Устройство и способ подачи лекарственного средства и генного материала в ткань

 

Изобретение относится к медицине и предназначено для введения лекарственных средств и генного материала через поверхности тканей. Узел электрода включает нетокопроводное основание, снабженное проксимальной поверхностью, дистальной поверхностью и множеством сквозных отверстий, проходящих от проксимальной поверхности к дистальной поверхности. Первый электрод расположен, по меньшей мере, на части дистальной поверхности и проходит сквозь часть сквозных отверстий к проксимальной поверхности. Второй электрод расположен, по меньшей мере, на части проксимальной поверхности и на близком расстоянии по отношению к первому электроду. Изолирующая перегородка расположена на части проксимальной поверхности основания между первым и вторым электродами. Электрод накладывают на поверхность ткани и прикладывают электрическое поле. Устройство содержит первый узел электрода, источник питания, средство перемещения молекул через поры в поверхности ткани. Средство перемещения молекул выполнено в виде второго узла электрода или в виде источника давления, или в виде источника ультразвука, или в виде устройства электроинкорпорации. Способ предусматривает наложение узла электрода на поверхность ткани, прикладывание импульсного электрического поля и перемещение молекул сквозь поры. Изобретение позволяет вводить молекулы через разнообразные поверхности тканей. 3 с. и 11 з.п.ф-лы, 4 ил.

Область техники Настоящее изобретение относится в целом к подаче лекарственного средства и генного материала и, в частности, к узлу электродов для устройства и способу чресповерхностной подачи генного материала, лекарственных средств и других видов молекул через поверхности ткани.

Медицинское сообщество давно ищет усовершенствованные способы чресповерхностной подачи лекарственных средств, генного материала, такого как ДНК, участки ДНК, химических агентов или других молекул без физического проникновения или вторжения сквозь поверхность ткани. Различные способы связаны с применением электропорации поверхности тканей путем приложения электрического поля с помощью электродов на поверхности ткани. Прикладывают поле заданной напряженности и заданной длительностью воздействия для того, чтобы сделать границы поверхности ткани проницаемыми, чтобы дать возможность молекулам перемещаться сквозь поверхность ткани в нижележащую ткань. Кроме того, электропорация способна позволить молекулам проникать в избранные клетки тканей, не повреждая их. Напряжение, которое необходимо приложить, пропорционально расстоянию между электродами. Когда расстояние между электродами слишком велико, вырабатываемое ими электрическое поле проникает глубоко в ткани, где вызывает неприятные нервные и мышечные реакции. Молекулы помещают в непосредственной близости от клеток либо в соединительную ткань, окружающую клетки, либо в жидкую среду, заключающую молекулы.

Электропорацию могут производить с помощью сложной системы, снабженной программируемой последовательностью мощностей и длительностей. Например, подходящая система описана в совместной заявке 08/709615, дата подачи 9 сентября 1996 г., озаглавленной "Electroporation employing user-configured pulsing scheme" ("Электропорация с применением импульсной схемы, настраиваемой пользователем"), включенной в настоящий документ посредством ссылки на равных правах с полным текстовым включением.

Вообще изобретение, на которое дана ссылка выше, относится к устройству для элетропорации и способу генерирования и приложения электрического поля согласно заданной пользователем схеме пульсации. Один из примеров такой схемы пульсации включает импульс низкого напряжения первой длительности, непосредственно за которым следует импульс высокого напряжения второй длительности и непосредственно за которым следует импульс низкого напряжения третьей длительности. Поле низкого напряжения воздействует в целях аккумуляции молекул на поверхности ткани, поле правильно подобранного высокого напряжения воздействует так, чтобы открыть поры в поверхности ткани, и последнее поле низкого напряжения перемещает молекулы сквозь поверхность ткани.

Хотя электропорация предоставляет новые каналы в поверхности тканей для прохождения молекул, она не предоставляет необходимой движущей силы для этих молекул, чтобы перемещать их сквозь поверхность тканей. В результате желательно комбинировать электропорацию с методиками обеспечения движущей силы, такими как давление, ультразвук, электроинкорпорация и ионтофорез. Во-первых, можно прикладывать давление механическим путем, надавливанием на узел электрода любыми пригодными средствами для приложения достаточно равномерного давления на желаемую область. Во-вторых, можно применять ультразвук с помощью источника ультразвука. В третьих, можно применять электроинкорпорацию для перемещения молекул сквозь поверхность ткани в ткань. В четвертых, в качестве движущей силы можно применять ионтофорез.

Сам по себе ионтофорез, при котором между широко разнесенными электродами прикладывают низкое напряжение в течение длительного времени, способен перемещать заряженные молекулы сквозь имеющиеся каналы, такие как фолликулы волос или потовые железы. Однако количество молекул, перемещаемое за единицу времени, очень невелико и недостаточно для многих приложений. Сочетание электропорации с ионтофорезом способно увеличить количество, переданное первоначально, пока созданные каналы открыты. Каналы, созданные электропорацией, остаются открытыми в течение короткого периода времени, а затем закрываются.

Примером поверхности для чресповерхностной подачи молекул является кожа или поверхность роговой оболочки (РО). РО состоит из тонкого слоя мертвых клеток с высоким электрическим сопротивлением, представляющим наибольшее препятствие введению лекарств или генного материала трансдермально. Однако этот слой можно перфорировать путем введения коротких импульсов высокого напряжения, вызывающих диэлектрический пробой РО, с образованием пор, позволяющих молекулам проходить.

Поверхности тканей, к которым медики могут применить электропорацию, разнообразны по размеру, форме, расположению, пористости и доступности, помимо прочих параметров. Желательно иметь узел электрода для устройства чресповерхностной молекулярной подачи и способа такой подачи, приспособленный к широкому разнообразию поверхностей тканей.

Раскрытие изобретения Основной задачей данного изобретения является предложение усовершенствованного узла электрода для устройства чресповерхностной молекулярной подачи и способа такой подачи, приспособленного к широкому разнообразию поверхностей тканей.

В соответствии с основным аспектом данного изобретения молекулы приводят в физический контакт с поверхностью тканей, электрод приводят в соприкосновение с поверхностью тканей и к поверхности тканей прикладывают электрическое поле с помощью электрода. Это образует поры в поверхности тканей. Затем к поверхности тканей прикладывают движущую силу, проталкивающую молекулы через поверхность тканей в нижележащую ткань.

Краткое описание чертежей Вышеуказанные и прочие задачи и преимущества данного изобретения станут понятны из последующего описания в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых: фиг. 1 - принципиальная схема, изображающая совмещенное устройство для электропорации и ионтофореза; фиг. 2 - вид дистальной стороны узла электрода, соответствующего данному изобретению; фиг. 3 - вид проксимальной стороны узла электрода, соответствующего данному изобретению; фиг. 4 - увеличенный вид в разрезе по линии 4-4 фиг.3 узла электрода, соответствующего данному изобретению.

Подробное описание предпочтительного варианта реализации Данное изобретение относится к узлу электрода для устройства чресповерхностной молекулярной подачи и способа такой подачи, приспособленного к широкому разнообразию поверхностей тканей по размеру, форме, расположению, пористости и доступности среди прочих характеристик.

Сочетание электропорации и ионтофореза может выполняться с помощью сложной комбинированной системы, снабженной двумя узлами электродов и двумя источниками энергии. Например, подходящая система описана в совместной заявке 08/964436 от 4 ноября 1997 г., озаглавленной "Method and apparatus for a combination of electroporation and iontophoresis for the delivery of drugs and genes" ("Способ и устройство для комбинирования электропорации и ионтофореза для доставки медикаментов и генного материала"), включенной в настоящий документ посредством ссылки на равных правах с полным текстовым включением. Вообще говоря, пример устройства, описанного в изобретении, на которое сделана ссылка выше, изображен здесь на фиг.1.

На фиг.1 изображена принципиальная схема комбинированного устройства 10 электропорации и ионтофореза. Устройство 10 включает в себя источник 12 питания для электропорации, первый узел 14 электрода, источник 16 питания для ионтофореза и второй узел 18 электрода, соединенные цепью переключателей (20, 22, 24, 26, 28, 30, 32 и 34) и проводников. Первый и второй узлы 14, 18 электродов включают первый и второй электроды (не показаны), близко расположенные друг к другу.

В процессе работы последовательно производят электропорацию и ионтофорез поверхности ткани. Во время электропорации источник 12 питания для электропорации подключен к первому узлу 14 электрода и второму узлу 18 электрода посредством замыкания переключателей 20, 22, 24 и 26, при этом переключатели 28, 30, 32 и 34 разомкнуты. Во время ионтофореза источник 16 питания для ионтофореза подключен к первому узлу 14 электрода и второму узлу 18 электрода посредством замыкания переключателей 28, 30, 32 и 34, и при этом переключатели 20, 22, 24 и 26 разомкнуты.

Альтернативно второй узел 18 электрода мог бы содержать только один электрод (не показан). В таком устройстве 10 переключатели 22 и 26 постоянно разомкнуты, переключатель 30 постоянно замкнут. Во время электропорации источник 12 питания для электропорации подключен к первому узлу 14 электрода замыканием переключателей 20 и 24, при этом переключатели 28, 32 и 34 разомкнуты. Во время ионтофореза источник 16 питания для ионтофореза подключен к первому узлу 14 электрода и второму узлу 18 электрода замыканием переключателей 28, 32 и 34, при этом переключатели 20 и 24 остаются разомкнутыми.

В варианте реализации устройства 10 первый и второй узлы 14 и 18 электродов представляют из себя отдельные накладки, каждая из которых прикладывается к областям поверхности ткани, расположенным на расстоянии друг от друга. Раствор могут поместить в накладку, которая также включает в себя структуру электрода для создания электрического поля. Структура электрода может располагаться внутри или на поверхности лоскута. Структуру электрода подключают к двум проводникам снаружи накладки, так чтобы источники 12, 16 питания для электропорации и ионтофореза можно было кратковременно подключать к этим наружным проводникам, чтобы выработать импульс напряжения. Накладку предпочтительно снабжать клейкой окантовкой, чтобы обеспечить сцепления с поверхностью ткани. Накладку также предпочтительно снабжать защитным покрытием, которое можно отрывать перед наклеиванием накладки на поверхность ткани.

В случае, когда в качестве движущей силы используют ионтофорез, электрод для электрофореза предпочтительно делать отдельным от электродов для электропорации, и этот электрод может быть частью накладки и располагаться над электродами для электропорации. Электрод обратной цепи ионтофореза может быть удаленным по отношению к узлу электрода накладки или может окружать его. Сначала прикладывают импульс электропорации к соответствующим электродам для открытия пор в поверхности ткани. Затем прикладывают ток ионтофореза между соответствующими электродами, чтобы подать лекарственные средства и генный материал через поры.

На фиг.2 изображен вид дистальной стороны узла 40 электрода в соответствии с предпочтительным вариантом реализации данного изобретения. Узел 40 электрода может быть заменен любым узлом или обоими узлами 14, 18 первого и второго электродов, показанных на фиг.1. Узел 40 электрода включает в себя непроводящую основу 42, в которой имеется множество сквозных отверстий 44, проходящих от дистальной стороны к проксимальной (см. фиг.3). На дистальной стороне расположен первый электрод 46. Первый электрод 46 проходит сквозь первую часть 48 множество сквозных отверстий 44 на дистальную сторону. В области второй части 50 множества сквозных отверстий 44 первый электрод 46 отсутствует. С первым электродом 46 связан первый проводник 52.

На фиг. 3 изображен вид проксимальной стороны узла 40 электрода в соответствии с предпочтительным вариантом реализации данного изобретения. Проксимальная сторона - это та сторона узла 40 электрода, которую будут обычно располагать рядом или накладывать на поверхность ткани (не показана), подлежащей электропорации. Соответственно дистальной поверхности (см. фиг.2) проксимальная сторона имеет множество сквозных отверстий 44. Первый электрод 46 проходит сквозь первую часть 48 множества сквозных отверстий 44 от дистальной стороны. На проксимальной стороне расположен второй электрод 54. Второй электрод 54 расположен сверху, но не проходит сквозь вторую часть 50 множества сквозных отверстий 44. Со вторым электродом 54 связан второй проводник 56 на проксимальной стороне. На проксимальной стороне между первым электродом 46 и вторым электродом 54 расположена изолирующая перегородка 60. Изолирующая перегородка 60 электрически изолирует первый электрод 46 от второго электрода 54. В изображенном варианте реализации изолирующая перегородка 60 имеет форму кольца или круга. С проксимальной стороны первый электрод 46 остается незащищенным или представляет собой множество круглых или дисковидных контактных областей. Второй электрод 54 покрывает внешнюю поверхность узла 40 электрода между круглыми областями первого электрода 46.

На фиг. 4 изображен увеличенный вид в разрезе по линии 4-4 фиг.3 части узла 40 электрода в соответствии с предпочтительным вариантом реализации данного изобретения. Особенно важно на этом виде то, что, как легко видеть, первый электрод 46 проходит сквозь первую часть 48 множества сквозных отверстий 44 на проксимальную сторону. Далее легко видеть, что изолирующая перегородка 60 электрически изолирует первый электрод 46 от второго электрода 54. Расстояние между первым и вторым электродами 46 и 54 определяется изолирующей перегородкой 60.

Вариант реализации узла 40 электрода, изображенный на Фиг.2, 3 и 4, носит чисто иллюстративный характер. Окончательная конфигурация будет зависеть от конкретной задачи. В результате общий размер, форма и толщина могут варьироваться. Размеры, форма, количество и расположение множества сквозных отверстий 44 могут варьироваться. Форма, толщина и расположение первого электрода 46 и второго электрода 54 могут варьироваться. Форма, толщина и расположение изолирующей перегородки 60 могут варьироваться. В ряде случаев изолирующая перегородка 60 может не понадобиться и может быть заменена воздушной прослойкой между первым электродом 46 и вторым электродом 54.

В предпочтительном варианте реализации изобретения узел 40 электрода изготавливается с помощью технологии, применяемой для изготовления электронных печатных плат. Основание 42 является тонкой гибкой пленкой, позволяющей узлу 40 электрода принять форму контура поверхности тканей, которая обычно имеет неправильную форму. В одном варианте реализации множество сквозных отверстий 44 сгруппировали так, что лекарственные средства и генный материал могут подаваться из резервуара (не показан) на дистальной стороне, так чтобы они проходили сквозь множество сквозных отверстий 44 к поверхности ткани. Изолирующей перегородкой 60 является маска из припоя, уменьшающая прямой ток между первым электродом 46 и вторым электродом 54 по поверхности ткани. Однако первый электрод 46 и второй электрод 54 расположены близко друг к другу, чтобы ограничить проникновение поля в поверхностный слой ткани.

С описанной здесь системой и электродами для подачи молекул через поверхность тканей могут также использоваться методики электроинкорпорации. Эта методика более подробно описана в пат. США 5462520 и 5464386, включенными в настоящий документ посредством ссылки на равных правах с полным текстовым включением.

Несмотря на то, что изобретение иллюстрировано и описано с помощью конкретных вариантов реализации, следует понимать, что возможны многочисленные изменения и модификации реализации, не выходящие за пределы духа и объема изобретения, определенного нижеследующей формулой.

Формула изобретения

1. Узел электрода для электропорации поверхности ткани, включающий непроводящее основание, имеющее проксимальную поверхность, дистальную поверхность и множество сквозных отверстий от проксимальной поверхности к дистальной поверхности, первый электрод, расположенный, по меньшей мере, на части дистальной поверхности и проходящий сквозь, по меньшей мере, часть множества сквозных отверстий, по меньшей мере, к части проксимальной поверхности, и второй электрод, расположенный, по меньшей мере, на части проксимальной поверхности и по отношению к первому электроду на близком расстоянии для накладывания на поверхность ткани, через которую следует приложить электрическое поле.

2. Узел электрода по п.1, в котором основание включает в себя тонкую гибкую пленку.

3. Узел электрода по п.1, дополнительно включающий в себя изолирующую перегородку, расположенную, по меньшей мере, на части проксимальной поверхности основания между первым электродом и вторым электродом.

4. Узел электрода по п.3, в котором изолирующая перегородка представляет собой маску из припоя.

5. Устройство для чресповерхностной подачи молекул, содержащее первый узел электрода, включающий в себя: нетокопроводное основание, имеющее проксимальную поверхность, дистальную поверхность и множество сквозных отверстий от проксимальной поверхности к дистальной поверхности; первый электрод, расположенный, по меньшей мере, на части дистальной поверхности и проходящий сквозь, по меньшей мере, часть из множества сквозных отверстий, по меньшей мере, на часть проксимальной поверхности, и второй электрод, расположенный, по меньшей мере, на части проксимальной поверхности и на близком расстоянии по отношению к первому электроду для накладывания на поверхность ткани, через которую необходимо приложить электрическое поле; первый источник питания, подключенный к первому узлу электрода для прикладывания импульсного электрического поля достаточной амплитуды для того, чтобы вызвать образование пор в поверхности ткани, и средство перемещения молекул через поры в поверхность ткани.

6. Устройство по п.5, в котором средство перемещения включает в себя второй узел электрода, расположенный на расстоянии от первого узла электрода и включающий в себя, по меньшей мере, один анод и один катод, и второй источник питания, подключенный к первому узлу электрода и второму узлу электрода для прикладывания постоянного электрического поля низкого напряжения заданной полярности и достаточной амплитуды для того, чтобы вызвать движение молекул через поры в поверхности ткани.

7. Устройство по п.5, в котором средство перемещения включает в себя источник давления, связанный с поверхностью ткани через множество сквозных отверстий в основании первого узла электрода для приложения давления достаточной амплитуды и длительности для того, что вызвать движение молекул через поры в поверхности ткани.

8. Устройство по п.5, в котором средство перемещения включает в себя источник ультразвука для прикладывания ультразвуковых колебаний достаточной амплитуды и длительности для того, чтобы вызвать движение молекул через поры в поверхности ткани.

9. Устройство по п.5, в котором средство перемещения включает в себя средство для электроинкорпорации молекул для прикладывания электроинкорпорации достаточной амплитуды и длительности для того, чтобы вызвать движение частиц, содержащих молекулы, через поры в поверхности тканей.

10. Способ чресповерхностной подачи молекул, при котором предусматривают наложение на поверхность ткани подключенного к первому источнику питания первого узла электрода, включающего в себя нетокопроводное основание, имеющее проксимальную поверхность, дистальную поверхность и множество сквозных отверстий от проксимальной поверхности к дистальной поверхности; первый электрод, расположенный, по меньшей мере, на части дистальной поверхности и проходящий сквозь, по меньшей мере, часть множества сквозных отверстий, по меньшей мере, к части проксимальной поверхности; и второй электрод, расположенный, по меньшей мере, на части проксимальной поверхности и на близком расстоянии по отношению к первому электроду, прикладывание импульсного электрического поля через первый узел электрода с амплитудой, достаточной для того, чтобы вызвать образование пор в поверхности ткани; вызывание движения молекул путем использования средства перемещения молекул сквозь поры в поверхности ткани.

11. Способ по п.10, в котором операция использования средства перемещения включает следующие операции: использование второго узла электрода, расположенного на расстоянии от первого узла электрода и включающего в себя, по меньшей мере, один анод и один катод; и использование второго источника питания, подключенного к первому узлу электрода и второму узлу электрода, и при котором операция использования средства перемещения включает в себя операцию прикладывания непрерывного электрического поля низкого напряжения с заданной полярностью и достаточной амплитудой для того, чтобы вызвать движение молекул сквозь поры в поверхность ткани.

12. Способ по п.10, при котором операция использования средства перемещения включает в себя операцию использования источника давления на поверхность ткани через множество сквозных отверстий в основании первого узла электрода и при котором операция использования средства перемещения включает в себя операцию прикладывания к первому узлу электрода давления достаточной амплитуды и длительности для того, чтобы вызвать движение молекул сквозь поры в поверхности ткани.

13. Способ по п.10, при котором операция использования средства перемещения включает в себя операцию использования источника ультразвука и при котором операция использования средства перемещения включает операцию прикладывания ультразвуковых колебаний достаточной амплитуды и длительности для того, чтобы вызвать движение молекул сквозь поры в поверхности ткани.

14. Способ по п.10, при котором операция использования средства перемещения включает в себя операцию использования средства электроинкорпорации молекул и при котором операция использования средства перемещения включает в себя операцию прикладывания средства электроинкорпорации достаточной амплитуды длительности для того, чтобы вызвать движение частиц, содержащих молекулы, сквозь поры в поверхности ткани.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4