專利名稱：利用電穿孔途徑輸送藥物和基因的裝置和方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總的來說涉及利用電脈沖增大細(xì)胞的滲透性，更確切地說涉及利用可控制的電場通過電穿孔療法(EPT)在活體內(nèi)將藥物化合物和基因輸送到細(xì)胞中，所述的電穿孔療法亦可稱作細(xì)胞穿孔療法(CPT)或電化療法(ECT)。
相關(guān)技術(shù)描述在70年代，人們發(fā)現(xiàn)可以利用電場在細(xì)胞上產(chǎn)生一些孔隙不引起細(xì)胞永久性損傷的下。這一發(fā)現(xiàn)使得將大分子送入到細(xì)胞質(zhì)中成為可能。人們知道，基因以及其它諸如藥物化合物一類的其它分子可以通過一種被稱作電穿孔的途徑進(jìn)入到活體細(xì)胞中。將這些基因或其它分子與活體細(xì)胞混合在一種緩沖介質(zhì)中，然后向它們施加短脈沖式的高電場。這些細(xì)胞膜上會暫時性地產(chǎn)生一些小孔，基因或者分子進(jìn)入到這些細(xì)胞中，在細(xì)胞中改變細(xì)胞的基因組。
體內(nèi)電穿孔一般只局限于應(yīng)用到靠近生物體的皮膚的組織或細(xì)胞上，在這些部位上能夠放置電極。因此，用于電穿孔的電極一般不能接近如腫瘤一類的能夠以全身性藥物輸送方式或化療方式進(jìn)行治療的組織。在用化療方法治療某些類型的癌癥時，需要在不殺死太多的正常細(xì)胞的前提下采用足夠大劑量的藥物來殺死癌細(xì)胞。如果能夠?qū)⒒熕幬镏苯幼⑷氲桨┘?xì)胞中，則可以達(dá)到這一目的。有些抗癌藥，如博萊霉素，通常不能有效地穿透某些類型的癌細(xì)胞的細(xì)胞膜。但是，采用電穿孔方法就能夠?qū)⒉┤R霉素注入到細(xì)胞中。
進(jìn)行治療的方法通常是，將一種抗癌藥直接注射到腫瘤中，然后向處于一對電極之間的腫瘤施加一個電場。必須以適當(dāng)?shù)木_度對電場強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便能夠在不損傷、或者至少是最小程度地?fù)p傷正常的或健康的細(xì)胞的前提下對腫瘤細(xì)胞進(jìn)行電穿孔。對于體表的腫瘤，通?？梢栽谀[瘤的兩側(cè)施加一對電極，使電場產(chǎn)生于這對電極之間，由此很方便地實(shí)施電穿孔。在電場是均強(qiáng)電場的情況下，可以先測出電極間的距離，然后按照公式E＝V/d(E＝電場強(qiáng)度，單位是伏/厘米；V＝電壓，單位是伏；d＝距離，單位是厘米)將大小合適的電壓加到電極上。當(dāng)要治療大的或身體內(nèi)部的腫瘤時，就很難合適地放置電極并測量電極間的距離。在前面提到的專利申請中公開了一種用于體內(nèi)電穿孔的電極系統(tǒng)，其中的電極能夠被插入到腫瘤中。在相關(guān)的美國專利US5273525中，在一個用于在電穿孔過程中注射分子和大分子的注射器中采用了一些注射針頭，這些針頭同時還起著電極的作用。這種結(jié)構(gòu)使得將電極放置到體表之下成為可能。
利用細(xì)胞穿孔療法進(jìn)行治療提供了一種避免產(chǎn)生通常與服用抗癌藥或細(xì)胞毒制劑相伴隨的副作用的方法。這種療法使得人們可以引入這些制劑來選擇性地殺傷或殺死所不需要的細(xì)胞，同時避免殺傷或殺死周圍的健康細(xì)胞或組織。
發(fā)明概述本發(fā)明的主要目的是提供一種改進(jìn)的裝置，該裝置能夠被方便地并且有效地放置到預(yù)先選定的組織中以便在所述的組織中產(chǎn)生預(yù)定的電場。
按照本發(fā)明的一個主要方面，向病人身體的一部分實(shí)施電穿孔的電極裝置包括一個支持件，一些安裝在所述的支持件上的用于從選定的部位插入到組織中的彼此相隔一定距離的針電極，以及包括信號發(fā)生器在內(nèi)的裝置，所述的信號發(fā)生器響應(yīng)于所述的距離信號，向所述的這些電極施加一個與所述的電極間的距離成正比的電信號，從而產(chǎn)生具有預(yù)定強(qiáng)度的電場。
本發(fā)明包括一些針，這些針既起著向組織中注入治療物質(zhì)的作用，又充當(dāng)為一部分組織細(xì)胞產(chǎn)生電場的電極。
本發(fā)明的一個實(shí)施例包括一個用于臨床電穿孔治療的系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括一個針陣列電極，這個針陣列電極具有一個“鍵控”元件，例如一個電阻器或一個有源電路，由該“鍵控”元件確定治療電壓脈沖的給定值以及可選擇的陣列切換模式(具有這種系統(tǒng)的裝置被稱作MedPulseTM)。有幾種電極施加器的結(jié)構(gòu)可用來導(dǎo)入并治療各種組織部位。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例提供了一種腹腔鏡型的針施加器，這種施加器最好是與一個內(nèi)窺鏡相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)損傷性最小的電穿孔治療。
本發(fā)明提供了一種利用針陣列裝置治療細(xì)胞，特別是腫瘤細(xì)胞的治療方法。
附圖詳述

圖1是本發(fā)明的一個實(shí)施例的橫剖視形式的組裝圖。
圖2a-2g是本發(fā)明的幾種可供選擇的電極實(shí)施例的示意圖。
圖3是本發(fā)明的治療裝置的方塊圖。
圖4是圖3中的治療裝置的電路的示意性方塊圖。
圖5是圖4中的電路的選擇器開關(guān)元件的示意圖。
圖6示意性地表示了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，一種優(yōu)選的形成9個治療區(qū)的針的4×4布局陣列。
圖7a表示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例用于一種2×2治療區(qū)的脈沖序列。
圖7b-7d根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例用于一種6針陣列的脈沖序列。
圖8是已有技術(shù)中的內(nèi)窺鏡檢查裝置的示意圖。
圖9a-9b更詳細(xì)地示出了本發(fā)明的一種伸/縮式針陣列。
圖10表示對于各種對照組(D+E-，D-E-，D-E+)和受治療組，在用博萊霉素對Panc-3異種移植裸鼠進(jìn)行EPT治療后直到120天時的腫瘤體積(D＝藥物；E＝電穿孔)。
圖11a和11b分別表示在加脈沖之前注射藥物和加脈沖之后注射藥物這兩種方式下，用新制癌菌素對Panc-3進(jìn)行EPT治療時直到第24天時的效果。
圖12表示在用博萊霉素對非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞(NSCLC)異種移植裸鼠，進(jìn)行EPT治療34天后的腫瘤體積。箭頭表示在第27天時對一只小鼠進(jìn)行了再次治療(D＝藥物；E＝電穿孔)。
圖13a-13d表示在用EPT治療異種移植的腫瘤(a)的過程中的治療進(jìn)展順序。治療導(dǎo)致疤痕的形成(b)，疤痕干枯并且最終脫落(c)，在皮膚上留下一個沒有腫瘤的清楚的愈合區(qū)(d)。
圖14a-14c表示在治療35天后腫瘤樣本的組織學(xué)圖像。在D+E+組中只顯示出壞死的腫瘤與D+E-組中則是有活細(xì)胞和壞死細(xì)胞混相比在一起(a)，細(xì)胞的空胞(b)。在120天后對腫瘤部位的樣本所進(jìn)行的組織學(xué)研究表明，已完全不存在腫瘤細(xì)胞(c)。
圖15a和15b分別表示曝露在低電壓EPT下和高電壓EPT下，MCF-7(乳腺癌)細(xì)胞的存活率。
圖16a和16b分別表示在加博萊霉素的情況下，曝露在低電壓EPT下和高電壓EPT下的MCF-7(乳腺癌)細(xì)胞的存活率。
圖17表示在不加脈沖的情況下和加脈沖的情況下，不同的博萊霉素濃度以及MedPulserTM對MCF-7細(xì)胞所產(chǎn)生的效果。
相同的參考數(shù)字和標(biāo)記在不同的圖中代表相同的元件。
優(yōu)選的實(shí)施方案詳述總述本發(fā)明提供了用于實(shí)施電穿孔治療的裝置和方法。所述的方法包括注射化療制劑或分子以及用電穿孔法將所述的制劑或分子引入到腫瘤中的步驟。具體地說，先將制劑或分子注射到組織中，再在設(shè)置在組織中的“針”電極之間施加電壓脈沖，由此向該組織的細(xì)胞施加電場。下面將要描述的針電極組件使得人們可以在活體內(nèi)或者在活體外將電極放置到處于體表之下的腫瘤或其它組織內(nèi)部或者近旁。這種治療方法被稱作電穿孔療法(EPT)，也稱作電化學(xué)療法。盡管下面的說明是著重介紹EPT的，但本發(fā)明也可應(yīng)用于其它治療技術(shù)，例如對身體的某些器官的基因療法。
有關(guān)EPT的一般性討論，可以參見與本申請共同未決的第08/537265號申請，其申請日為1995年9月29日，它是1995年6月6日遞交的第08/467566號申請的接續(xù)申請，而后者又是1993年4月1日遞交的、現(xiàn)在已經(jīng)放棄了的第08/042039號申請的接續(xù)申請，此處將所有這些申請引入作為參考。
電極組件圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的針組件100的橫剖視組裝圖。針組件100包括一個細(xì)長的管狀支持體或針桿112，它既可以是由空心的不銹鋼制成的，也可以是由醫(yī)用級的塑料(例如尼龍)制成的。如果針桿是由導(dǎo)體材料制成的，則應(yīng)當(dāng)為外部設(shè)備配備電絕緣，以保護(hù)病人和醫(yī)生。針桿112包括在針桿的末端的一些電極針114，這些電極針分別與多導(dǎo)線電纜116中的不同導(dǎo)線相連。電極針114既可以是尖的，也可以是鈍的，既可以是空心的，也可以是實(shí)心的，并且可以具有任何一種需要的長度。電極針114的材料必須是導(dǎo)電的，但不一定非得是金屬的或同一種材料的(即，可以采用復(fù)合的或?qū)訝畹慕Y(jié)構(gòu)，例如可以采用金屬鍍膜的塑料針或者陶瓷針)?？梢杂靡粋€或多個空心的電極針114來注射治療物質(zhì)。在不同的實(shí)施例中，電極針114可以組成方形、六角形或圓形的陣列。但是，也可以采用其它形狀。
在使用中，多導(dǎo)線電纜116與一個高壓發(fā)生器相連。在圖示的實(shí)施例中，在針桿的末端有一個受磨擦型的環(huán)形墊圈120約束的可抽回的保護(hù)罩118，所述的保護(hù)罩118能夠沿著針桿112前后滑動，以便遮蓋或者曝露出電極針114。
圖2a-2e是本發(fā)明的幾種可供選擇的電極實(shí)施例的示意圖。圖2a和2b表示兩種帶有針200的直體型電極，在這兩種電極上的針200的距離不同。例如，圖2a中的針構(gòu)成一個直徑為0.5厘米的直徑陣列，而圖2b中的針構(gòu)成一個直徑為1.4厘米的陣列。電極主體的尺寸也可以不同。例如，圖2a中的電極具有一種臺階型的主體結(jié)構(gòu)，其前部202的直徑較小，后部204的直徑較大。圖2b中的電極具有一個直徑均勻的主體206。圖2a和圖2b中的電極特別適合用于治療小的表面腫瘤。
圖2c和2d表示兩種斜頭電極，它們各有一組與電極的主體206成一角度的針尖200。圖2c示出針尖與主體206成大約45度角。圖2d示出針尖與主體206成大約90度角。圖2c和圖2d中的電極特別適合用于治療頭頸部的腫瘤。
圖2e表示一種雙角電極，它具有一組與直徑較小的前部202成一角度的針尖200。直徑較大的后部204也成一角度。圖2e中的電極特別適合用于治療喉部的腫瘤，但也可以用于其它體腔中的腫瘤。
圖2f示出了一種特別適合用于治療大腫瘤的電極。針208之間的間隔可以是例如大約0.65厘米。圖2g示出了一種特別適合用于治療內(nèi)部腫瘤的電極。針208之間的間隔可以是例如大約1.0厘米。
可以根據(jù)需要來組合圖2a-2g所示的任何一種獨(dú)立的結(jié)構(gòu)元件(例如，主體的尺寸和結(jié)構(gòu)，頭部和主體的角度，等等)。也可以采用其它結(jié)構(gòu)的電極組件以滿足特定的尺寸和入口的要求。
EPT裝置圖3是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種EPT治療裝置300的示意圖。一個電極施加器312以可拆卸的方式連接在裝置300上，裝置300選擇性地向電極施加器312上的已選定的電極針314施加電壓脈沖。脈沖持續(xù)時間、電壓的大小、電極針的尋址或者由裝置300輸出的開關(guān)模式都可由程序來控制。
顯示器316顯示出治療電壓的給定值。配備了一個遠(yuǎn)距離治療啟動接頭318以接納一個腳踏開關(guān)320，所述的腳踏開關(guān)320用于啟動傳至電極施加器312的脈沖。腳踏開關(guān)320使醫(yī)生能夠在可騰出雙手將電極施加器312放置在病人的組織中的同時開啟裝置300。
為方便起見，配備了指示燈322來指示故障檢測、電源接通以及治療階段的結(jié)束。還配備了其它的指示燈324來明確地指示有一個電極施加器312與裝置300相連，以及指示出陣列的類型(下面將要討論)。設(shè)置了一個備用/復(fù)位按鍵326，用于使裝置“暫?！币约皩⒀b置的所有功能復(fù)位至一個默認(rèn)狀態(tài)。配備了一個就緒按鍵328，用于使裝置300做好進(jìn)入治療階段的準(zhǔn)備。由一個比較顯著的“治療進(jìn)行中”指示燈330來指示電壓脈沖已被施加到了電極針314。此外，裝置300上還可以帶有聲音指示器，用于指示例如按鍵、故障狀態(tài)、治療階段的開始或結(jié)束，以及指出治療正在進(jìn)行中，等等。
在一個可供選擇的實(shí)施例中，裝置300可以與一個檢測心率的反饋傳感器相連。在心臟附近施加脈沖有可能會受到正常的心臟節(jié)律的干擾。通過在兩次心搏之間的安全期內(nèi)同步施加脈沖，可以降低這種干擾的可能性。
圖4是圖3中的治療裝置300的電路400的示意性方塊圖。交流電源輸入模塊以電隔離的方式為整個裝置300提供能量。直流電源輸入模塊402為裝置300的控制電路提供合適的能量。高壓電源406提供進(jìn)行EPT治療所需要的合適的高電壓(例如高達(dá)幾千伏)。高壓電源406的輸出與脈沖能量組件408相連，脈沖能量組件408在控制組件410的控制下產(chǎn)生寬度和電壓可變的脈沖。脈沖能量組件408的輸出通過一個高壓開關(guān)陣列412與一個針陣列連接器414相連。遠(yuǎn)距離治療啟動腳踏板連接器416能夠與腳踏板開關(guān)320相接。
高壓開關(guān)陣列412使得實(shí)施EPT所需要的高電壓能夠被施加到針組件100的眾多電極中的一些選定的亞組上。在已前的EPT裝置中，施加這種電壓時通常要采用一種手動旋轉(zhuǎn)式“配電器”開關(guān)，或者電動模式的這類開關(guān)。但是，在本發(fā)明中，所有開關(guān)操作都是由電控繼電器完成，能夠?qū)崿F(xiàn)更快速、噪聲更低的切換，并且壽命更長，能夠?qū)﹂_關(guān)模式進(jìn)行更好的以及更靈活的控制。
圖5是圖4所示的電路的高壓開關(guān)陣列412的一個選擇器開關(guān)元件500的示意圖。這種開關(guān)元件500的數(shù)量應(yīng)當(dāng)至少所安裝的任何一種針組件100中的電極的最大數(shù)量相匹配。每個開關(guān)元件500控制施加到針組件100的一個電極上的高電壓，并且能夠向有關(guān)的電極提供任何一種極性的電壓。
具體地說，當(dāng)將一個“負(fù)”控制電壓施加到一個倒相輸入放大器502a上時，一個相關(guān)的常開繼電器504a則被關(guān)閉，從而為施加到通過電極連接器506連接的一對電極上的脈沖建立起一個負(fù)的返回通道。同樣，當(dāng)將一個“正”控制電壓施加到一個第二倒相輸入放大器502b上時，一個相關(guān)的常開繼電器504b則被關(guān)閉，從而為施加到通過電極連接器506連接的一對電極上的正脈沖建立起一個通道。
針陣列尋址圖3所示的裝置300適合于用來與具有不同數(shù)量的電極針314的電極施加器312配套使用。因此，在這個優(yōu)選實(shí)施例中，設(shè)計(jì)出了一個尋址方案，最多能夠?qū)?6個電極針進(jìn)行尋址，這些電極針標(biāo)號從A到P，最多能夠形成9個方形治療區(qū)以及幾種類型的擴(kuò)大治療區(qū)。一個治療區(qū)至少包括4根針，這4根針組成兩對相對的針，在一個特定的脈沖過程中被尋址。在一個特定的脈沖中，一個治療區(qū)中的兩根針的極性為正，兩根針的極性為負(fù)。
圖6示意性地表示了一種形成9個正方形治療區(qū)的針優(yōu)選4×4布局(mapping)陣列，這9個治療區(qū)從中心開始以順時針方向順序編號。在這個優(yōu)選實(shí)施例中，這種布局陣列確定了4針、6針、8針、9針以及16針的電極結(jié)構(gòu)。一種4針電極由處在位置F，G，K和J(治療區(qū)1)上的針組成。一種9針電極由處在構(gòu)成治療區(qū)1-4的位置上的針組成。一種16針陣列由處在構(gòu)成治療區(qū)1-9的位置上的針組成。
圖7a表示根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，施加在一種2×2治療區(qū)上的脈沖序列。如圖所示，在構(gòu)成一個周期的四個脈沖中的任意一個脈沖期間，兩對電極分別被充以正電和負(fù)電。這種電極對也可以具有其它模式，例如以順時針或者逆時針的方式行進(jìn)。對于9針電極構(gòu)型而言，一個比較可取的周期包括16個脈沖(4個治療區(qū)，每個治療區(qū)4個脈沖)。對于16針構(gòu)型電極而言，一個比較可取的周期包括36個脈沖(9個治療區(qū)，每個治療區(qū)4個脈沖)。
如圖7b-7d所示，6針電極可以構(gòu)成圓形的或者六角形的陣列?；蛘?，如圖6所示，6針電極也可以是一個大陣列中的一個小組。例如，參照圖6，6針電極既可以是由處在構(gòu)成治療區(qū)1-2(或者其它任何一對沿直線排列的治療區(qū))的位置上的針組成的一種2×3矩形陣列，也可以是由圍成一個擴(kuò)大了的治療區(qū)(圖6中的虛線所示)的針B，G，K，N，I，E(或者其它任何一組圍成一個六角形的位置上的針)組成的六角形結(jié)構(gòu)。同樣，8針電極既可以構(gòu)成一個八角形，也可以由圖6所示的更大的陣列中的一個小組組成。例如，參照圖6，8針電極既可以是由處在構(gòu)成治療區(qū)1，2和6(或者其它任何三個沿直線排列的治療區(qū))的位置上的針組成的一種2×4陣列，也可以是由圍成一個擴(kuò)大了的治療區(qū)的針B，C，H，L，O，N，I，E(或者其它任何一組圍成一個八角形的位置上的針)組成的八角形結(jié)構(gòu)。
圖6b-6d示出了一種六角形的排列以及一種可能的激活順序。圖6b表示第一種序列，在該序列中，在第一個脈沖期間，針G和K的極性為正，針I(yè)和E的極性為負(fù)，而在下一個脈沖期間，這些針的極性顛倒過來；針B和N用虛線表示處于非激活狀態(tài)。圖6c表示第二種序列，在該序列中，在第一個脈沖期間，針K和N的極性為正，針E和B的極性為負(fù)，而在下一個脈沖期間，這些針的極性顛倒過來；針G和I處于非激活狀態(tài)。圖6e表示第三種序列，在該序列中，在第一個脈沖期間，針N和I的極性為正，針B和G的極性為負(fù)，而在下一個脈沖期間，這些針的極性顛倒過來；針K和E處于非激活狀態(tài)。在一個周期的序列中總共施加6個脈沖。相似的激活序列可用在八角形排列的鐘中。
無論采用哪一種物理結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例通常采用至少兩對互相切換的電極(例如，圖7a所示的結(jié)構(gòu))，以便在接受EPT的組織中形成一種比較均勻的電場。電場的強(qiáng)度應(yīng)當(dāng)足夠大，要足以使治療制劑能夠進(jìn)入，從而有效地實(shí)現(xiàn)電穿孔。
電極施加器的自動識別上面描述的布局方案使得不同的電極施加器312能夠與同一個裝置300相連接。由于電極針314的數(shù)目可以改變，所以本發(fā)明包括一個用于自動對裝置300進(jìn)行配置以便對適當(dāng)數(shù)目的電極針314進(jìn)行尋址的部件。在一個實(shí)施例中，每個電極施加器312包括一個內(nèi)置型的識別元件，例如一個“鍵控”電阻器，它使裝置300能夠確定電極針314的數(shù)目，并由此對其自身進(jìn)行設(shè)置，以便與尋址方案相匹配。當(dāng)電極施加器312連接到裝置300上時，裝置300對類型識別元件進(jìn)行讀操作?？梢詫㈩愋妥R別元件安裝到用于連接電極施加器12的一個連接器中，并通過共享的或者指定的電連接來讀取。
作為一個示范性的實(shí)施例，下表給出了與電極針314的數(shù)目對應(yīng)的電阻值。
一種與此相似的技術(shù)可以用來自動設(shè)定裝置300的治療電壓。即，每個電極施加器312包括一個內(nèi)置式的電壓識別元件，例如一個“鍵控”電阻器，它使裝置300能夠針對具體的電極施加器312來確定治療脈沖的合適的電壓水平。當(dāng)電極施加器312連接到裝置300上時，裝置300對電壓識別元件進(jìn)行讀操作。
作為一個示范性的實(shí)施例，下表給出了與給定的電壓值相關(guān)的電阻值。
>對于類型識別和電壓識別，可以采用相同的或者不同的識別元件。識別元件的性質(zhì)也可以有所不同。例如，可以在每個電極施加器312中裝入一個存有各種變量的數(shù)字值或模擬值的電子電路。舉例來說，可以以編碼形式存儲到電極施加器312中的信息實(shí)例有針陣列類型參數(shù)，如針的數(shù)目，針間距，針陣列的幾何圖形，以及/或者針的開關(guān)順序；電脈沖參數(shù)，如電壓的給定值，脈沖長度以及/或者脈沖形狀；擱置壽命；以及使用期限。如果電極施加器312采用了一種能夠貯存數(shù)據(jù)的可寫的活化電路(例如NVRAM)，那么另外一些能夠以編碼的形式寫入到一個電極施加器312中的信息包括擱置壽命鎖定(即，在擱置壽命屆滿時使電極施加器312禁止使用的一個編碼)；使用計(jì)數(shù)及鎖定(即，在達(dá)到允許的使用次數(shù)時使電極施加器312禁止使用的一個編碼；當(dāng)將一個電極施加器312設(shè)計(jì)成可置換的，能夠防止由重復(fù)使用造成的污染)；使用歷史記錄(例如，記錄了已施加脈沖的數(shù)量，施加日期和時間等參數(shù)的記錄)；以及錯誤碼的捕獲(例如，使一個電極施加器312能夠被返回給制造商，并對施加器的故障形式或者裝置300的故障形式進(jìn)行分析)。
可以利用從最初開始使用施加器到當(dāng)前為止的時間長短，以及用同一個裝置進(jìn)行治療的次數(shù)來決定鎖定。其實(shí)現(xiàn)方式可以是，在剛與裝置300連上時就往施加器的“鍵控”元件的可置換的啟動電路中寫入一個時間標(biāo)記，等到超過了一定的時間后便中止使用。這個時間長度的限度可以根據(jù)一次外科手術(shù)的實(shí)際最長時間來決定。
此外，這個“鍵控”元件的用途可以包括生產(chǎn)和質(zhì)量控制信息。這類信息的一個例子是儀器的生產(chǎn)批號。并且，可以通過禁止使用未經(jīng)測試的材料來幫助進(jìn)行質(zhì)量控制，例如，將儀器設(shè)定成只有在成功地完成了生產(chǎn)檢驗(yàn)之后才能使用。
腹腔鏡針施加器本發(fā)明的一個對于治療身體內(nèi)部腫瘤特別有用的實(shí)施例將腹腔鏡針陣列與內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)結(jié)合在一起，用于進(jìn)行使損傷最小化的EPT。圖8是已有技術(shù)中的內(nèi)窺鏡檢查系統(tǒng)800的示意圖。按照公知的方式，從光源840發(fā)出的光經(jīng)過一個纖維光導(dǎo)842傳送到內(nèi)窺鏡844。從內(nèi)窺鏡844的末端射出來的光照射在組織上。反射光被內(nèi)窺鏡844的末端收集并傳送到目鏡846，或者通過一個光耦合器850傳送到攝像機(jī)848。來自攝像機(jī)848的信號可以被記錄在一個錄像帶記錄器852上并且/或者在一個視頻監(jiān)視器854上顯示出來。
圖9a-9b是圖8中的內(nèi)窺鏡844的末端經(jīng)過了改進(jìn)以后的局部剖視的側(cè)視圖，圖中詳細(xì)示出了根據(jù)本發(fā)明的一種伸/縮式針陣列960。一個可移動的外套962中包裹著一個內(nèi)窺鏡944和針陣列960。圖9a表示外套962處于伸開的狀態(tài)，完全罩住了內(nèi)窺鏡944和針陣列960。圖9b表示外套962處于縮回狀態(tài)，曝露出了內(nèi)窺鏡944和針陣列960的末端。(盡管這個優(yōu)選實(shí)施例采用了一個可移動的外套962，但所需要的是外套962和內(nèi)窺鏡944之間的相對移動；因此，可以將內(nèi)窺鏡944看作是可移動元件。)在這個優(yōu)選實(shí)施例中，針陣列960包括至少兩個針電極964，每個針電極964與一個電壓源(未示出)相連，并且這兩個電極中至少有一個可以是空心的，并且通過管道966與一個藥物供源(未示出)相連。最好是使電極針964的尖端伸到內(nèi)窺鏡944的末端之外，以便在將電極針964插入組織的同時，操作人員能夠通過內(nèi)窺鏡944看到組織部位。
每個電極針964與一個可壓縮的機(jī)構(gòu)968相連。在圖示的實(shí)施例中，對于每個電極針964，可壓縮的機(jī)構(gòu)968包括一個支持臂970，該支持臂970以可旋轉(zhuǎn)的方式與一個可滑動的底座972和一個第一延伸臂974相連，可滑動的底座972能夠沿著內(nèi)窺鏡944自由滑動。每個第一延伸臂974以可旋轉(zhuǎn)的方式與一個安裝在內(nèi)窺鏡上的固定的底座976相連，同時還與相應(yīng)的電極針964相連。第二延伸臂977在結(jié)構(gòu)上與第一延伸974臂相似(但沒有支持臂970)，它的作用是，當(dāng)處于下面將要描述的一種展開結(jié)構(gòu)時，增加電極針964的穩(wěn)定性。
當(dāng)外套962處于伸展?fàn)顟B(tài)時，電極針964彼此之間相對比較接近。盡管在某些使用場合下，這種接近程度對于一些特定電壓而言可能比較合適，但在另一些應(yīng)用場合下，電極針964之間需要具有更大一些的間距。
因此，在這個優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)把外套962移到縮回位置時，壓縮元件978(例如一個彈簧)將每個可滑動的底座972朝著遠(yuǎn)離固定底座976的方向壓，使得各支持臂970曳拉著與之相連的第一延伸臂974。這個回縮力使得延伸臂974，977以一定角度與內(nèi)窺鏡944分開，形成一種展開的構(gòu)形，從而如圖9b所示加大了電極針964之間的距離。
當(dāng)外套962移動到伸展位置時，外套962將電極針964壓到一起，迫使延伸臂974，977折疊起來。這樣便使得每個第一延伸臂974曳拉著與之相連的支持臂970。這種作用在各個支持臂970上的回縮力引起每個可滑動的底座972朝著固定底座976的方向移動，進(jìn)入到一個套型結(jié)構(gòu)中，壓縮著壓縮元件978，如圖9a所示。
可以采用其它的可壓縮機(jī)構(gòu)968來將電極針964分開，例如把用可壓縮的彈性材料(例如泡沫或橡膠)制成的楔塊(或者空心的型心錐)放到內(nèi)窺鏡944和電極針964之間，使楔塊的最寬部分處在內(nèi)窺鏡944的末端。當(dāng)外套962處在縮回狀態(tài)時，處在楔塊末端的彈性材料比處在楔塊基端的彈性材料膨脹得更多，從而增大了電極針964之間的距離。此外，并不需要使所有的電極針964都能夠被可壓縮的機(jī)構(gòu)968移動。例如，如果將兩個電極針964中的一個相對于內(nèi)窺鏡944保持在一個固定的位置上，使另一個電極針964能夠在一個壓縮位置和一個伸展位置之間移動，也能使兩個電極針964之間具有足夠的間距；當(dāng)處在展開狀態(tài)時，兩個電極針964相對于內(nèi)窺鏡944是不對稱地設(shè)置的。
在任何一種情況下，可壓縮的機(jī)構(gòu)968都必須在各個電極針964之間提供電絕緣，因此，可壓縮的機(jī)構(gòu)968最好全部或者部分地由一種絕緣體制成，例如由不導(dǎo)電的塑料制成。
盡管這個腹腔鏡針陣列的優(yōu)選實(shí)施例包括一個內(nèi)窺鏡，但在有些實(shí)施例中，將腹腔鏡針陣列與一個獨(dú)立的內(nèi)窺鏡一同使用可能比較合適。在這樣的結(jié)構(gòu)中，可以用一個支持桿代替圖15a和15b中的內(nèi)窺鏡944。
電場參數(shù)所要產(chǎn)生的電場的性質(zhì)由組織的特點(diǎn)、所選擇的組織的大小以及它所處在的位置決定。電場應(yīng)當(dāng)盡可能地均勻，并且應(yīng)當(dāng)具有合適的強(qiáng)度。電場強(qiáng)度過大會導(dǎo)致細(xì)胞溶解，而電場強(qiáng)度過低則會導(dǎo)致功效降低。安裝和操作電極的方式可以有很多種，包括但不限于在前面的專利申請中所描述的那些方式?？梢院芊奖愕夭僮麟姌O，以及利用鑷子將它們放到體內(nèi)的部位上。
由脈沖發(fā)生器提供的電信號的波形可以是指數(shù)衰減脈沖，方脈沖，單極振蕩脈沖串，雙極振蕩脈沖串，或這些波形的任何一種組合。額定電場強(qiáng)度可以為大約10伏/厘米至大約20千伏/厘米(額定電場強(qiáng)度是通過用電極針之間的電壓除以所述的針之間的距離計(jì)算出來的)。脈沖的長度可以為大約10微秒至大約100毫秒。脈沖的數(shù)量可以根據(jù)需要任意設(shè)定，一般情況下是每秒1～100個脈沖。脈沖組之間的等候時間也可以根據(jù)需要任意確定，例如1秒。也可以根據(jù)細(xì)胞的類型和將要通過電穿孔的方式進(jìn)入到細(xì)胞中的分子的類型來決定波形、電場強(qiáng)度和脈沖持續(xù)時間。
通?？梢詮膱髮?dǎo)這一主題的許多研究論文中，或者從由本申請的受讓人----加利福尼亞州圣地亞哥的GENETRONICS公司所保存的一個數(shù)據(jù)庫中獲得各種參數(shù)，所述的參數(shù)包括對任何一種已知的細(xì)胞進(jìn)行電穿孔所需要的電場強(qiáng)度。在體內(nèi)進(jìn)行如EPT一類的細(xì)胞電穿孔所需要的電場，在強(qiáng)度上通常與在體外進(jìn)行細(xì)胞電穿孔所需要的電場相近。發(fā)明人的最新研究表明，優(yōu)選的強(qiáng)度在10伏/厘米至大約1300伏/厘米的范圍內(nèi)。在一些科學(xué)出版物上報導(dǎo)的其他人所做的在體實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)，這一范圍的上限超過了600伏/厘米。
既可以將額定電場指定為“高”，也可以將額定電場指定為“低”。比較可取的是，當(dāng)采用高電場時，額定電場強(qiáng)度可以為大約700伏/厘米至1300伏/厘米，最好是大約1000伏/厘米至1300伏/厘米。比較可取的是，當(dāng)采用低電場時，額定電場強(qiáng)度可以為大約10伏/厘米至100伏/厘米，更為可取的是大約25伏/厘米至75伏/厘米。在一個具體的實(shí)施例中，當(dāng)電場為低時，脈沖長度最好是較長。例如，當(dāng)額定電場為大約25-75伏/厘米時，脈沖長度最好是大約10毫秒。
本發(fā)明的方法最好是利用本發(fā)明的裝置來實(shí)施，本發(fā)明的裝置提供了一個用于向病人身體的一個部分施行電穿孔的電極裝置，該電極裝置包括一個支持部件，一些安裝在所述的支持部件上、用于在選定的部位上插入到組織中的彼此相隔一定距離的針電極，以及包括一個信號發(fā)生器在內(nèi)的部件，所述的信號發(fā)生器響應(yīng)于所述的距離信號，向所述的電極提供與所述電極之間的距離成正比的電信號，以便產(chǎn)生具有預(yù)定的強(qiáng)度的電場。
不難理解，其它的系統(tǒng)也可用于本發(fā)明的治療方法中(例如，在低電壓、長脈沖治療)，例如，可采用一種方波脈沖電穿孔系統(tǒng)。例如，可以采用能夠從美國加利福尼亞州的圣地亞哥的GENETRONICS公司購得的ElectroSquarePorator(T820)。方波電穿孔系統(tǒng)可發(fā)出可控制的電脈沖，這些脈沖能夠迅速上升到所設(shè)定的電壓，在這個電壓水平上持續(xù)一段設(shè)定時間(脈沖長度)，然后迅速降至零。在植物原生質(zhì)體和哺乳類動物細(xì)胞系的電穿孔方面，這類系統(tǒng)比指數(shù)衰減系統(tǒng)產(chǎn)生更好的轉(zhuǎn)化效率。
ElectroSquarePorator(T820)是第一臺市售的能夠產(chǎn)生高達(dá)3000伏的電壓的方波電穿孔系統(tǒng)。脈沖長度可以在5微秒至99毫秒之間調(diào)節(jié)。方波電穿孔脈沖對細(xì)胞產(chǎn)生的作用更為溫和，使得細(xì)胞的成活力更高。
T820 ElectroSquarePorator在高電壓模式(HVM)(100-3000伏)和低電壓模式(LVM)(10-500伏)這兩種模式下都能起動。在LVM下的脈沖長度為大約0.3至99毫秒，在HVM下的脈沖長度為大約5至99微秒。T820具有產(chǎn)生多重脈沖的能力，能夠產(chǎn)生大約1至99個脈沖。
治療方法本發(fā)明的治療方法包括電療，此處也稱作電穿孔療法(EPT)，它利用本發(fā)明的裝置將大分子輸送到細(xì)胞或組織中。如前面所述，此處的術(shù)語“大分子”或“分子”表示藥物(例如化療制劑)，核酸(例如多核苷酸)，肽及多肽，包括抗體。多核苷酸包括DNA，cDNA以及RNA序列。
打算用于本發(fā)明的方法中的藥物一般是具有抗腫瘤作用或細(xì)胞毒作用的化療制劑。這些藥物或制劑包括博萊霉素，新制癌菌素，蘇拉明，阿霉素，碳鉑，紫杉酚，絲裂霉素C以及順氯氨鉑。其它化療制劑是本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的(例如，參見The Merck Index)。此外，“作用于膜的”制劑也可用于本發(fā)明的方法中。這些制劑也可以是上面提到過的制劑，或者，是那些主要以損壞細(xì)胞膜的方式發(fā)生作用的制劑。作用于膜的藥制劑的例子包括N一烷基三聚氰胺和對氯汞苯甲酸。制劑的化學(xué)成分將決定與施加電脈沖相關(guān)的最佳施加制劑時機(jī)。例如，當(dāng)不想受到具體理論的限制時，據(jù)信，如果為了避免電場中的充有大量電荷的藥物之間的靜電作用而在電穿孔之后施加藥物，則具有比較低的等電位點(diǎn)的藥物(如新制癌菌素，IEP＝3.78)將產(chǎn)生更好的效果。并且，如博萊霉素一類具有比較大的負(fù)log P值(P為辛醛與水之間的分配系數(shù))的藥物的分子量很大(MW＝1400)，并且是親水性的，因此與脂質(zhì)的膜結(jié)合得很緊密，向腫瘤細(xì)胞中擴(kuò)散得非常緩慢，并且通常是在電脈沖之前或者幾乎與電脈沖同時施加。此外，為了使藥物能夠更有效地進(jìn)入到細(xì)胞中，可能需要對某些制劑進(jìn)行修飾。例如，可以對紫杉酚一類制劑進(jìn)行修飾，以增大它們在水中的溶解度，這將使它們更有效地進(jìn)入到細(xì)胞中。電穿孔療法在細(xì)胞膜上打孔，從而促進(jìn)了博萊霉素或其它類似藥物進(jìn)入到腫瘤細(xì)胞中。
在一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種用于向受試者的組織施行電穿孔治療以便將分子引入到所述組織的細(xì)胞內(nèi)的方法，該方法包括以下步驟提供一個電極陣列，這些電極中至少有一個電極具有針的結(jié)構(gòu)，用于穿入組織；將針電極插入到所選定的組織中以便將分子引入到組織中；將電極陣列中的第二個電極以與所選定的組織電導(dǎo)通的方式放置；向電極施加高幅度的電信號脈沖，以便對組織進(jìn)行電穿孔，所述的信號幅度與電極間的距離成正比。應(yīng)當(dāng)理解，對組織的電穿孔可以在體外或者體內(nèi)或者離體進(jìn)行。還可以利用單細(xì)胞施行電穿孔，例如利用單細(xì)胞懸浮液或者體外或離體細(xì)胞培養(yǎng)物進(jìn)行電穿孔。
有可能需要利用本發(fā)明的方法導(dǎo)入分子，調(diào)節(jié)細(xì)胞中的基因表達(dá)?！罢{(diào)節(jié)”一詞預(yù)示的是，當(dāng)基因表達(dá)過度時則抑制基因表達(dá)，而在基因表達(dá)得不夠時則加強(qiáng)表達(dá)。當(dāng)細(xì)胞增殖性的紊亂與基因的表達(dá)有關(guān)時，可以采用在翻譯水平上干擾基因表達(dá)的核酸系列。這一方法利用例如反義的核酸，核酶或三鏈螺旋試劑來阻斷特異的mRNA的轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)譯，既可以利用一種反義的核酸或三鏈螺旋試劑來掩蓋那種mRNA，或用核酶降解。
反義核酸是的至少一部分與特異的mRNA分子互補(bǔ)的DNA或RNA分子(Weintraub，科學(xué)美國人，26240，1990)。在細(xì)胞中，反義核酸與相應(yīng)的mRNA雜交，形成雙鏈的分子。反義核酸干擾了mRNA的轉(zhuǎn)譯，因?yàn)榧?xì)胞不會去轉(zhuǎn)譯雙鏈的mRNA。最好采用大約15個核苷酸的寡聚物，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀缀铣稍谝氲桨屑?xì)胞中時，比較的大分子更不容易引發(fā)問題。采用反義方法來抑制基因的體外轉(zhuǎn)譯這一技術(shù)在本領(lǐng)域中是眾所周知的(Marcus-Sakura，分析生物化學(xué)，172289，1988)。
利用寡聚核苷酸來阻止轉(zhuǎn)錄這一技術(shù)被稱作三鏈螺旋策略，因?yàn)楣丫畚锢p繞在雙螺旋的DNA上，形成一種三鏈的螺旋。因此，這種三鏈螺旋的組合物可以被指定用來識別在一個選定的基因上的一個獨(dú)特的點(diǎn)(Maher，et al.，Antisense Res.and Dev.，1(3)227，1991；Helence，C.，抗癌藥物設(shè)計(jì)，6(6)569，1991)核酶是這樣一些RNA分子，它們具有以與DNA限制性核酸內(nèi)切酶類似的方式，特異性地降解其它單鏈RNA的能力。通過對編碼這些RNA的核苷酸順序的修飾，能夠設(shè)計(jì)出這樣一些分子，這些分子能夠識別出在RNA分子上的特定的核苷酸順序并且將其降解(Cech，J.Amer.Med.Assn.，2603030，1988)。這種方案的一個主要優(yōu)點(diǎn)是，由于它們是對順序特異性的，因此，只是使具有特定順序的mRNA失活。
有兩種基本類型的核酶，即四膜蟲屬型(Hasselhoff，自然(Nature，)334585，1988)以及“錘頭”型。四膜蟲屬型的核酶識別長度為四個堿基的序列，而“錘頭”型的核酶識別長度為11-18堿基序列。識別序列越長，序列排它性地出現(xiàn)在靶mRNA種類中的可能性越大。因此，對于失活特異性的mRNA種類來說，錘頭型的核酶比四膜蟲屬型的核酶更為優(yōu)選，18堿基的識別序列比較短的識別序列更為優(yōu)選。
本發(fā)明還提供了用于治療由某種特定的基因，或者由于缺少某種特定的基因引起的細(xì)胞增生性病癥或免疫學(xué)病癥的基因療法。這類療法通過將特定意義的或反義的多核苷酸引入到具有病癥的細(xì)胞中來達(dá)到其療效?？梢岳萌缜逗象w病毒一類的重組表達(dá)載體來實(shí)現(xiàn)多核苷酸的傳送，也可以例如將多核苷酸以“裸露的”DNA的形式傳送。
此處所介紹的可用于基因療法的多種病毒載體包括腺病毒，皰疹病毒，痘苗病毒，或者，最好是如逆轉(zhuǎn)錄病毒類的RNA病毒。逆轉(zhuǎn)錄病毒的載體最好是鼠或鳥類逆轉(zhuǎn)錄病毒的衍生物。單個的外源基因能夠插入的逆轉(zhuǎn)錄病毒載體的實(shí)施例包括，但不限于Moloney鼠白血病病毒(MoMuLV)，Harvey鼠肉瘤病毒(HaMuSV)，鼠乳腺腫瘤病毒(MuMTV)，以及Rose肉瘤病毒(RSV)。當(dāng)受試者是人時，可以采用如長臂猿白血病病毒(GaLV)一類的載體。許多附加的逆轉(zhuǎn)錄病毒載體能夠插入到多重基因中。所有這些載體都能夠轉(zhuǎn)移或者整合可選擇的標(biāo)記的基因，從而轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞能被鑒別和產(chǎn)生。
治療用的肽或者多肽也可用于本發(fā)明的治療方法中。例如，可以施加免疫調(diào)節(jié)劑以及其它的生物反應(yīng)調(diào)節(jié)物以便供細(xì)胞摻入。術(shù)語“生物反應(yīng)調(diào)節(jié)物”包括這樣一些物質(zhì)，這些物質(zhì)參與了對免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)。免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)物的實(shí)例包括如淋巴活素一類的化合物。淋巴活素包括腫瘤壞死因子，白細(xì)胞介素1，2和3，淋巴毒素，巨噬細(xì)胞活化因子，遷移抑制因子，集落刺激因子，以及α-干擾素，β-干擾素，和γ-干擾素以及它們的亞型。
還包括編碼代謝酶和蛋白質(zhì)的多核苷酸，其中包括抗血管發(fā)生化合物，如第八因子或第九因子。本發(fā)明的大分子還包括抗體分子。此處的“抗體”包括完整的分子以及它們的片段，如Fab和F(ab′)2。
本發(fā)明的方法中的藥物、多核苷酸或多肽可以通過例如注射、快速輸注、鼻咽吸收、皮膚吸收一類不經(jīng)消化道的途徑給入，還可以口服。例如，在腫瘤的情況下，可以將化療制劑或其它制劑局部性給入或全身性給入，或者直接注射到腫瘤中。例如，當(dāng)將藥物直接注入到腫瘤中時，最好是以一種“扇型” (“fanning”)的方式注射藥物?！吧刃汀钡暮馐?，在注射藥物時通過改變針的方向來給藥，或者通過在象一個張開的手掌那樣的多個方向上多次注射藥物，而不是以團(tuán)塊的形式注入藥物，來達(dá)到使藥物在整個腫瘤中分布更廣的目的。與本領(lǐng)域中通常采用的量相比，當(dāng)在腫瘤內(nèi)給入(例如注射)藥物時，最好增加含有藥物的溶液的量，以確保藥物在整個腫瘤中的適當(dāng)分布。例如，在本文的利用小鼠舉的實(shí)施例中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員通常注射50微升含藥的溶液，但是，將含藥溶液的量增大到了150微升，結(jié)果在為改善。在人臨床研究中，注射了大約20毫升溶液以確保充分地灌注腫瘤。最好是圍繞著底部以扇型的方式非常緩慢地進(jìn)行注射。盡管在腫瘤中央的間隙壓力非常高，但這個部位常常也是腫瘤壞死區(qū)。
最好是基本上在進(jìn)行電穿孔治療的同時給入分子?！盎旧贤瑫r”表示給入分子的時間和進(jìn)行電穿孔治療的時間非常接近?？梢栽谌魏我粋€時間段內(nèi)給入分子或治療藥劑，這個時間段取決于這類因素，例如腫瘤的性質(zhì)，病人的情況，分子的大小和化學(xué)特性以及分子的半衰期。
胃腸外給藥的制品包括水溶液或非水溶液，懸浮液，以及乳濁液。非水溶性溶劑的例子有丙二醇，聚乙二醇，諸如橄欖油一類的植物油，以及諸如油酸乙酯一類的可注射的有機(jī)酯。除了惰性的稀釋液之外，這類組合物還可以包括佐劑，潤濕劑，乳化劑和懸浮劑。此外，可以用血管收縮劑來使治療藥物在加脈沖之前保留在一個部位上。
可以用本發(fā)明的方法來治療任何細(xì)胞。本文所列舉的幾個例子表明了本發(fā)明的方法在治療腫瘤細(xì)胞，如胰腺癌，肺癌，頭頸部的癌，皮膚癌以及皮下癌方面的應(yīng)用。也可以用本發(fā)明的電穿孔方法治療其它細(xì)胞增生性病癥?！凹?xì)胞增生性病癥”指的是惡性的以及非惡性的細(xì)胞群，這些細(xì)胞群從形態(tài)學(xué)和遺傳型兩個方面都與周圍的組織有所不同。惡性細(xì)胞(即腫瘤或癌癥)是由多個階段演變而來的。本發(fā)明的方法可用于治療各種器官體系的惡性的或其它類型的病癥。特別是可以用于治療例如胰腺，頭頸部(例如喉部、鼻咽部、口咽部、喉咽部、嘴唇、咽喉)以及肺部的細(xì)胞，還包括心臟、腎臟、肌肉、乳房、結(jié)腸、前列腺、胸腺、睪丸和卵巢的細(xì)胞。此外，還可以用本發(fā)明的方法治療皮膚的惡性病變，如基底細(xì)胞癌或黑色素瘤(參見例2)。接受治療者最好是人，但是，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明也可用于獸醫(yī)領(lǐng)域，用于對非人類的動物或哺乳動物進(jìn)行治療。
在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明提供了將電穿孔療法應(yīng)用于受試者組織以損傷或殺死所述組織中的細(xì)胞的方法。
所述的方法包括提供一個電極陣列；將該電極陣列中的一個第二電極以可導(dǎo)電的關(guān)系放置到所選擇的組織上；向電極施加與電極間的距離成正比的高幅度電信號脈沖，從而對組織進(jìn)行電穿孔。在這個萬法中最好是采用低電壓、長脈沖，排除了對額外的細(xì)胞毒制劑或化療制劑的需求。例如，額定電場強(qiáng)度最好是從大約25伏/厘米至75伏/厘米，脈沖長度從大約5微秒至99毫秒。
下面的例子將用于說明本發(fā)明，但不是對本發(fā)明的限定。盡管它們是可能采用的多種方法中的比較典型的方法，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的其它療法也同樣可以采用。
幾個實(shí)施例下面的幾個實(shí)施例描述了EPT在細(xì)胞系、動物和人類中的應(yīng)用。實(shí)施例1說明了在以皮下異種移植的方式移植到裸鼠的側(cè)腹上的分化不良的人胰腺腫瘤(Panc-3)中施行EPT的情況。實(shí)施例2描述了利用EPT治療人類的基底細(xì)胞癌和黑素瘤的臨床試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例3描述了利用EPT治療人類的頭頸部腫瘤的臨床試驗(yàn)結(jié)果。實(shí)施例4提供了采用低電壓(電場)及長脈沖進(jìn)行EPT的體外數(shù)據(jù)。在這些實(shí)施例中描述了進(jìn)行EPT所用的參數(shù)；對于實(shí)施例1以及對于頭頸部腫瘤的臨床試驗(yàn)，額定電場強(qiáng)度為1300伏/厘米，6個99-100微秒的脈沖，間隔為1秒。(實(shí)施例2的)臨床試驗(yàn)采用相近似的參數(shù)，但電場強(qiáng)度為1130伏/厘米。(額定電場強(qiáng)度(伏/厘米)是施加在一對針上的電壓(伏)除以這對針之間的距離(厘米)所得出的結(jié)果。)這些例子表明了利用EPT在活體外以及活體內(nèi)可以有效地殺滅不需要的細(xì)胞群(例如腫瘤)。
實(shí)施例1--利用EPT在活體內(nèi)治療腫瘤一個治療過程包括以下步驟利用本文所描述的扇型方式將博萊霉素(0.15毫升的鹽水中含0.5個單位)注射到腫瘤內(nèi)，10分鐘后，利用如本申請所描述的針陣列電極施加6個方波電脈沖，這些電極是沿著一個直徑為1厘米的圓周放置的。還采用了直徑可以改變(例如0.5厘米，0.75厘米和1.5厘米)的針陣列以適應(yīng)不同尺寸的腫瘤?？梢詫⒏叨炔煌膿鯄K插入到陣列的中心，以使這些針在腫瘤中的穿入深度是可以改變的。有一個內(nèi)置的機(jī)構(gòu)能夠?qū)﹄姌O進(jìn)行切換，以使脈沖場能夠最大程度地覆蓋腫瘤。電學(xué)參數(shù)是中央電場強(qiáng)度為780伏/厘米·6×99微秒的脈沖，間隔為1秒。
結(jié)果顯示，在幾乎所有小鼠的治療部位上都出現(xiàn)嚴(yán)重的壞死和浮腫。在被治療組(D+E+；D＝藥物，E＝電場)中的小鼠身上的腫瘤的體積明顯減小(在剛開始時因浮腫而稍有增大)，而對照組(D+E-)中的小鼠身上的腫瘤的體積明顯增大。對腫瘤樣本所進(jìn)行的組織學(xué)分析顯示，在D+E+組中只有壞死的腫瘤細(xì)胞的空胞，而在D+E-組中則是有活性的細(xì)胞和壞死的細(xì)胞混在一起。對異種移植到裸鼠身上的人非小細(xì)胞性癌(NSCLS)瘤的初步研究也表明，用EPT加博萊霉素進(jìn)行治療取得了鼓舞人心的結(jié)果。
腫瘤細(xì)胞系Panc-3，即胰腺的分化不良的腺癌細(xì)胞系是由圣地亞哥的AntiCancer公司提供的。對于EPT實(shí)驗(yàn)，從維持有腫瘤細(xì)胞系的荷瘤的小鼠身上取下組織，將該組織解凍，并切成非常小的片，每片大約1毫米，用外科手段將8-10片這樣的小片異種移植到在裸鼠的左側(cè)腹上切出的一個皮下小囊中，然后用6.0的外科縫合線將小囊縫合。在腫瘤的平均尺寸達(dá)到大約5毫米之后，將長有可觸知的腫瘤的小鼠隨機(jī)地分組，10個小鼠分入對照組(D+E-；D＝藥物，E＝電場)，10個小鼠用于進(jìn)行EPT治療，即，先注射博萊霉素，然后用BTX方波T820發(fā)生器施加脈沖(D+E+)。測量腫瘤的尺寸，用下面的公式計(jì)算腫瘤的體積(II/6)×a×b×c其中，a，b和c分別是腫瘤的長、寬和厚度。將0.5單位的博萊霉素(由Sigma Chemicals提供)溶解到0.15毫升0.9％的氯化鈉中，然后將這種溶液以扇型方式注射到對照組(D+E-)和治療組(D+E+)中的每個小鼠的腫瘤中。注射之后過10分鐘，利用本發(fā)明中描述的針陣列電極向D+E+組中的每個小鼠施加由BTX T820方波電穿孔器發(fā)出的脈沖。所采用的電學(xué)參數(shù)如下電場強(qiáng)度1300伏/厘米，6個各為99微秒的脈沖，脈沖間隔為1秒。
每天監(jiān)測小鼠的死亡率，并注意小鼠的任何一種病態(tài)跡象。以固定的時間間隔測定腫瘤的尺寸，并對腫瘤的消退/發(fā)展進(jìn)行監(jiān)測。
圖10表示在對對照組和治療組荷Panc-3腫瘤的動物進(jìn)行治療時，用和不用藥物以及/或者在用博萊霉素時用或不用脈沖得到的EPT結(jié)果。未治療組和治療組的動物在腫瘤的體積方面存在明顯的差異。在大約24天的治療之后，基本上沒有了能夠檢測到的腫瘤。下面的表1也總結(jié)了從第0天至43天的圖10中的結(jié)果。圖13a-13d按順序顯示了腫瘤的實(shí)際消退過程，圖14a-14d則顯示出了相應(yīng)的組織學(xué)圖象。
表1對裸鼠身上的PANC-3腫瘤進(jìn)行的電化治療
細(xì)胞系分化不良的人胰腺腫瘤(Panc-3)小鼠模型裸鼠移植皮下異種移植對照小鼠C1和C2治療組的小鼠T1和T2利用非小細(xì)胞性肺癌細(xì)胞系(NSCLC)，177(由加利福尼亞圣地亞哥的AntiCancer)重復(fù)進(jìn)行Panc-3實(shí)驗(yàn)。所得到的結(jié)果與圖10所示的利用博萊霉素和Panc-3得出的結(jié)果相似。在一個實(shí)施例中，在第27天時對一個復(fù)發(fā)的腫瘤進(jìn)行了再次治療(圖12)，又過了7天之后，沒有見到腫瘤的痕跡。
按照與上面相同的步驟，利用Panc-3和NSCLC模型，用藥物新制癌菌素(NCS)進(jìn)行試驗(yàn)。如圖11a所示，當(dāng)采用與研究博萊霉素時相同的方法，在加脈沖之前給入NSC時，根本達(dá)不到減小腫瘤尺寸的效果。據(jù)信這是由于NSC具有較低的等電點(diǎn)，靜電作用阻止了藥物進(jìn)入到腫瘤細(xì)胞中。因此，這個實(shí)驗(yàn)的做法是先加脈沖，在加了脈沖之后再注射NSC，如此反復(fù)進(jìn)行。
圖11b表示在第13天時對治療組中的7個小鼠(小鼠編號為1-7)的初始腫瘤體積(I)和最終腫瘤體積(F)進(jìn)行比較的結(jié)果。在其中的幾個小鼠(編號為1，2，4，和7)上觀察到腫瘤體積有所增大，但明顯是由于浮腫造成的。但是，如圖20d所示，當(dāng)在第23天時對由5個小鼠組成的一個獨(dú)立的小組進(jìn)行測試時，所有的小鼠都表現(xiàn)出腫瘤體積的明顯減小。
圖11a和11b的比較表明，在脈沖之后加入NSC比在脈沖之前加入NSC的效果要好得多。
本實(shí)驗(yàn)例表明，通過本發(fā)明的EPT方法，利用博萊霉素或NSC以及針陣列電極，能夠有效地治療異種移植到裸鼠皮下的分化不良的胰腺癌(Panc-3)和非小細(xì)胞性肺癌(NSCLC)。其它類似的化療藥物也可以利用本發(fā)明的方法取得好的療效。
表2列出了Panc-3對EPT加博萊霉素的反應(yīng)。在治療了28天之后，有68％(17/25)的被治療小鼠的腫瘤完全消退，20％(5/25)部分(＞80％)消退，8％(2/25)沒有反應(yīng)，4％(1/25)在治療了20天后死亡。甚至在治療后120天時，在64％(16/25)的小鼠身上都沒有觀察到可觸知的腫瘤。這個組中的具有典型意義的動物(2/17)在觀測了243天之后都沒有觀察到腫瘤，在這之后，實(shí)驗(yàn)人員以仁慈的方式對這些動物施行了安樂死。但是，在這些小鼠中有8％的小鼠在治療了35天之后出現(xiàn)了腫瘤的再生長，但生長速度明顯緩慢。
組織學(xué)研究清楚地表明，在接受EPT治療的組中，腫瘤區(qū)出現(xiàn)了急劇的壞死，而在對照組中則沒有明顯的壞死。與在加脈沖之前注射藥的的進(jìn)行常規(guī)模式相比，用更大劑量的博萊霉素以扇型方式進(jìn)行藥物注射以使藥物最大程度地均勻分布到整個腫瘤中，這種方法是非常有效的。
表2用博萊霉素對Panc-3進(jìn)行電化學(xué)治療
a，c小鼠因腫瘤負(fù)擔(dān)加重而死亡b1只小鼠在治療后死亡；1只小鼠在存活64天之后在沒有可觸知的腫瘤的情況下死亡d繼發(fā)轉(zhuǎn)移性瘤e纖維組織利用MedPulserTM的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用MedPulserTM(本發(fā)明的裝置)，治療以皮下異種移植的方式生長到裸鼠身上的腫瘤的初步研究取得了令人鼓舞的結(jié)果。當(dāng)用MedPulserTM和博萊霉素對人胰腺異種移植腫瘤〔Panc-4)進(jìn)行EPT治療時，觀察到39天時，接受治療的小鼠中有大約75％的小鼠的腫瘤完全消退。對人前列腺異種移植腫瘤(PC-3)的治療也表明，大約有66％的腫瘤完全消退。(在治療后60天時仍未觀察到腫瘤)。4針陣列和6針陣列對于用EPT治療腫瘤均有效。
通過在活體外對PC-3進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)來比較MedPulserTM4針和6針陣列用MedPulserTM在活體外對PC-3(人前列腺細(xì)胞系)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以比較4針陣列和6針陣列的效果。將細(xì)胞懸浮在RPMI培養(yǎng)基中，并以200,000個細(xì)胞/毫升的濃度均勻接種這些細(xì)胞。將2×10-5M的博萊霉素加入到孔(well)中(僅針對D+E-和D+E+)。用與MedPulser相連的6針陣列電極和4針陣列電極對放在24個孔板(well plate)中的細(xì)胞進(jìn)行電穿孔。采用6針電極時的電脈沖參數(shù)為6×99微秒，1129伏；采用4針電極時的電脈沖參數(shù)為4×99微秒，848伏。將這些細(xì)胞轉(zhuǎn)移到96個孔板中，并在37℃下培養(yǎng)20小時。利用XTT測定法測定細(xì)胞的存活率，所述的XTT測定法是以XTT代謝轉(zhuǎn)換為甲
為基礎(chǔ)，然后是以450nm的波長進(jìn)行分光光度分析測定的。只有活的細(xì)胞能將XTT轉(zhuǎn)換為甲
。細(xì)胞存活率的百分比數(shù)值是根據(jù)樣本的O.D.值，與100％細(xì)胞存活率(D-E-)的對照和與0％細(xì)胞存活率(D-E-加上SDS，能溶解所有的細(xì)胞)的對照計(jì)算出來的一些相對值。細(xì)胞存活率的數(shù)據(jù)如下表3
根據(jù)從實(shí)驗(yàn)中得到的初步數(shù)據(jù)可以得出這樣的結(jié)論從統(tǒng)計(jì)意義上來講，4針和6針對于在活體外殺死腫瘤細(xì)胞具有相同的效果。實(shí)施例2--針對基底細(xì)胞癌和黑素瘤的臨床試驗(yàn)在8個星期末利用與實(shí)施例1中同樣的腫瘤反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)來評估博萊霉素-EPT對腫瘤的療效。
給入的博萊霉素的濃度為5U/1ml。博萊霉素的劑量如下
表4
下面的表5表示對治療的反應(yīng)結(jié)果NE＝無效；腫瘤體積的縮小程度小于50％。
PR＝部分反應(yīng)；腫瘤體積的縮小程度等于或大于50％。
CR＝完全反應(yīng)；當(dāng)以體檢的方式和/或活檢的方式檢查時都確定腫瘤已消失。實(shí)施例3--用EPT治療頭頸部癌癥采用腫瘤內(nèi)注射博萊霉素的方式并利用由6根針組成的不同直徑的針陣列對下面所有病人進(jìn)行治療。通過對電壓進(jìn)行設(shè)定以達(dá)到1300伏/厘米的額定電場強(qiáng)度(將針陣列的直徑乘以1300來給出發(fā)生器的設(shè)定電壓。)脈沖的長度為100微秒。
研究方法這項(xiàng)研究被稱作單中心可行性臨床研究，在該項(xiàng)研究中，將由EPT技術(shù)與損害性的博萊霉素結(jié)合起來所產(chǎn)生的效果，與常規(guī)的手術(shù)治療、放療以及/或者全身性化療的效果進(jìn)行了比較。在該項(xiàng)研究中招收了50名研究受試者。在治療前通過查體和活檢的方式對所有研究受試者進(jìn)行了評定。在4-6周內(nèi)每周對研究對象進(jìn)行一次術(shù)后評定，在此之后則每月對他們進(jìn)行一次評定，總共堅(jiān)持12個月。在治療后大約8至12周時，對腫瘤部位進(jìn)行了一次活檢。按照對HNC受試者的標(biāo)準(zhǔn)醫(yī)學(xué)隨訪跟綜評估方法，利用了CT或核磁共振成像技術(shù)。
對腫瘤的評估包括測定腫瘤的直徑(以厘米為單位)以及估計(jì)其體積(以立方厘米為單位)。在向腫瘤內(nèi)注入硫酸博萊霉素之前，用1％的利多卡因(昔羅卡因)和1∶100,000的腎上腺素對腫瘤部位進(jìn)行麻醉。所注射的硫酸博萊霉素的濃度是每毫升4個單位，每個腫瘤的最高劑量可達(dá)到5個單位。如果每位受試者有多于一個的腫瘤需要治療，則每位受試者的總劑量不應(yīng)超過20單位。所給入的博萊霉素的劑量應(yīng)當(dāng)是每立方厘米的計(jì)算腫瘤體積1個單位。在注射硫酸博萊霉素之后大約10分鐘時，將施加器放置到腫瘤上，并起動電脈沖。每施加一次或起動一次電脈沖被稱作是一個序列。使用EPT對于受試者所需要的任何一種后續(xù)的緩解性治療并不禁忌。
在這項(xiàng)研究中，成功的定義是在16周或更短的時間內(nèi)，在不出現(xiàn)傳統(tǒng)療法中的一些主要副作用的前提下，腫瘤明顯消退。有三種可能出現(xiàn)的反應(yīng)結(jié)果·完全反應(yīng)(CR)當(dāng)以體檢的方式和/或活檢的方式檢查時都確定腫瘤已消失。
·部分反應(yīng)(PR)腫瘤體積的縮小程度等于或大于50％。
·無反應(yīng)(NR)腫瘤體積的縮小程度小于50％。
如果腫瘤的大小增大(腫瘤體積的25％)的話，在必要時可根據(jù)每位受試者的需求制定其它治療方案。
受試者對治療的反應(yīng)表6顯示了受試者對治療的反應(yīng)。三位受試者具有完全反應(yīng)(1，3和4號受試者)；四位受試者具有部分反應(yīng)(2，6，8和9號受試者)；兩位受試者對治療沒有反應(yīng)(5號和7號受試者)。三位受試者在到達(dá)第12周之前由于與研究性治療無關(guān)的進(jìn)行性疾病或并發(fā)癥而死亡(2，5和7號受試者)。這三位受試者中有一位在第4周時達(dá)到PR(2號受試者)。兩位受試者在被招收到研究項(xiàng)目中來之前沒有接受過早期的臨床癌癥治療(4號和8號受試者)。三位受試者所患的腫瘤是儀器的施加器部件不能完全達(dá)到的，因此只接受了分段的治療(5，7和9號受試者)。
表7對采用硫酸博萊霉素和利用本發(fā)明的裝置MedPulseTM施行EPT的臨床研究進(jìn)行了總結(jié)。
表6對硫酸博萊霉素/EPT的反應(yīng)<
S)手術(shù)，(R)放療，(C)化療；PR-部分反應(yīng)；CR-完全反應(yīng)；NR-無反應(yīng)；**分段治療實(shí)施例4-低電壓長脈沖長度(LVLP)的EPT常規(guī)的電化學(xué)療法采用高電壓短脈沖來治療腫瘤。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，1200-1300伏/厘米及100微秒的電場條件與博萊霉素，順氯氨鉑，匹萊霉素，絲裂霉素C以及carboplatin一類抗癌藥相結(jié)合，在體外和體內(nèi)都非常有效。這些結(jié)果涉及到體外和體內(nèi)的工作。盡管在臨床狀態(tài)下病人對這類電學(xué)條件完全能夠忍受，但這類治療通常會引起病人的肌肉顫搐和偶然不適。經(jīng)常能夠發(fā)現(xiàn)，不適的感覺與個別病人的痛覺有關(guān)。在同樣的實(shí)驗(yàn)條件下，病人們常常會有完全不同的反應(yīng)。這些問題中的某一些可以通過采用低電壓長脈沖進(jìn)行電化學(xué)治療的方式來有效地解決。曾經(jīng)報導(dǎo)過的用于體內(nèi)基因轉(zhuǎn)移的最低電場強(qiáng)度是600伏/厘米(T.Nishi等人的《癌癥研究》561050-1055，1996)。表8中示出了用于體外EPT實(shí)驗(yàn)的最大電場強(qiáng)度，其中，殺死50％的細(xì)胞所需要的電場強(qiáng)度≤50伏/厘米。
以下對各種腫瘤細(xì)胞系，如MCF-7(人乳腺癌)，PC-3(人前列腺癌)和C6(大鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤)所做的體外實(shí)驗(yàn)表明，就殺死腫瘤細(xì)胞而言，低電壓長脈沖比高電壓短脈沖具有相同的或者更好的效果。這些結(jié)果是以MCF-7為例做出的。脈沖長度的滴定表明，它的范圍可以是4-15毫秒。在70小時之后，利用XTT化驗(yàn)分析法在高電壓/短脈沖長度(HVSP)和低電壓/長脈沖長度(LVLP)兩種條件下都進(jìn)行了MCF-7的電脈沖反應(yīng)檢測，所述的XTT測定法是以XTT代謝轉(zhuǎn)換為甲
為基礎(chǔ)并且是以450nm的波長進(jìn)行分光光度分析測定的。(M.W.Roehm等人的文章一種改進(jìn)的利用的四唑鹽XTT代謝細(xì)胞增殖和活性的比色法(An Improved Colorimetric Assay for CellProliferation and Viability Utilizing the Tetrazolium Salt XTT，)免疫學(xué)方法雜志1422，257-265，1991。)XTT是一種四唑試劑，即2，3-二(2-甲氧-4-硝基-5-磺苯基)-5-[(苯胺)羰基]-2H-四唑基氫氧化物(XTT)，它是在活的細(xì)胞中代謝還原成的一種水溶性甲
產(chǎn)物。因此，只有活的細(xì)胞能將XTT轉(zhuǎn)換為甲
。細(xì)胞存活率的百分比數(shù)值是根據(jù)樣本的O.D.值利用一個公式計(jì)算出來的相對值。(與100％細(xì)胞存活率(D-E-)的對照和與0％細(xì)胞存活率(D-E-加上SDS)的對照)。為了直接與新近研究出來的LVLP模式的EPT相比較，利用HVSP進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)。
表8
LD50是殺死50％的細(xì)胞所需要的緩沖致死劑量)象25伏/厘米這樣低的電壓對于細(xì)胞引發(fā)了很大的細(xì)胞毒性。電場強(qiáng)度的增大導(dǎo)致細(xì)胞的完全殺死。某些細(xì)胞系，如C6神經(jīng)膠質(zhì)瘤，沒有受到高電壓脈沖的明顯影響，卻被20-30伏/厘米的低電壓完全殺死了。這些體外試驗(yàn)的結(jié)果，清楚地證明了采用低電壓長脈沖模式的EPT療法的潛力。
藥物和EPT在體外的細(xì)胞毒性下面描述利用MCF-7在高電壓和低電壓兩種條件下在活體外用不同的藥物所做的EPT實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。從ATCC(American Type TissueCollection，Rockville，MD，USA)獲得細(xì)胞，并按照ATCC所建議的方法培養(yǎng)這些細(xì)胞。使細(xì)胞懸浮在合適的培養(yǎng)基中，并將它們均勻地接種到24/96孔板中。將下面這些藥物中的一種以大約1×10-4(1E-4)至1.3×10-9(1.3E-9)的最終濃度，直接加入到細(xì)胞懸浮液中這些藥物是博萊霉素，順氯氨鉑，絲裂霉素C，阿霉素以及紫杉酚。利用本文所描述的BTX針陣列電極將由BTX T820電方波穿孔機(jī)產(chǎn)生的電脈沖施加到位于微型板中的細(xì)胞懸浮液中。根據(jù)所做的實(shí)驗(yàn)，利用EPT-196針陣列開關(guān)，將6個100微秒或者10毫秒的脈沖以不同的高電壓額定電場或低電壓額定電場，施加到6針陣列中的兩個相對的電極對之間。將微型板培養(yǎng)20小時或者70小時，利用XTT測定法測定細(xì)胞的存活率。其中一些結(jié)果顯示在圖15(a)，15(b)，16(a)，16(b)和17中。
利用MedPulserTM得到與圖17相應(yīng)的曲線。
對于LVLP模式，本方法表明，即使是在沒有藥物的情況下對細(xì)胞施加脈沖，細(xì)胞的存活率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于50％；當(dāng)與藥物相結(jié)合時，這一百分比進(jìn)一步減小。更理想的是能表明藥物而不是脈沖產(chǎn)生的效果，因此需要將只有脈沖時的初始存活率選擇在大約80％。圖15(a)表示LVLP模式下的典型的細(xì)胞殺死曲線。
盡管已經(jīng)參照這個優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解，在不背離本發(fā)明的構(gòu)思的前提下還可以進(jìn)行各種改進(jìn)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍僅由下列的其權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種用于向受試者的組織施行電穿孔治療以便將分子引入到所述組織的細(xì)胞內(nèi)的方法，包括以下步驟a.提供一個電極陣列，這些電極中至少有一個電極具有針的結(jié)構(gòu)，用于穿入組織；b.將針電極插入到所選定的組織中以便將分子引入到組織中；c.將電極陣列中的第二個電極以與所選定的組織電導(dǎo)通的方式放置；d.向電極施加高幅度的電信號脈沖，以便對組織進(jìn)行電穿孔，所述的信號幅度與電極間的距離成正比。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的方法是在體外實(shí)現(xiàn)的。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的方法是在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的方法是以離體的方式實(shí)現(xiàn)的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的受試者是哺乳動物。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的受試者是人。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，還包括以下步驟提供一個開關(guān)模塊，該開關(guān)模塊選擇性地使交替相對的電極對與脈沖發(fā)生器相連。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的分子選自化療制劑，多核苷酸以及多肽。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的分子是通過腫瘤內(nèi)引入、全身性引入和局部引入這三種方法中的一種方法引入的。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述的化療制劑選自博萊霉素，新制癌菌素，碳鉑，蘇拉明，阿霉素，絲氨霉素C以及順氯氨鉑。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述的組織選自胰腺，喉部、鼻咽部、喉咽部、口咽部、嘴唇、咽喉、肺部、心臟、腎臟、肌肉、乳房、結(jié)腸、前列腺、胸腺、睪丸、皮膚和卵巢。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述的組織是胰腺。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述的組織是頭頸部癌的組織。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述的組織是喉部、鼻咽部、喉咽部、嘴唇或咽喉組織。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，額定電場強(qiáng)度是大約10伏/厘米至1300伏/厘米。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，額定電場強(qiáng)度是大約25伏/厘米至75伏/厘米。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，額定電場強(qiáng)度是大約1000伏/厘米至1300伏/厘米。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，脈沖長度大約5微秒至99毫秒。
19.一種用于在體內(nèi)對受試者的細(xì)胞進(jìn)行電穿孔治療的方法，包括(a)向受試者施用一種治療性的組合物，使該組合物釋放到細(xì)胞中；(b)提供一個電極陣列，這些電極中至少有一個電極具有針的結(jié)構(gòu)，用于穿入組織；(c)將針電極插入到所選定的組織中，以便將分子引入到細(xì)胞中；(d)將電極陣列中的第二個電極以與所選定的組織電導(dǎo)通的方式放置；(e)向電極施加持續(xù)時間很短的電脈沖，以便對組織細(xì)胞進(jìn)行體內(nèi)電穿孔，所述的脈沖與電極間的距離成正比。
20.一種用于電穿孔治療的腹腔鏡針施加器，包括(a)一個支持桿；(b)一個圍繞著支持桿的外套，所述的外套能夠相對于支持桿在一個蓋住支持桿的末端的伸開位置和一個露出支持桿的末端的縮回位置之間移動；(c)至少兩個電極針，所述的至少兩個電極針適合用于電穿孔治療，并且被放置在支持桿和外套之間；(d)一個可壓縮的機(jī)構(gòu)，固定在至少一個電極針上，用于使與它相連的電極針從一個被套住的狀態(tài)移動到一個展開的狀態(tài)，在所述的被套住的狀態(tài)下，所述的外套處于伸開位置，而在所述的展開的狀態(tài)下，所述的外套處于縮回位置，在展開狀態(tài)下電極針之間的距離大于在被套住的狀態(tài)下電極針之間的距離。
21.如權(quán)利要求20所述的腹腔鏡針施加器，其中，所述的支持桿包括一個內(nèi)窺鏡。
22.用于選擇性地對多種電極針結(jié)構(gòu)進(jìn)行尋址的方法，每種電極針結(jié)構(gòu)至少包括4個用于進(jìn)行電穿孔治療的電極針，該方法包括以下步驟(a)將多種電極針結(jié)構(gòu)之一中的每個電極針布局到一個由一些位置組成的陣列中，從而確定一些具有至少4個側(cè)邊的治療區(qū)；(b)向確定每個治療區(qū)的相對的針電極對施加電壓極性交替變化的脈沖。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，一種電極針結(jié)構(gòu)包括限定一個治療區(qū)的4根針。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，一種電極針結(jié)構(gòu)包括限定4個治療區(qū)的9根針。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，一種電極針結(jié)構(gòu)包括限定9個治療區(qū)的16根針。
26.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，一種電極針結(jié)構(gòu)包括限定一個六邊形的治療區(qū)的6根針。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，一種電極針結(jié)構(gòu)包括限定一個八邊形的治療區(qū)的8根針。
28.為一種電穿孔治療裝置自動設(shè)定電極針尋址方案的方法，所述的裝置能夠接納具有不同數(shù)目的電極針的多種電極施加器，所述的方法包括以下步驟(a)在一個具有多個電極針的電極施加器中配備一個類型識別元件，該類型識別元件至少代表了這些電極針的數(shù)目；(b)將電極施加器連接到電穿孔治療裝置上；(c)通過類型識別元件確定電極針的數(shù)目；(d)將電穿孔治療裝置設(shè)定成對確定數(shù)目的電極針進(jìn)行尋址。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括以下步驟將電穿孔治療裝置設(shè)定為在一種選定的模式中對確定數(shù)目的電極針進(jìn)行尋址。
30.用于自動設(shè)定電穿孔治療裝置的電治療參數(shù)的方法，所述的裝置能夠接納多種不同的電極施加器，所述的方法包括以下步驟(a)在一個電極施加器中配備一個類型識別元件，該類型識別元件至少代表了以下這些用于電極施加器的電治療參數(shù)中的一個針電壓給定值，脈沖長度或者脈沖形狀；(b)將電極施加器連接到電穿孔治療裝置上；(c)通過類型識別元件確定電治療參數(shù)；(d)對電穿孔治療裝置進(jìn)行設(shè)定，使其具有所確定的電治療參數(shù)。
31.為一種電穿孔治療裝置自動設(shè)定電極針尋址方案的系統(tǒng)，所述的電穿孔治療裝置能夠接納具有不同數(shù)目的電極針的多種電極施加器，所述的系統(tǒng)包括(a)一個具有多個電極針的電極施加器以及一個類型識別元件，該類型識別元件至少代表了這些電極針的數(shù)目；(b)在電穿孔治療裝置中的一個電路，用于在電極接合器與電穿孔治療裝置相連時通過類型識別元件確定電極針的數(shù)目；(c)將電穿孔治療裝置設(shè)定成對確定數(shù)目的電極針進(jìn)行尋址的電路。
32.用于自動設(shè)定電穿孔治療裝置的電治療參數(shù)的系統(tǒng)，所述的電穿孔治療裝置能夠接納多種不同的電極施加器，所述的系統(tǒng)包括(a)一個具有類型識別元件的電極施加器，該類型識別元件至少代表了以下這些用于電極施加器的電治療參數(shù)中的一個針電壓給定值，脈沖長度或者脈沖形狀；(b)在電穿孔治療裝置中的一個電路，用于在電極接合器與電穿孔治療裝置相連時通過類型識別元件確定電治療參數(shù)；(c)對電穿孔治療裝置進(jìn)行設(shè)定，使其具有所確定的電治療參數(shù)的電路。
33.在一種電穿孔治療裝置中自動設(shè)定電極針尋址方案的電極施加器，所述的電穿孔治療裝置能夠接納具有不同數(shù)目的電極針的多種電極施加器，所述的電極施加器包括(a)一些用于進(jìn)行電穿孔治療的電極針；以及(b)一個類型識別元件，能夠與電穿孔治療裝置電連接，該類型識別元件至少代表了這些電極針的數(shù)目；其中，當(dāng)電極接合器連接到電穿孔治療裝置上時，所述的類型識別元件被提供給電穿孔治療裝置，使電穿孔治療裝置能夠自動地將其自身設(shè)定成對確定數(shù)目的電極針進(jìn)行尋址。
34.用于自動設(shè)定電穿孔治療裝置的電治療參數(shù)的電極施加器，所述的電穿孔治療裝置能夠接納多種不同的電極施加器，所述的電極施加器包括(a)一些用于進(jìn)行電穿孔治療的電極針；以及(b)一個類型識別元件，能夠與電穿孔治療裝置電連接，該類型識別元件至少代表了以下這些用于電極施加器的電治療參數(shù)中的一個針電壓給定值，脈沖長度或者脈沖形狀；其中，當(dāng)電極施加器連接到電穿孔治療裝置上時，所述的類型識別元件被提供給電穿孔治療裝置，使電穿孔治療裝置能夠自動地將其自身設(shè)定成具有確定的電治療參數(shù)。
35.一種電穿孔治療裝置，包括(a)一個用于產(chǎn)生電壓脈沖的電源；(b)一個連接器，用于與多個具有不同數(shù)目電極的電極施加器中的一個相連接，每個電極施加器包括一個類型識別元件，該類型識別元件至少代表了這些電極針的數(shù)目；(c)一個用于在電極接合器連接到連接器上時通過類型識別元件確定電極針的數(shù)目的電路；(d)一個用于將電穿孔治療裝置，設(shè)定成對確定數(shù)目的電極針進(jìn)行尋址以及將所產(chǎn)生的電壓脈沖施加到已尋址的電極上的電路。
36.如權(quán)利要求35所述的電穿孔治療裝置，其中，還包括一個用于控制電壓脈沖的發(fā)生的遠(yuǎn)距離治療起動裝置。
37.如權(quán)利要求36所述的電穿孔治療裝置，其中，所述的遠(yuǎn)距離治療起動裝置包括一個腳踏板開關(guān)。
38.一種電穿孔治療裝置，包括(a)一個用于產(chǎn)生電壓脈沖的電源，所述的電源具有一些可編程的電治療參數(shù)，這些參數(shù)至少包括以下參數(shù)中的一個針電壓給定值，脈沖長度，或脈沖形狀；(b)一個連接器，用于與多個帶有電極針的電極施加器中的一個相連接，每個電極施加器需要具有已選定的電治療參數(shù)，每個電極施加器包括一個類型識別元件，該類型識別元件代表了將與電極施加器結(jié)合在一起使用的特定的電治療參數(shù)；(c)一個用于在電極接合器連接到連接器上時，通過類型識別元件確定特定的電治療參數(shù)的電路；(d)一個用于對電穿孔治療裝置的電治療參數(shù)進(jìn)行編程，使所述的參數(shù)等于已確定的特定的電治療參數(shù)的電路。
39.如權(quán)利要求38所述的電穿孔治療裝置，其中，還包括一個用于控制電壓脈沖的發(fā)生的遠(yuǎn)距離治療起動裝置。
40.如權(quán)利要求39所述的電穿孔治療裝置，其中，所述的遠(yuǎn)距離治療起動裝置包括一個腳踏板開關(guān)。
41.用于自動設(shè)定電穿孔治療裝置的針陣列類型參數(shù)的電極施加器，所述的電穿孔治療裝置能夠接納多種不同的電極施加器，所述的電極施加器包括(a)一些用于進(jìn)行電穿孔治療的電極針；以及(b)一個類型識別元件，能夠與電穿孔治療裝置電連接，該類型識別元件至少代表了以下這些針陣列類型參數(shù)中的一個針的數(shù)目，針間距，或者針的切換順序；其中，當(dāng)電極接合器連接到電穿孔治療裝置上時，所述的類型識別元件被提供給電穿孔治療裝置，使電穿孔治療裝置能夠自動地響應(yīng)所確定的針陣列類型參數(shù)。
42.用于為電穿孔治療裝置提供施加器的特定參數(shù)的電極施加器，所述的電穿孔治療裝置能夠接納多種不同的電極施加器，所述的電極施加器包括(a)一些用于進(jìn)行電穿孔治療的電極針；以及(b)一個類型識別元件，能夠與電穿孔治療裝置電連接，由該類型識別元件給出至少一個施加器特定參數(shù)的指示；其中，當(dāng)電極接合器連接到電穿孔治療裝置上時，所述的類型識別元件被提供給電穿孔治療裝置，使電穿孔治療裝置能夠響應(yīng)所確定的施加器特定參數(shù)。
43.如權(quán)利要求42所述的電極施加器，其中，至少一個施加器特定參數(shù)是電極施加器中的針的數(shù)目。
44.如權(quán)利要求42所述的電極施加器，其中，至少一個施加器特定參數(shù)是電極施加器中的針的間距。
45.如權(quán)利要求42所述的電極施加器，其中，至少一個施加器特定參數(shù)是電極施加器的針切換順序。
46.如權(quán)利要求42所述的電極施加器，其中，至少一個施加器特定參數(shù)是將要施加到電極施加器中的針上的電壓給定值。
47.如權(quán)利要求42所述的電極施加器，其中，至少一個施加器特定參數(shù)是將要施加到電極施加器中的針上的脈沖長度。
48.如權(quán)利要求42所述的電極施加器，其中，至少一個施加器特定參數(shù)是將要施加到電極施加器中的針上的脈沖形狀。
49.如權(quán)利要求42所述的電極施加器，其中，至少一個施加器特定參數(shù)是電極施加器的擱置壽命。
50.如權(quán)利要求42所述的電極施加器，其中，至少一個施加器特定參數(shù)是電極施加器的使用期限。
51.如權(quán)利要求42所述的電極施加器，其中，還包括一個可寫驅(qū)動電路，該電路能夠存儲專用于電極施加器的數(shù)據(jù)。
52.如權(quán)利要求42所述的電極施加器，其中，至少一個施加器特定參數(shù)是電極施加器的擱置壽命，當(dāng)超過了擱置壽命時，一個擱置壽命鎖定碼被存儲在所述的可寫驅(qū)動電路中。
53.如權(quán)利要求52所述的電極施加器，其中，至少一個施加器特定參數(shù)是電極施加器的使用期限，當(dāng)超過了使用期限時，一個使用期限鎖定碼被存儲在所述的可寫驅(qū)動電路中。
54.如權(quán)利要求52所述的電極施加器，其中，電極的使用歷史記錄被存儲在寫驅(qū)動電路中。
55.如權(quán)利要求52所述的電極施加器，其中，所捕獲的錯誤碼被存儲在寫驅(qū)動電路中。
56.一種用于對受試者的組織進(jìn)行電穿孔治療以損傷所述組織中的細(xì)胞的方法，包括以下步驟(a)提供一個電極陣列；(b)將電極陣列中的第二個電極以與所選定的組織電導(dǎo)通的方式放置；(c)向電極施加高幅度的電信號脈沖，以便對組織進(jìn)行電穿孔，所述的信號幅度與電極間的距離成正比。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，其中，所述的方法是在體外實(shí)現(xiàn)的。
58.如權(quán)利要求56所述的方法，其中，所述的方法是在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)的。
59.如權(quán)利要求56所述的方法，其中，所述的方法是以離體的方式實(shí)現(xiàn)的。
60.如權(quán)利要求56所述的方法，其中，還包括以下步驟提供一個開關(guān)模塊，該開關(guān)模塊選擇性地使交替相對的電極對與脈沖發(fā)生器相連。
61.如權(quán)利要求56所述的方法，其中，所述的組織選自胰腺，喉部、鼻咽部、喉咽部、口咽部、嘴唇、咽喉、肺部、心臟、腎臟、肌肉、乳房、結(jié)腸、前列腺、胸腺、睪丸、皮膚和卵巢。
62.如權(quán)利要求61所述的方法，其中，所述的組織是胰腺。
63.如權(quán)利要求61所述的方法，其中，所述的組織是頭頸部癌的組織。
64.如權(quán)利要求63所述的方法，其中，所述的組織是喉部、鼻咽部、喉咽部、嘴唇或咽喉組織。
65.如權(quán)利要求56所述的方法，其中，額定電場強(qiáng)度是從大約25伏/厘米至75伏/厘米。
66.如權(quán)利要求56所述的方法，其中，脈沖長度從大約5微秒至99毫秒。
全文摘要
本發(fā)明涉及在體內(nèi)進(jìn)行電穿孔治療的方法和裝置(100)。利用本發(fā)明中描述的電穿孔療法(EPT),將利用本發(fā)明的裝置(100)實(shí)施的電穿孔與化療藥物結(jié)合起來治療腫瘤,使活體內(nèi)的腫瘤消退。在一個實(shí)施例中,本發(fā)明提供了一種用低電壓長脈沖促使細(xì)胞死亡的EPT方法。本發(fā)明的一個實(shí)施例包括一種用于進(jìn)行臨床電穿孔的系統(tǒng),該系統(tǒng)包括一個具有“鍵控”元件的針陣列電極(114),由該“鍵控”元件確定治療電壓脈沖的給定值,以及/或者選擇陣列的開關(guān)模式。有多種電極施加器的設(shè)計(jì)方案,從而能夠進(jìn)入并治療多種組織部位。另外一個實(shí)施例提供了一種腹腔鏡針施加器,最好是將它與一個內(nèi)窺鏡結(jié)合起來以實(shí)現(xiàn)損傷性最小的EPT。
文檔編號A61N1/05GK1248923SQ98801461
公開日2000年3月29日 申請日期1998年7月31日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月1日
發(fā)明者G·A·霍夫曼, S·B·德弗, S·C·迪姆默, J·I·勒瓦特, G·S·南達(dá) 申請人:基因特朗尼克斯公司