berichtet (Rols et al., Nature Biotechnology 16, 173, 1998).
Proteine und Gene können
in die Zellen transferiert werden, indem entweder das Protein oder ein
ein Reporter-Gen tragendes Plasmid inkorporiert werden. Diese Wirkungsgrade
eines Transfers für das
Protein und das Plasmid betrugen 20 bzw. 4%.
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Eine
erste Art von Elektrode, die in der Technik bekannt ist, umfasst Paralleleplattenelektroden, die
an gegenüberliegenden
Seiten des Tumors angeordnet werden. Andere Elektroden, die gegenwärtig in
der Technik bekannt sind, umfassen Nadeln, die in oder um das Gewebe
von Interesse eingeführt
werden. Eine dritte Art umfasst eine planare bzw. ebene Anordnung
von parallelen Drähten,
die an der Oberfläche
des Gewebes platziert werden können.
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Elektroden
und Verfahren, die in der Technik bekannt sind, stellen keine Molekülbewegung
während
der Prä-Elektroporationszeit
für eine
Elektromigration, Verteilung und Post-Elektroporationszeit bereit,
wenn sich die Zellen in einem Zustand erhöhter Membranpermeabilität befinden.
Man ist der Ansicht, dass die Bewegung von Molekülen innerhalb des Gewebes eine
Erhöhung
der zugeführten
Menge von Molekülen
durch Verbessern der Bewegung in die Zellen bewirkt.
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Die
US 5,674,267 offenbart eine
Vorrichtung mit Elektroden, die konfiguriert sind, um ein erstes elektromagnetisches
Feld aufzubauen, das ausreichend ist, um ein Molekül relativ
zu einem Zielgewebe zu manipulieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung
zum Manipulieren von Molekülen
in einer Zielgewebsstelle bereitzustellen.
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Es
ist eine zusätzliche
Aufgabe, eine derartige Vorrichtung zum Manipulieren von Molekülen bereitzustellen,
während
eine Zielzelle in einem permeabilisierten Zustand ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe, eine derartige Vorrichtung bereitzustellen,
die eine gewünschte elektromagnetische
Feldverteilung innerhalb eines Zielgewebes bereitstellen kann.
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Es
ist eine andere Aufgabe, eine derartige Vorrichtung bereitzustellen,
die konfiguriert sein kann, um ein labiles Multikomponentensystem
an einer gewünschten
Stelle zu aktivieren.
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Es
ist noch eine zusätzliche
Aufgabe, ein System zum Bewirken einer Tumorregression bereitzustellen.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe, ein System zum Bewirken einer In-Vivo-Genzuführung durch Elektroporation
und Elektromigration bereitzustellen.
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Diese
und andere Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung, wie
sie nachfolgend beansprucht ist, gelöst, die eine Vorrichtung zum
Manipulieren eines Moleküls
in vivo relativ zu einem Zielgewebe ist.
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Die
diskreten bzw. einzelnen Elektroden sind konfiguriert, um ein erstes
elektromagnetisches Feld in vivo zwischen gewählten Elektroden aufzubauen, das
ausreichend ist, um ein Molekül
relativ zu einem Zielgewebe zu manipulieren. Die Elektroden sind
ferner konfiguriert, um ein zweites, typischerweise höheres elektromagnetisches
Feld aufzubauen, das ausreichend ist, um eine transiente bzw. vorübergehende
Permeabilität
einer Zellmembran innerhalb des Zielgewebes zu bewirken.
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Die
Vorrichtung kann beispielsweise mit Wechselstrom, Gleichstrom, gepulstem
Wechselstrom, gepulstem Gleichstrom, Hoch- und Niederspannungswechselstrom
mit variabler Frequenz und Amplitude, variablen Gleichstromwellenformen,
variablen Wechselstromsignalen, die mit variablen Gleichstromwellenformen
vorgespannt sind, und variablen Wechselstromsignalen verwendet werden, die
mit konstantem Gleichstrom vorgespannt sind.
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Mehrere
Verfahren beinhalten die Verwendung einer Vorrichtung, wie sie oben
beschrieben ist, um die Zufuhr eines Moleküls, beispielsweise eines bioaktiven
Moleküls,
einer Nukleinsäure,
einer Aminosäure,
eines Polypeptids, eines Proteins, eines Antikörpers, eines Glykoproteins,
eines Enzyms, eins Oligonukleotids, einer Plasmid-DNA, eines Chromosoms
oder eines Medikaments bzw. Wirkstoffs zu verbessern, obwohl diese
Liste nicht als erschöpfend oder
beschränkend
anzusehen ist. Die Vorrichtung kann ebenfalls verwendet werden,
um die Elektromigration von wenigstens zwei Komponenten eines Multikomponenten-Reaktionssystems
in Apposition zu bewirken, um zu erlauben, dass eine Reaktion an einer
gewünschten Zielgewebsstelle
auftritt. Das Zielgewebe kann einen Tumor, ein Organ oder eine Wundstelle
umfassen.
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Die
Merkmale, die die Erfindung charakterisieren, sowohl im Hinblick
auf Organisation als auch Funktionsweise, zusammen mit weiteren
Aufgaben und Vorteilen davon, werden besser aus der folgenden Beschreibung
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verständlich.
Es ist ausdrücklich
zu verstehen, dass die Zeichnung nur zu Illustrations- und Beschreibungszwecken
dient und nicht als eine Definition der Grenzen der Erfindung anzusehen
ist. Diese und andere Aufgaben, die gelöst werden, und Vorteile, die
durch die vorliegende Erfindung geboten werden, werden vollständiger offensichtlich,
wenn die nun folgende Beschreibung in Zusammenhang mit den beiliegenden
Zeichnungen gelesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 (Stand
der Technik) Zweidimensionale Darstellung von Elektroporation einer
Zelle, die einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt ist. Membranzusammenbruchsregionen,
die als Poren dargestellt sind, sind an den Enden von Zellen gebildet,
die den Elektroden zugewandt sind. Ein Aussetzen an das elektromagnetische
Feld wird durch Anlegen eines Potentials zwischen den Elektroden – und +
erreicht.
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2 (Stand
der Technik) Der Vorgang des Zuführens
bzw. Lieferns von Molekülen
durch Elektroporation. 2A. Eine Tumorzelle in vitro
oder in vivo wird dem Molekül
von Interesse ausgesetzt. 2B. Gleichstrompulse
werden an die Zellen angelegt, um eine temporäre Membrandestabilisierung zu
bewirken, die den Molekülen
erlaubt, freier in das Zellinnere einzutreten. 2C.
Zellen kehren nach der Pulsation in ihren Normalzustand zurück, wobei der
Wirkstoff in den Zellen belassen wird.
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3 Eine
Ausführungsform
eines nicht penetrierenden Molekülmanipulators,
der außerhalb des
Schutzbereichs der Ansprüche
liegt, beinhaltend ein ringförmiges
Glied mit Elektroden, die durch ein nicht leitfähiges Material voneinander beabstandet sind.
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4 Eine
Bodendraufsicht der Ausführungsform
von 3.
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5 Eine
Ausführungsform
eines nicht penetrierenden Molekülmanipulators
gemäß der Erfindung,
beinhaltend mehrere Elektroden, die an sich nach unten hängenden
Pfosten von einem im Allgemeinen zylindrischen Träger angeordnet
sind.
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6 Eine
Bodendraufsicht der Ausführungsform
von 5.
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7 Eine
Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines nicht penetrierenden
Molekülmanipulators,
der außerhalb
des Schutzbereichs der Ansprüche
ist, beinhaltend sich nach innen bewegende Elektrodenträger.
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8 Eine
perspektivische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
eines nicht penetrierenden Molekülmanipulators,
der außerhalb
des Schutzbereichs der Ansprüche
ist, beinhaltend ein Paar elektrodentragender Glieder, die einen
einstellbaren Abstand dazwischen aufweisen.
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9 Die
Verwendung eines nicht penetrierenden Molekülmanipulators, um Komponenten
eines Multikomponenten-Reaktionssystems in Apposition an einer Zielgewebsstelle
zu bringen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
folgt eine Beschreibung der vorliegenden Erfindung.
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Eine
erste Ausführungsform
einer nicht penetrierenden Vorrichtung 10 zum Manipulieren
eines Moleküls
M in vivo relativ zu einem Zielgewebe T, die außerhalb des Schutzbereichs
der Ansprüche
ist, (3 und 4), umfasst einen Träger, der
einen im Allgemeinen zylindrischen Pfosten 11 umfasst, der
ein Portal 110 dadurch von einem oberen Ende 112 zu
einem Bodenende 114 aufweist.
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Ein
im Allgemeinen scheibenartiges Objekt 12 ist an dem Bodenende 114 des
Pfostens befestigt. Die Scheibe 12 hat eine Bodenoberfläche bzw.
-fläche 122 mit
einem äußeren, nach
unten hängenden Ring 124,
der abwechselnde radiale Sektoren von leitfähigen 126 und nicht
leitfähigen 128 Bereichen aufweist.
Die leitfähigen
Sektoren 126 dienen als die Elektroden und die nicht leitfähigen Bereiche 128 dienen
dazu, 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 anzusehen
ist.
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Vorzugsweise
umfasst die Scheibe 12 ein flexibles Material, um eine
Formanpassung mit dem gewählten
Abschnitt des Zielgewebes zu erlauben. Es ist ebenfalls bevorzugt,
dass die Scheibe 12 einen transparenten Abschnitt aufweist,
um eine Visualisierung bzw. Betrachtung des gewählten Abschnitts des Zielgewebes
dadurch zu erlauben.
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Eine
unabhängige
leitfähige
Leitung 13 ist in Schaltungskommunikation mit jedem der
leitfähigen Bereiche 128.
Jede Leitung 13 erstreckt sich von der Scheibe 12 durch
das Portal 110 des Pfostens zu dem oberen Ende 112 davon.
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Eine
Mehrzahl von Kontaktmitteln ist benachbart bzw. angrenzend zu dem
oberen Ende 112 des Portals des Pfostens angeordnet und
in Schaltungskommunikation mit jeder Leitung 13. Bei einer speziellen
Ausführungsform
umfasst jedes Kontaktmittel eine Kontaktbürste 14, die innerhalb
des Portals 110 gegen eine Innenwand 111 davon
befestigt ist. Ein Schnittstellenmittel ist benachbart bzw. angrenzend
zu dem oberen Ende 112 des Portals des Pfostens angeordnet
und weist Mittel zum Kommunizieren mit jeder Kontaktbürste 14 auf,
um eine Schaltungskommunikation mit einem Signalgenerator 50 herzustellen.
Bei einer speziellen Ausführungsform umfasst
das Schnittstellenmittel eine Schlüsselverriegelung 15,
die in das Portal 110 an dem oberen Ende 112 einsetzbar
ist. Die Schlüsselverriegelung 15 weist
ein Kontaktkissen auf, das für
eine Kommunikation mit jeder Kontaktbürste 14 in einer Weise
angeordnet ist, die in der Technik bekannt ist.
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Jede
Elektrode 126 ist in Schaltungskommunikation mit einem
entsprechenden Abschnitt der Quelle 50 von elektrischer
Energie. Bei einer bevorzugten Ausführungsform 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 angepasst ist, um
Pulse einer vorbestimmten Form, Spannung, Dauer und Trennung abzugeben.
Insbesondere sollte die Quelle 50 angepasst sein, um Spannung
zu jeder Elektrode 126 zu liefern, um ein erstes elektromagnetisches Feld
niedrigen Niveaus und ein zweites elektromagnetisches Feld typischerweise
höheren
Niveaus in vivo zwischen gewählten
Elektroden aufzubauen. Eine selektive Steuerung bzw. Regelung der
Anlegung von elektrischen Signalen zwischen den einzelnen Elektroden
kann auf unterschiedliche Weisen erreicht 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.
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Das
Feld niedrigen Niveaus dient zum Manipulieren des Moleküls M relativ
zu dem Zielgewebe T, das hier als eine Masse gezeigt ist. Das Feld
höheren Niveaus
dient dazu, eine vorübergehende
Permeabilität
einer Zellmembran innerhalb des Zielgewebes T zu bewirken. Eine
derartige Permeabilität
ist nützlich, um
dem Molekül
M zu erlauben, in das Innere der Zelle einzutreten (siehe 1 und 2).
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Bei
Gebrauch sind bzw. werden die Elektroden 126 typischerweise
in gegenüberliegenden
Paaren aktiviert, so dass wenigstens eine Elektrode von jedem Paar
von Elektroden 126 angepasst sein bzw. werden kann, um
wenigstens ein Paar von Spannungen entgegengesetzter Polarität nahezu
gleichzeitig bereitzustellen. Selbstverständlich können andere Kombinationen leicht
durch den Fachmann ins Auge gefasst werden. Desweiteren kann es
erwünscht sein,
selektiv eine Spannung an jedes Elektrodenpaar in einem vorbestimmten
Muster anzulegen. Ein derartiges Mittel zum Erzeugen eines vorgewählten Musters
kann beispielsweise ein Softwareprogramm zum Antreiben eines Pulsgenerators
beinhalten, um Signale an jede ausgewählte Elektrode in dem vorbestimmten
Muster anzulegen.
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Eine
Ausführungsform
einer nicht penetrierenden Vorrichtung 20 zum Manipulieren
eines Moleküls
M in vivo relativ zu einem Zielgewebe T gemäß der Erfindung (5 und 6)
umfasst einen im Allgemeinen zylindrischen Träger 21 mit einem Lumen 210,
das sich von einem oberen Ende 212 zu einem Bodenende 214 erstreckt.
Eine Mehrzahl von nach unten hängenden
Pfosten 22 ist benachbart bzw. angrenzend zu dem Bodenende
des Trägers 214 angeordnet,
wobei jeder Pfosten 22 einen leitfähigen Bereich 220 an
einer Bodenoberfläche
bzw. -fläche 224 davon
besitzt. Die Pfosten 22 sind in einer voneinander beabstandeten
Beziehung angeordnet und die leitfähigen Bereiche 220 umfassen
die Elektroden.
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Bei
einer speziellen Ausführungsform
ist jeder Pfosten 22 bewegbar an dem Träger 21 befestigt. Jeder
Pfosten 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. Diese Bewegung
dient dazu, einen Kontakt zwischen jedem Pfosten 22 und
einer Oberfläche
eines Zielgewebes T herzustellen. Bei einer spezifischen Art von
bewegbarem Pfosten 22, wie sie in 5 gezeigt
ist, ist jeder Pfosten 22 an dem Träger 21 auf gefederte
Weise befestigt. Eine derartige Bewegung erlaubt einer im Allgemeinen planaren
Trägerbodenoberfläche bzw.
-fläche 214, einen
Elektrodenkontakt mit einer nicht planaren Oberfläche bzw.
Fläche
zu erlauben.
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Das
Lumen 210 kann beispielsweise als eine Spritzenführung verwendet
werden, um die Einbringung des gewünschten Moleküls in das
Gewebe T vor einem Aktivieren der Elektroden zu erlauben.
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In 7 ist
eine dritte Ausführungsform 30 einer
Vorrichtung ähnlich
derjenigen 20 oben gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
haben die Pfosten 32 spitze leitfähige Bodenspitzen 324,
die in einem radial nach innen gewandten Winkel zueinander angeordnet
sind. Jeder Pfosten 32 ist nach innen zwischen einer ersten
Position und einer zweiten Position bewegbar, wobei die Spitzen 324 näher aneinander
sind als in der ersten Position. Die zweite Position dient zum Greifen
von Gewebe T zwischen den Spitzen 324.
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Ein
anderes Merkmal, das bei dieser Ausführungsform illustriert ist,
umfasst eine Hohlnadel 33, die sich durch den Träger 31 erstreckt.
Die Nadel 33, deren Spitze sich unterhalb der Träger 32 erstreckt, kann
eine Dosis der Substanz tragen, die in das Gewebe T einzubringen
ist, oder kann als ein Portal verwendet werden, durch das die Einbringung
erfolgen kann. Bei einer verwandten bzw. ähnlichen Ausführungsform
ist die Nadel 33 axial bewegbar, um eine Wahl der Tiefe
einer Penetration zu erlauben.
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Eine
vierte Ausführungsform 40 der
Vorrichtung (8) enthält einen Träger 41, der bewegbar ein
Paar isolierender Platten 42 in einer allgemein parallelen
Weise hält.
Bei der gezeigten Ausführungsform
umfassen die Platten 42 allgemein rechteckige planare Glieder.
Der Träger 41 enthält Mittel
zum Ändern
der Trennung bzw. des Abstands zwischen den Platten 42,
der für
ein Ergreifen von Gewebe T dazwischen nützlich ist.
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Jede
Platte 42 hat eine Mehrzahl von Elektroden 43,
die an ihrer nach innen gewandten Oberfläche bzw. Fläche befestigt sind, und Leitungen 44, die
mit jeder Elektrode 43 verbunden sind, um eine Schaltungskommunikation
mit einem Signalgenerator 50 bereitzustellen.
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Mehrere
Verfahren werden nun offenbart. Diese Verfahren werden mit der oben
beschriebenen Vorrichtung 10 illustriert, obwohl dies nicht
als eine Einschränkung
anzusehen ist, da irgendeine der Vorrichtungen 10, 20, 30 oder 40 darin
verwendet werden könnte,
oder andere Äquivalente,
die durch einen Fachmann geschätzt
bzw. verstanden werden.
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Ein
erstes Verfahren ist ein Verfahren zum Erzielen einer verbesserten
Verteilung und Zufuhr eines gewünschten
Moleküls
M in ein Zielgewebe T. Dieses Verfahren umfasst die Schritte eines
Platzierens von wenigstens zwei Elektroden 126 im Allgemeinen
benachbart bzw. angrenzend an, jedoch auf nicht penetrierende Weise,
an einer Oberfläche
eines Zielgewebes T. Eine Substanz, die das gewünschte Molekül M enthält, beispielsweise
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.
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Ein
erstes elektrisches Potential wird zwischen einem Paar Elektroden 126–126' aufgebaut, das
ausreichend ist, um eine Elektromigration des gewünschten
Moleküls
M von einem anfänglichen Ort
zu einem wünschenswerteren
Ort an dem Zielgewebe T zu bewirken. Bei einer bestimmten Ausführungsform
ist der Pulshöhenbereich
1–15 V/cm
im Millisekundenbereich.
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Ein
zweites elektrisches Potential wird zwischen einem Paar Elektroden
aufgebaut, welches das zuvor aktivierte Elektrodenpaar 126–126' sein kann oder
nicht. 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 verbessern. Beispielhafte Pulshöhen- und -dauerbereiche umfassen,
sollen jedoch nicht darauf beschränkt sein, 1–10.000 Volt/cm im Nanosekundenbereich.
Bei einer speziellen Ausführungsform
ist der Pulshöhenbereich
750–1500 V/cm über den
Millisekundenbereich. Eines oder beide der Potentiale können in
einer Reihe vorbestimmter Pulssequenzen geliefert werden, wobei
jede Pulse umfassen kann, die sequentiell oder simultan geliefert
werden.
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Ein
zweites Verfahren dient zum Zuführen
eines bioaktiven Moleküls
an ein subkutanes Zielgewebe T. Dieses Verfahren umfasst die Schritte,
wie oben, eines Einbringens einer Substanz, enthaltend das geladene
bioaktive Molekül
M zu einem subkutanen Bereich benachbart bzw. angrenzend an das Zielgewebe
T. Eine Vorrichtung, wie die Vorrichtung 10, wird im Allgemeinen
benachbart, jedoch auf nicht penetrierende Weise, an einem Zielgewebe
T platziert und Elektrodenpaare werden wieder bei einem niedrigen
und einem hohen Niveau aktiviert, um entsprechend eine Elektromigration
des bioaktiven Moleküls
M in einen ersten Bereich A benachbart bzw. angrenzend zu 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.
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Ein
drittes Verfahren (9) dient dazu, zwei Moleküle M, M' in Apposition an
einer gewünschten Zielgewebsstelle
S zu bringen, um eine Reaktion dazwischen zu ermöglichen, wie in einem labilen
Multikomponentensystem oder einer Zell-"Bombe". Dieses Verfahren umfasst die Schritte
eines Einbringens einer ein erstes Molekül M enthaltenden Substanz in einen
ersten Bereich A benachbart bzw. angrenzend zu der Zielgewebsstelle
S und eines Einbringens einer ein zweites Molekül M' enthaltenden Substanz in einen zweiten
Bereich A' benachbart
bzw. angrenzend zu der Zielgewebsstelle S.
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Als
nächstes
wird eine Elektromigration des ersten M und zweiten Moleküls M' zu einem dritten Bereich
A'' bewirkt, der in
die Zielgewebsstelle S ist. Die Elektromigration wird durch wenigstens
ein Paar Elektroden bewirkt, die gegen eine Oberfläche bzw. Fläche im Allgemeinen
benachbart bzw. angrenzend, jedoch auf nicht penetrierende Weise,
zu einem Zielgewebe platziert sind. Der dritte Bereich A'' kann tatsächlich bzw. momentan den ersten
A oder den zweiten A' Bereich
oder einen anderen Bereich umfassen, der davon unterschiedlich ist.
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Als
nächstes
wird es dem ersten M und dem zweiten Molekül M' erlaubt, an dem dritten Bereich A'' zu reagieren.
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Es
kann von einem Fachmann verstanden bzw. anerkannt werden, dass zusätzliche
Ausführungsformen
ins Auge gefasst werden können,
einschließlich
anderer Ausführungsformen
des Manipulators. In dieser Anmeldung bedeutet eine Vorrichtung,
die "konfiguriert
ist, um ein elektromagnetisches Feld in vivo zu erzeugen, dass (i)
der Abschnitt der Vorrichtung, der mit Körpergewebe oder Fluid in Kontakt
kommt, aus biokompatiblen Materialien besteht, (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, der das zu
behandelnde Gewebe interstitielles Fluid, injiziertes Material an
der Behandlungsstelle, Material, das an dem Zielgewebe angewandt
wird, und Kombinationen der Vorhergehenden enthalten kann, und (iii)
das Material zwischen den Elektroden an jedem Trägerglied, das dasselbe Material
wie das Trägerglied
sein kann, eine ausreichende Dielektrizitätskonstante haben sollte, so
dass es nicht auf Grund dessen, dass nahe gelegene Elektroden eine
entgegengesetzte Polarität haben,
während
der elektrischen Behandlung zusammenbricht. 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 bildet, derart sind, dass die Vorrichtung direkt gegen
das Gewebe angeordnet werden kann. Darüber hinaus wird es Fachleuten
offensichtlich sein, dass dort, wo eine Elektrode oder ein System konfiguriert
ist, um sowohl eine Elektromigration als auch eine Elektroporation
auszuführen,
eine derartige Elektrode oder System verwendet werden kann, um eine
oder beide Funktion(en) auszuführen.
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In
der vorhergehenden Beschreibung wurden bestimmte Begriffe der Kürze, der
Deutlichkeit und des Verständnisses
halber verwendet, aber dadurch sollen keine unnötigen Beschränkungen über die
Erfordernisse des Stands der Technik hinaus impliziert sein, da
derartige Wörter
hierin für
Beschreibungszwecke verwendet werden und im breiten Sinne zu verstehen
sind. Zudem sind die Ausführungsformen
der hiern illustrierten und beschriebenen Vorrichtung rein beispielhaft
und der Schutzbereich der Erfindung ist nicht auf die exakten Konstruktionsdetails
beschränkt.
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Nachdem
nun die Erfindung, die Konstruktion, der Betrieb und die Verwendung
einer bevorzugten Ausführungsform
davon sowie die dadurch erzielten vorteilhaften neuen und nützlichen
Ergebnisse beschrieben wurden, werden die neuen und nützlichen
Konstruktionen und sinnvolle mechanische Äquivalente dargelegt.