ES2896405T3 - Sistema de generación de plasma frío - Google Patents

Abstract

Un sistema para generar plasma frío, comprendiendo el sistema: una unidad de control (50) y un miembro alargado (26), en donde la unidad de control (50) se puede conectar a un primer extremo proximal del miembro alargado (26); en donde dicho miembro alargado (26) comprende: una unidad de generación de plasma (28) en un segundo extremo distal del mismo, un canal de transmisión de gas (24) y un canal de transmisión de electricidad (25), cada uno extendiéndose desde dicho primer extremo proximal hacia dicha unidad de generación de plasma (28); en donde la unidad de control (50) comprende: una unidad de suministro de gas (23) configurada para proporcionar una composición de gas seleccionada a través de dicho canal de transmisión de gas (24), y una unidad de suministro de potencia (22) configurada para generar una secuencia seleccionada de pulsos eléctricos de alta frecuencia dirigidos a través de dicho canal de transmisión de electricidad (25), proporcionando así potencia y gas de dicha composición seleccionada a la unidad de generación de plasma (28) para generar plasma frío, dicha unidad de suministro de potencia (22) comprende un circuito de resonancia (233) configurado para generar los pulsos eléctricos de alta frecuencia, dicho canal de transmisión de electricidad (25) es un cable coaxial que tiene una impedancia predeterminada (25 '), caracterizado por que la impedancia predeterminada (25') del cable coaxial está configurada para ser parte de una impedancia del circuito de resonancia (233) y capaz de sintonizar el circuito de resonancia (233) para generar una frecuencia portadora de los pulsos eléctricos de alta frecuencia.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de generación de plasma frío

Campo tecnológico

La invención se refiere a sistemas para producir plasma frío y es particularmente relevante para su uso en aplicaciones médicas.

Antecedentes de la técnica

A continuación se enumeran las referencias que se consideran relevantes como antecedentes de la materia objeto actualmente desvelada:

- G. Friedman, et al., [Plasma Chem. Plasma Process 27, 163 (2007)];

- J. Schlegel, et al., [Clinical Plasma Medicine 1, 2 (2013)];

- E. Robert, et al., Clinical Plasma Medicine 1, 8 (2013)];

- M. Keidar et al., [Br. J. Cancer, 105, 1295 (2011) y Phys. Plasma 20, 057101 (12013)];

- Adam M. Hirst, et al BioMed Research International, Volumen 2014, ID del artículo: 878319;

- Biomedicina plasmática a baja temperatura: Una revisión tutorial, de David B. Graves, Physics of Plasmas (1994-actualidad) 21, 080901 (2014); doi: 10,1063/1,4892534.

Otras referencias que se consideran relevantes como antecedentes de la materia objeto actualmente desvelada incluyen: La Publicación de patente internacional n.° 2012/153332 (Amnon Lam et al.) se refiere a "Un dispositivo médico para la soldadura de tejidos... que comprende al menos un procesador configurado para regular la producción de plasma frío en un cabezal de plasma controlando una fuente de energía de RF para suministrar energía de producción de plasma de RF al cabezal de plasma".

La Publicación de patente de EE. UU. n.° US 2014/005646 (Burak Temelkuran et al.)) enseña, con respecto al suministro de gas a través de un núcleo hueco: "El gas puede incluir aire, nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono o un gas noble (por ejemplo, He, Ne, Ar, Kr y/o Xe). El gas puede incluir sustancialmente solo un compuesto (por ejemplo, aproximadamente el 98 % o más de un compuesto, aproximadamente el 99 % o más, aproximadamente el 99,5 % o más, aproximadamente el 99,8 % o más, aproximadamente el 99,9 % o más). Como alternativa, en algunas realizaciones, el gas puede incluir una mezcla de diferentes compuestos (por ejemplo, aire)".

La Publicación de patente de EE. UU. n.° US 2012/107896 (Dirk Wandke et al.) se refiere a "Un plasma que contiene al menos una especie reactiva... utilizado para administrar agentes a las células vivas o una matriz extracelular de las células vivas. El método y el sistema permiten el tratamiento de las células vivas sin causar daños irreversibles a las membranas celulares de las células vivas. El plasma se produce mediante una descarga de barrera dieléctrica".

La Publicación de patente de EE. UU. n.° US 2012/245580 (Aaron Germain et al.) se relaciona con "Cartílago y otros tejidos... tratados generando un plasma en un espacio interior de una sonda y exponiendo el tejido al plasma. El plasma se libera a través de un espacio en un extremo de trabajo de la sonda". Es más, se describe que el "principio fundamental del aparato se basa en que un objeto que se va a tratar sea sometido a un plasma que se produce por medio de un electrodo y un electrodo opuesto, con un dieléctrico dispuesto ventajosamente entre el objeto que se va a tratar y el electrodo de modo que se produzca un plasma por medio de una descarga de gas de barrera dieléctrica, y este plasma se aplique después al objeto a tratar y los agentes se entreguen a las células vivas y/o una matriz extracelular ".

La publicación de patente de EE.UU. n.° US 2012/029506 (Kristin Johnson) se refiere a un "método para retirar un implante médico", incluyendo "guiar un dispositivo de plasma a un sitio de implantación. El dispositivo de plasma incluye un catéter que tiene un eje de catéter. El eje del catéter incluye una porción proximal y una porción distal flexible y un lumen definido en las mismas que termina en una abertura próxima a un extremo distal del mismo".

La Publicación de patente de EE. UU. n.° US 2013/053762 (Michael Rontal et al.) se refiere a la sinusitis crónica "tratada mediante la aplicación de plasma frío o especies activadas por plasma a las superficies mucosas infectadas mediante el uso de un endoscopio que tiene un extremo orientable que puede proyectarse en las cavidades sinusales a través de la cavidad nasal. El plasma frío se genera en el extremo distal del endoscopio con una fuente de energía mediante la aplicación de una energía, o en el extremo distal mediante conexiones eléctricas y de gas que se extienden a través del endoscopio. El plasma frío o las especies activadas por plasma actúan para destruir las células bacterianas, pero no las células eucariotas".

El reconocimiento de las referencias anteriores en este documento no debe inferirse en el sentido de que sean de alguna forma relevantes para la patentabilidad de la materia objeto de la presente divulgación.

Antecedentes

Plasma es un término general que define gas ionizado, que incluye generalmente electrones libres, iones, así como átomos y moléculas neutros y, a menudo, radicales libres. Puede producirse por descarga eléctrica a través de gas, provocando que los átomos o moléculas de gas se exciten e ionicen. Durante la última década ha crecido un interés significativo en las aplicaciones del plasma. Varias de estas aplicaciones se basan en la descarga de barrera dieléctrica (DBD) para la generación del plasma no térmico de baja temperatura, o el denominado plasma "frío". Dicho plasma frío es un plasma poco ionizado y no térmico generado en condiciones de presión atmosférica. Se ha descubierto que el plasma frío se puede utilizar para diversas aplicaciones en la medicina y la industria.

Se puede encontrar información general de antecedentes sobre técnicas de generación de plasma frío y algunas aplicaciones médicas de las mismas en las siguientes publicaciones de patentes relacionadas con los datos de antecedentes de la presente invención:

Documento US 8.232.729 Aparato de producción de plasma y método de producción de plasma

Documento US 8.187.265 Aparato de coagulación que utiliza plasma frío

Documento US 8.077.094 Dispositivo de plasma con bajo ruido térmico

Documento US 7.785.322 Rejuvenecimiento de tejidos

Documento US 7.572.998 Método y dispositivo para crear un micro chorro de plasma

Documento US 7.316.682 Dispositivo electroquirúrgico para generar una corriente de plasma

Documento US 6.958.063 Generador de plasma para cirugía de radiofrecuencia

Documento US 6.565.558 Dispositivo de alta frecuencia para generar un arco de plasma para el tratamiento de tejido biológico

Documento US 6.099.523 A Coagulador de plasma frío

Documento US 3.903.891 Método y aparato para generar plasma

Documento US 2001/0000206 Modificación de la superficie utilizando una fuente de plasma de descarga luminiscente a presión atmosférica

Documento WO 2014/061025 Películas, kits y métodos para mejorar el tratamiento de tejidos mediante soldadura por plasma

Documento US 2014/0074090 Soldadura de tejidos con plasma

Documento US 2012/0283732 Cabezal de plasma para soldadura de tejidos

Documento US 2012/0289954 Micro cabezal de plasma para aplicaciones médicas

Documento US 8.725.248 Métodos para aplicaciones no térmicas de plasma gaseoso en tejidos vivos Documento WO 2012/167089 Sistema y método para la terapia con plasma frío

Documento US 2011/0112528 Dispositivo de plasma para el tratamiento selectivo de células electroporadas Documento 7.608.839 Fuente de plasma y aplicaciones de la misma

Documento 5.977.715 Fuente portátil de plasma de descarga luminiscente a presión atmosférica

Descripción general

Existe la necesidad en la técnica de una técnica novedosa para generar plasma frío para su uso en aplicaciones médicas en tejido biológico vivo. La técnica de la presente invención proporciona un sistema adecuado para generar una secuencia seleccionada de ráfagas de plasma frío muy cerca del tejido biológico. Las ráfagas de plasma se pueden aplicar en el tejido que se encuentra dentro de una cavidad natural existente, cavidad artificial/hecha por el hombre o tejido externo. Los inventores de la presente invención han descubierto que la aplicación de plasma frío de características adecuadas cuando se aplica sobre el tejido deseado puede usarse para el tratamiento de varios tipos de cáncer y otras aplicaciones médicas.

El plasma frío se puede generar generalmente mediante la técnica de descarga de barrera dieléctrica (DBD). La generación de plasma DBD se puede realizar mediante la aplicación de un pulso de alta tensión (HV) a través de un espacio lleno de gas entre dos electrodos, cuando uno o ambos electrodos están cubiertos con un material dieléctrico. Esto generalmente da como resultado una descarga eléctrica no completa a través del gas, que se caracteriza por una corriente de descarga de electrones en el espacio lleno de gas y una corriente de desplazamiento a través del material dieléctrico.

Para permitir una corriente de descarga adecuada (es decir, desarrollar una DBD), la trayectoria libre media de los electrones primarios debe ser lo suficientemente largo para permitir que los electrones adquieran suficiente energía del campo eléctrico. Cuando los electrones energéticos chocan con átomos/moléculas de gas, los electrones pueden causar la ionización de partículas de gas. Estos electrones primarios podrían emitirse desde la superficie del electrodo negativo (cátodo), si no está cubierto por una capa dieléctrica. Como alternativa, en el caso de que los electrodos de ánodo y cátodo estén cubiertos por una capa dieléctrica, el campo eléctrico acelera los electrones que existen naturalmente en el gas dentro del espacio. Normalmente, la densidad de electrones libres en la composición de gas apropiada está en el intervalo de 103 - 104 en cm3.

Normalmente, la corriente de descarga de barrera dieléctrica (DBD) fluye solo cuando el campo eléctrico varía con el tiempo, es decir, la derivada dE/dt í 0 no es nula, donde E es el campo eléctrico y t es el tiempo. Esto se debe a que se requiere un camino cerrado para la corriente en el circuito eléctrico correspondiente para soportar el flujo de electrones en el gas mediante la corriente de desplazamiento jd ~ d<p/dt, donde jd es la corriente de desplazamiento y <p es la diferencia de potencial en el espacio entre los electrodos. Esto indica que la forma de pulso rectangular, siendo de cualquier tensión, puede emitir corriente DBD solo durante el tiempo de subida y bajada del pulso.

La generación de plasma eficiente puede utilizar pulsos eléctricos que tienen polaridad alterna. Debido a la mayor movilidad de los electrones del plasma (en relación con los iones), se adhieren a la superficie del ánodo (normalmente dieléctrico) cuando la polaridad del campo eléctrico dirige la carga negativa al cátodo. Estos electrones protegen el campo eléctrico externo. Cuando se aplica la polaridad opuesta del pulso, es decir, el ánodo se convierte en cátodo; estos electrones se desprenden de la superficie dieléctrica y sirven como fuente de electrones para la ionización del gas. En la etapa de descarga, los electrones de plasma libres se unen nuevamente a la superficie dieléctrica del ánodo (es decir, la que era el cátodo durante la primera parte de la descarga) permitiendo que el ciclo se renueve en el siguiente pulso.

El plasma que se forma entre los electrodos adquiere normalmente un potencial positivo con respecto a ambos electrodos, debido a la menor movilidad de los iones en relación con los electrones. El valor de este potencial depende de los parámetros del pulso y la descarga eléctrica resultante (por ejemplo, tensión, amplitud de corriente, formas de onda de pulso, tipo y presión del gas) y de la geometría de los electrodos.

Normalmente, en técnicas convencionales de formación y propagación de plasma "frío", se mantiene una pequeña capacidad parásita entre el plasma y el potencial de tierra. Este pequeño valor de capacitancia parásita mantiene un gran potencial en la pistola de plasma. Sin embargo, cuando aumenta la capacitancia entre el electrodo generador de plasma y el electrodo de tierra, la generación del plasma puede terminar y la diferencia de potencial entre los electrodos en la pistola de plasma disminuye. Como resultado, el campo eléctrico en el cabezal generador de plasma (pistola de plasma) se vuelve más bajo y no puede soportar la avalancha de electrones a través del gas. Esta configuración hace que el uso de plasma dentro o sobre tejido biológico vivo sea algo peligroso, puesto que ambos electrodos están configurados con alta tensión con respecto a la tierra.

De hecho, se conocen varias técnicas para aplicaciones de plasma médico, normalmente se centran en el tratamiento externo o la generación el plasma en una ubicación remota y su transmisión hacia el tejido deseado. Tales aplicaciones sufren de una alta tasa de terminación del plasma que se propaga, debido a interacciones con el tubo/catéter (que normalmente es un tubo dieléctrico). Esto proporciona una longitud de tubo de unos pocos centímetros o menos.

El inventor de la presente invención ha descubierto que la utilización de la auto impedancia del cable que transmite señales eléctricas y los electrodos de la pistola de plasma para determinar las características del pulso eléctrico resuelve este problema de acumulación de carga. Adicionalmente, los inventores han descubierto que el uso de un canal de transmisión de electricidad coaxial puede proporcionar tanto el blindaje de las señales de alta tensión del tejido que rodea los cables, así como valores conocidos de impedancia (capacitancia) y evita la emisión de radiación electromagnética generada por los pulsos variables. Las características anteriores, por separado o en combinaciones permiten que el sistema de generación de plasma descrito en el presente documento se utilice de forma segura dentro de las cavidades de pacientes vivos (humanos y/o animales).

La técnica de la presente invención proporciona así una nueva configuración de sistema de generación de plasma, permitiendo el uso de plasma frío dentro de una cavidad biológica viva (por ejemplo, adecuado para aplicaciones endoscópicas). Con este fin, la técnica de la presente invención prevé la entrega de pulsos eléctricos de alta frecuencia y alta tensión en las proximidades de una ubicación deseada para la generación local de plasma frío con alta frecuencia portadora de la potencia/pulsos de entrada, al tiempo que se elimina, o al menos se reduce significativamente, el riesgo de electrocución y/o fuga de radiación electromagnética generada por los pulsos de alta frecuencia (por ejemplo, radiofrecuencia (RF)).

En este sentido, la técnica de la invención permite el control del caudal de plasma y la temperatura. Esto se puede hacer controlando la tasa de repetición de las señales/pulsos eléctricos que generan el plasma, perfil de tensión (tensión máxima y ancho de pulso) de los pulsos y el caudal del gas. El control de estos parámetros permite un ajuste fino de las propiedades del plasma para proporcionar los resultados deseados controlados adecuados para el tratamiento de tejido biológico. Los inventores de la presente invención han descubierto que la aplicación de plasma de propiedades específicas predeterminadas sobre tejido biológico puede afectar selectivamente a las células cancerosas mientras afecta mínimamente a las células sanas. Esto es así, mientras que el plasma de menor densidad no proporcionaría tal efecto. Es importante destacar que, el plasma de mayor densidad o temperatura puede dañar las células sanas y quemar efectivamente el tejido.

Para ello, la técnica de la presente invención utiliza la generación de una secuencia seleccionada de pulsos eléctricos de alta frecuencia (normalmente dentro del intervalo Mega Hertz) y la transmisión de las señales eléctricas correspondientes a lo largo de un canal de transmisión de electricidad hacia una unidad de generación de plasma. La unidad de generación de plasma puede ubicarse como un extremo distal de un miembro alargado, por ejemplo, elemento similar al endoscopio. El uso de pulsos de alta frecuencia permite reducir la tensión máxima de los pulsos a no más de unos pocos kilovoltios, al mismo tiempo que permite la generación de plasma a una temperatura típica inferior a un umbral para la desnaturalización de proteínas. Por ejemplo, la presente técnica utiliza plasma con una temperatura característica de aproximadamente 40 °C (o normalmente entre 25 °C y 50 °C). Además, el canal de transmisión de electricidad está configurado preferentemente para proporcionar protección de la conducción de electricidad del entorno, eliminando así, o al menos reduciendo significativamente cualquier riesgo de cortocircuito entre el canal de transmisión y cualquier tejido biológico en su proximidad. El canal de transmisión también puede configurarse para eliminar o al menos reducir significativamente cualquier fuga de radiación electromagnética que pueda formarse debido a la transmisión de señales eléctricas de alta frecuencia a través del canal. Para ello, el canal de transmisión de electricidad se configura como un cable coaxial que comprende un conductor interno que transmite la señal eléctrica y un conductor externo puesto a tierra configurado para cerrar el circuito así como blindar el conductor interno. El uso de cable coaxial para el canal de transmisión de electricidad, mientras sirve una parte del circuito de generación de pulsos de la unidad de suministro de potencia, elimina la fuga de radiación electromagnética y el uso de un conductor externo conectado a tierra elimina o al menos reduce significativamente el riesgo de cortocircuito eléctrico con el tejido biológico. El canal de transmisión de electricidad que normalmente se define como de impedancia propia (capacitancia, inductancia y resistencia) para la transmisión de señales eléctricas.

Además de transmitir señales eléctricas, la técnica de la invención utiliza un canal de transmisión de gas, extendiéndose junto con el canal de transmisión de electricidad hacia la unidad de generación de plasma. La transmisión del gas apropiado (por ejemplo, mezcla Penning, helio, nitrógeno, oxígeno o una mezcla de los mismos) puede ser continua o similar a un pulso. Esto es así, mientras que el plasma adecuado (plasma frío) se genera solo en presencia de una cantidad suficiente de gas en combinación con una porción variable del pulso eléctrico.

Por tanto, la presente invención proporciona un sistema de generación de plasma, configurado para generar plasma frío para el tratamiento local de tejido biológico (por ejemplo, tratamiento similar a una endoscopia, así como tratamiento de tejido externo). El sistema utiliza una unidad de generación de plasma montada en un extremo distal de un miembro alargado normalmente flexible que está conectado en su extremo proximal a una unidad de control. El miembro alargado comprende canales de transmisión de gas y electricidad configurados para proporcionar una mezcla de gases y señales eléctricas para operar la unidad de generación de plasma.

La unidad de control comprende una unidad de suministro de gas y una unidad de suministro de potencia. Generalmente, la unidad de control también puede incluir una interfaz de control de usuario que permite a un operador determinar las propiedades operativas del sistema. La unidad de suministro de potencia está configurada para generar una secuencia seleccionada de pulsos eléctricos de alta frecuencia para ser transmitidos a través del canal de transmisión de electricidad y operar la unidad de generación de plasma para la generación de plasma frío.

La unidad de suministro de potencia comprende un circuito oscilador de RF configurado para generar pulsos eléctricos de alta frecuencia. El circuito puede basarse en un tubo de vacío (por ejemplo, tubo de electrones de vacío EL34) o cualquier otro elemento amplificador como un transistor, capaz de funcionar en el intervalo de frecuencia de MHz. Adicionalmente, el circuito de resonancia del oscilador está configurado de acuerdo con la impedancia del canal de transmisión de electricidad así como la unidad de generación de plasma para soportar pulsos de alta frecuencia con una frecuencia predeterminada y una amplitud óptima. Como se ha indicado anteriormente, la fuente de alimentación está configurada para generar pulsos con frecuencia basada entre 0,5 MHz y 10 MHz y tensión máxima entre 0,5 kV y 6 kV, y preferentemente entre 0,75 kV y 1,15 kV. En alguna configuración, la secuencia de pulsos puede incluir pulsos eléctricos con una frecuencia de repetición de 100 Hz a 600 Hz, mientras que los pulsos se caracterizan por tener una frecuencia portadora de 0,5 MHz a 10 MHz, y preferentemente dentro de un intervalo de alrededor de 1,5 MHz (por ejemplo, 1 MHz a 2 MHz).

En alguna configuración, la unidad de suministro de potencia está configurada de manera que el canal de transmisión de electricidad está conectado directamente a un inductor externo que tiene una inductancia L que es significativamente mayor que la inductancia del canal de transmisión de electricidad. Esto proporciona que la frecuencia de resonancia principal del circuito oscilador se determine basándose en una resonancia clásica de un circuito LC, donde C es la capacitancia efectiva total en el circuito, que es en gran parte la capacitancia del canal de transmisión de electricidad. Esto es mientras que la inductancia del canal es insignificante con respecto a la inductancia L del inductor. Por tanto, la longitud eléctrica del canal de transmisión de electricidad puede ser significativamente menor que la duración de pulso.

Como se ha indicado anteriormente, el sistema de generación de plasma descrito en el presente documento está configurado para generar plasma frío adecuado para el tratamiento de tejido biológico, ya sea interno o externo al cuerpo. Más específicamente, el plasma frío se puede aplicar externamente sobre el tejido expuesto o internamente, por ejemplo, utilizando un endoscopio, a través o junto al que, se conduce el miembro alargado (incluidos los canales de transmisión de gas y electricidad). La aplicación de plasma frío generado de acuerdo con la presente técnica expone el tejido a electrones libres e iones y radicales cargados, afectando a las células cancerosas en mayor grado que a las células sanas. Por tanto, la presente técnica permite el tratamiento local de tejido biológico en organismos vivos, por ejemplo, humanos y animales.

Por tanto, de acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema para generar plasma frío, de acuerdo con la reivindicación 1.

Otros aspectos opcionales se tratan en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripción de los dibujos

Para comprender mejor la materia objeto que se desvela en el presente documento y para ejemplificar cómo se puede llevar a cabo en la práctica, a continuación se describirán las realizaciones, únicamente a modo de ejemplo no limitante, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

las Figuras 1A y 1B ilustran un sistema de generación de plasma de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención;

las Figuras 2A a 2F ilustran esquemáticamente la configuración electrónica de una unidad de suministro de potencia para su uso en un sistema de generación de plasma de acuerdo con algunas realizaciones de la invención, las Figuras 2A a 2E ejemplifican la configuración de la unidad de suministro de potencia y la Figura 2F ilustra un diagrama de bloques de la unidad de suministro de potencia;

las Figuras 3A a 3D ejemplifican una configuración del miembro/sonda alargado y la unidad de generación de plasma de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;

las Figuras 4A a 4B ejemplifican dos configuraciones de la sonda de acuerdo con algunas realizaciones de la invención como complemento para el sistema de endoscopio (Figura 4A) o como catéter rígido independiente (Figura 4B); las Figuras 5A a 5F muestran un sistema de generación de plasma experimental y los resultados de las mediciones de plasma realizadas;

las Figuras 6A a 6F muestran el tratamiento in vitro de células cancerosas usando plasma de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;

las Figuras 7A y 7B muestran resultados adicionales del tratamiento de células cancerosas con plasma frío in vitro de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;

las Figuras 8A y 8B muestran los resultados a lo largo del tiempo de las células cancerosas y de control después del tratamiento con plasma frío de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;

la Figura 9 muestra una comparación entre diferentes tasas de repetición del tratamiento con plasma de acuerdo con algunas realizaciones de la invención;

la Figura 10 muestra imágenes de células sanas y cancerosas tratadas que ejemplifican el mecanismo de muerte celular;

las Figuras 11A y 11B muestran resultados experimentales del tratamiento con yH2AX de células de cáncer de colon DLD-1 tratadas con NTP;

las Figuras 12A a 12E muestran el tratamiento con plasma frío in vivo en células de melanoma en ratones y la comparación entre dos protocolos de tratamiento; y

las Figuras 13A a 13F muestran los resultados patológicos del cáncer tratado y las células sanas en ratones.

Descripción detallada de las realizaciones

Como se ha indicado anteriormente, la presente invención proporciona un sistema para su uso en la aplicación local de plasma frío sobre tejido biológico. Con referencia a la Figura 1A y a la Figura iB, ambos ejemplifican un sistema de generación de plasma 10 de acuerdo con algunas realizaciones de la invención. El sistema 10 incluye normalmente una caja de control 50 que incluye una interfaz de usuario de control y al menos unidades de suministro de gas 23 y potencia 22. La unidad de control 50 se puede conectar a un miembro alargado 26 que incluye al menos canales de transmisión de gas 24 y electricidad 25 configurados para transmitir señales de gas y eléctricas desde la unidad de control 50 en un extremo proximal del miembro alargado 26 a una unidad de generación de plasma 28 montada en un extremo distal del mismo. La caja de control 50 también puede incluir una unidad de señal visual 32 configurada para transmitir luz a través de una fibra óptica 34 y recibir información visual que regresa a través de la fibra 34. Esto permite que un operador reciba información visual sobre la ubicación de la unidad de generación de plasma 28 en el extremo distal del miembro alargado 26 para su uso como endoscopio.

El miembro alargado 26 puede configurarse normalmente para ser flexible y permitir que un usuario dirija la unidad de generación de plasma 28 para aplicar plasma en una ubicación seleccionada. Adicionalmente, en algunas configuraciones, el miembro alargado 26 puede configurarse para su uso como endoscopio. Más específicamente, el miembro 26 puede configurarse para insertarse en una cavidad fabricada existente en un cuerpo (por ejemplo, cuerpo humano o animal) y aplicar localmente plasma frío en puntos seleccionados dentro de la cavidad.

En este sentido, los inventores han descubierto que la aplicación de plasma frío, a una temperatura entre 25 °C y 60 °C para no provocar la desnaturalización de las proteínas, en las células cancerosas, daña las células mientras que las células de los tejidos sanos no se ven afectadas en su mayoría. Sin embargo, los inventores han comprendido además que generar plasma en una ubicación remota (unos pocos centímetros o más) y transferir el plasma hacia el tejido deseado da como resultado en gran medida la degradación del plasma debido a la interacción con el canal de transmisión. Por ejemplo, los iones y radicales cargados pueden interactuar con las paredes del tubo, destruyendo así el estado de plasma del gas. Como alternativa, generar el plasma por descarga eléctrica en las proximidades de la ubicación deseada puede ser peligroso en la aplicación en organismos vivos debido al alta tensión requerido para la descarga.

Por tanto, el sistema de la presente invención está configurado para generar localmente plasma frío de las características deseadas (por ejemplo, temperatura, densidad) mientras se elimina el riesgo de descarga eléctrica a un organismo vivo (humano o animal) que está siendo tratado con el mismo. Esto se logra mediante al menos uno de los siguientes: utilizar pulsos eléctricos de alta frecuencia y baja tensión para activar la unidad de generación de plasma 28 para la descarga; utilizando una configuración blindada del canal de transmisión de electricidad 25, que también forma parte del circuito de resonancia, como se describirá con más detalle más adelante. Esto permite configurar el sistema para aplicar plasma frío en cavidades (naturales o fabricadas) en cuerpos de organismos vivos.

Más específicamente, el uso de pulsos eléctricos de alta frecuencia permite que la unidad de generación de plasma 28 cree una descarga eléctrica apropiada a tensiones relativamente bajas. Específicamente, a una frecuencia de pulso entre 0,5 MHz y 10 MHz, se puede lograr una descarga eléctrica a una tensión máxima tan baja como 5-6 kV e incluso a una tensión de 1kV o 750V. Estos pulsos de baja tensión y alta frecuencia proporcionan que incluso si se produce un cortocircuito eléctrico con el tejido biológico, la potencia eléctrica del pulso es suficientemente baja para evitar dañar el tejido.

Adicionalmente, o como alternativa, el canal de transmisión de electricidad puede configurarse de manera que elimine o al menos reduzca significativamente el riesgo de cortocircuito eléctrico con tejido biológico. Esto se puede lograr proporcionando al canal de transmisión de electricidad un primer conductor de señal protegido por un segundo conductor de tierra que separa el primer conductor y el entorno. Adicionalmente, la unidad de generación de plasma 28 puede configurarse con un electrodo de señal interno y unos electrodos externos de tierra/cero que cierran el circuito mientras protegen la señal eléctrica del entorno.

Similarmente, la Figura 1B ejemplifica otra configuración del sistema de generación y tratamiento de plasma frío 10. El sistema 10 está configurado normalmente para el tratamiento con plasma frío dentro de una cavidad de tejido 14 de un paciente 99 (ser humano o animal vivo). El sistema incluye una caja 50 de control principal que se puede conectar a una sonda 26 flexible alargada (miembro alargado) en un extremo proximal de la sonda 26. La sonda alargada 26 está unida a una unidad de generación de plasma 28 en el extremo distal de la misma.

La caja de control 50 incluye una unidad de control 21 configurada con un panel de interfaz (no mostrado) para operar el sistema. Además, la caja de control incluye una unidad de suministro/entrega de gas 23, que generalmente puede incluir un depósito de gas comprimido (por ejemplo, un tanque con gas comprimido) o una conexión a un depósito remoto. Generalmente, la unidad de suministro de gas 23 está configurada para suministrar gas de composición de material predeterminada. En algunas realizaciones, el gas puede seleccionarse por tener un potencial de ionización bajo, es decir, configurado para ser ionizado con bajo potencial de descarga, tal como la mezcla Penning. Tal composición de gas puede incluir neón (Ne) y argón (Ar) en una proporción predeterminada. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que se puede utilizar cualquier gas o mezcla de gases, por ejemplo, helio (He) o una mezcla de aire que incluya nitrógeno (N²) y oxígeno (O²). En alguna configuración adicional, la unidad de suministro de gas 23 puede configurarse con conexión a una pluralidad de tanques con gases comprimidos y un colector de gas para cambiar entre gases o para seleccionar una mezcla de gases. La unidad de suministro de gas 23 puede incluir normalmente también un regulador de reducción de presión, válvulas y otros elementos conocidos en la técnica para controlar y supervisar el flujo de gas.

Adicionalmente, el sistema 10 incluye una unidad electrónica 22 también denominada aquí como unidad de suministro de potencia. La unidad electrónica 22 incluye un circuito electrónico configurado para generar y entregar pulsos eléctricos de radiofrecuencia (RF) para crear plasma en la unidad de generación de plasma 28 (cabezal de plasma) ubicada en el extremo distal de la sonda 26. Generalmente, la unidad de suministro de potencia 22 puede incluir un circuito de resonancia amplificado para generar una secuencia seleccionada de pulsos como se describirá más adelante. La unidad de suministro de potencia 22 se puede conectar para transmitir los pulsos eléctricos a la unidad de generación de plasma 28 a través de un canal de transmisión de electricidad 25 que se extiende dentro y a lo largo de la sonda 26. El canal de transmisión de electricidad 25 se puede configurar preferentemente como un cable coaxial que tiene un primer conductor interno rodeado por un segundo conductor externo tal en una simetría cilíndrica alrededor de un eje común. En algunas realizaciones, el canal de transmisión de electricidad está configurado de manera que el primer conductor interno es la línea de señal mientras que el segundo conductor externo cierra el circuito. Adicionalmente, el circuito cerrado puede ser tal que el segundo conductor externo se mantenga a potencial de tierra para proporcionar protección y evitar descargas eléctricas al paciente 99.

La caja de control 50 y la interfaz de control 21 de la misma proporcionan a un operador acceso para controlar el sistema de generación de plasma 10. Para este fin, la interfaz de control 21 incluye normalmente interruptores y controles que permiten el funcionamiento individual o simultáneo del flujo de gas desde la unidad de suministro de gas 23 y pulsos eléctricos de RF desde la unidad de suministro de potencia 22. La interfaz de control puede incluir varios controles adicionales, como determinar la duración de pulso, ciclo de trabajo, amplitud, un número de pulsos en una secuencia, etc. Adicionalmente, la interfaz de control puede incluir la selección de la composición del gas, caudal y presión de gas, etc., dirigir y controlar la ubicación del extremo distal de la sonda 26 y de la unidad de generación de plasma 28 en la misma. La interfaz de control 21 generalmente puede también incluir acceso a medidas de seguridad que permitan el apagado de emergencia del sistema en modo automático y/o manual.

Como se ha descrito anteriormente, las unidades de suministro de gas 23 y potencia 22 están conectadas respectivamente a los canales de transmisión de gas 24 y electricidad 25. El canal de transmisión de gas 24 está configurado normalmente como una tubería de gas que se extiende a lo largo de la sonda/miembro alargado 26 desde su extremo proximal hacia la unidad de generación de plasma 28 en el extremo distal. Además, el canal de transmisión de electricidad 25 está, como se ha indicado anteriormente, configurado para eliminar o al menos minimizar el riesgo de cortocircuito eléctrico con el tejido del entorno de la sonda. Para ello, el canal de transmisión de electricidad 25 puede configurarse como un cable coaxial, donde el conductor interno transmite las señales eléctricas y el conductor externo cerró el circuito. En algunas realizaciones, el conductor externo del cable coaxial está conectado a tierra para proporcionar así un blindaje adicional del entorno.

El miembro alargado 26 o sonda está configurado para conectar la caja de control 50 y las diversas unidades de la misma y suministrar energía eléctrica y gas a la unidad de generación de plasma 28. En algunas configuraciones, el miembro alargado 26 puede ser simplemente un haz de cables que definen los canales de transmisión. La sonda 26 puede configurarse también como un catéter flexible que se puede insertar en los lúmenes o cavidades corporales 14, tales como las vías urinarias, sistemas digestivos, árbol bronquial, etc., así como cavidades artificiales, de tal forma que el extremo distal de la misma, que lleva la unidad de generación de plasma 28 puede aplicar localmente plasma frío dentro de la cavidad corporal. Para este fin, el extremo distal de la sonda 26 puede incluir también uno o más elementos sensores tales como un sensor de temperatura, sensor biológico de cualquier tipo y sensor óptico como fibra óptica y/o una o más cámaras. Por tanto, la sonda 26 y la unidad de generación de plasma 28 se pueden utilizar durante operaciones tales como en laparoscopia, procedimientos pleurales, reemplazos de articulaciones, etc., así como en procedimientos generales, para aplicar localmente plasma frío en la ubicación deseada. Sin embargo, en algunas configuraciones, la sonda 26 y la unidad de generación de plasma 28 en el extremo distal de la misma pueden configurarse para aplicar plasma frío externamente a un cuerpo.

También, cabe señalar que el extremo distal de la sonda 26 y la unidad de generación de plasma 28 montada en ella están configurados preferentemente con un extremo rígido. Esto es para permitir su uso en procedimientos endoscópicos.

En alguna configuración, una unidad comando 30 asociada con el panel de interfaz 21 puede montarse en la sonda 26 para simplificar el acceso a los comandos de operación.

También, puede observarse que el sistema de generación de plasma 10 puede configurarse con requisitos de potencia relativamente bajos, ya que puede operar con pulsos de baja tensión y alta frecuencia para la generación de plasma. Por tanto, el sistema puede utilizar una batería 40 (recargable o no) como fuente de energía, o estar conectado a la red 41.

También debe tenerse en cuenta que la sonda 26 del sistema de generación de plasma 10 descrito en el presente documento puede usarse como un endoscopio por sí misma, como se ha descrito anteriormente, o puede configurarse para ser conectada/insertada en un endoscopio existente. Esto puede simplificar la configuración del sistema al tiempo que permite la flexibilidad al utilizar la aplicación de plasma frío en combinación con una o más operaciones quirúrgicas adicionales utilizando endoscopios.

Como se ha indicado anteriormente, el sistema de generación de plasma descrito en el presente documento está configurado para funcionar con pulsos eléctricos de alta frecuencia y baja tensión. En este sentido, se hace referencia a las Figuras 2A a 2F que ilustran esquemáticamente una configuración de ejemplo de una unidad de suministro de potencia 22 y un canal de transmisión 25 adecuados para su uso en el sistema de generación de plasma 10. La Figura 2A ejemplifica una configuración esquemática de la unidad de suministro de potencia 22 y el canal de transmisión 25; la Figura 2B ejemplifica el circuito de aislamiento y filtrado de potencia; la Figura 2C ejemplifica el circuito controlador de potencia de RF; la Figura 2D ejemplifica el circuito de resonancia del generador de RF; la Figura 2E ilustra una configuración general de la unidad de suministro de potencia; y la Figura 2F ejemplifica una configuración de la unidad de generación de plasma 28.

La Figura 2A ilustra esquemáticamente una configuración de ejemplo de la unidad de suministro de potencia 22 a modo de diagrama de bloques 140. Como se muestra, la unidad de suministro de potencia 22 está conectada a la unidad de generación de plasma 28 a través del canal de transmisión de electricidad 25 que se extiende a lo largo del miembro 26 alargado. En este ejemplo, la unidad de suministro de potencia 22 está formada por tres secciones principales: circuito de filtrado y aislamiento de potencia 110; controlador de potencia de RF 120 configurado para controlar y determinar la secuencia de pulsos (por ejemplo, tensión y ciclo de trabajo); y la sección generadora de RF 130 (circuito de resonancia).

Las diferentes secciones de la unidad de suministro de potencia se describen con más detalle a continuación, sin embargo, debe tenerse en cuenta que de acuerdo con la presente técnica, el canal de transmisión de electricidad 25, y en algunas configuraciones también los electrodos de la unidad de generación de plasma 28, son parte del circuito de resonancia 130. Más específicamente, la impedancia, y específicamente capacitancia e inductancia, del canal de transmisión y los electrodos se consideran como parte de la impedancia del circuito de resonancia 130 y por tanto se determina su frecuencia de resonancia.

La Figura 2B ilustra esquemáticamente un ejemplo de la sección de filtrado y aislamiento de potencia 110 adecuada para su uso en la unidad de suministro de potencia 22 de acuerdo con la presente técnica. Cabe señalar que el circuito de filtrado se puede utilizar para un sistema 10 configurado para conectarse a una red eléctrica sin filtrar. Sin embargo, si el sistema 10 está configurado para operar con baterías o conectarse a una red estable, el circuito de filtrado 110 puede omitirse.

Por lo general, la sección/circuito de filtrado y aislamiento de potencia 110 recibe energía eléctrica de la red CA en la entrada 210. Se puede usar un fusible de entrada 211 como protección y generalmente se usa un interruptor principal 212 para permitir encender y apagar la potencia. La potencia de entrada se transmite a la unidad de filtración de CA 213 que incluye bobinas/inductores y condensadores. El circuito 213 proporciona aislamiento entre las líneas de potencia de entrada y los circuitos aguas abajo de la unidad de suministro de potencia. Esto evita la fuga de señales de RF generadas dentro del sistema, así como también filtra el ruido y los máximos que puedan estar presentes en las líneas eléctricas.

En algunas configuraciones, la sección 110 del circuito de filtrado puede incluir una unidad transformadora 214. La unidad transformadora 214 puede proporcionar uno o más de los siguientes: aislamiento total o parcial de la unidad de suministro de potencia de la red eléctrica, esto se usa comúnmente en equipos electrónicos médicos que pueden entrar en contacto con un paciente; cambiar la tensión de CA 215 proporcionada a la unidad de suministro de potencia 22 a un nivel deseado, por ejemplo, para adoptar el sistema que se utilizará con una potencia de CA de entrada de 110 V y 220 V, o cualquier otro nivel; y proporcionar potencia de baja tensión (por ejemplo, a aproximadamente 6,3 V) 216 para calentar el filamento del tubo de vacío, que se puede utilizar en el circuito de resonancia 130 del generador de RF. La potencia 216 para calentar el tubo puede ser Ca o CC, según sea el caso.

Por tanto, la potencia filtrada 215 puede transmitirse al circuito de control de potencia 120. El circuito 120 de control de potencia de RF se ejemplifica en la Figura 2C. El circuito de control 120 puede incluir normalmente un transformador variable 221 configurado para convertir de forma controlable la tensión de CA 215 al nivel de tensión deseado 222. La tensión controlada 222 puede proporcionarse a un atenuador 223 configurado para convertir la forma sinusoidal de la tensión controlada 222 en un tren de pulsos positivos y negativos que tienen un ancho de pulso seleccionado deseablemente 229. La serie de pulsos pasa a través de una unidad rectificadora 224, que normalmente incluye el diodo 225 configurado para rectificar el tren de pulsos positivos y negativos 229 y generar un tren de pulsos positivos 226. La tensión máxima del tren de pulsos es determinada y controlada por el transformador variable 221 mientras que el ancho de pulso es controlado por el atenuador 223.

Cabe señalar que en este ejemplo, la tasa de repetición del tren de pulsos 226 está determinada por la frecuencia de la línea de potencia de red 210. Sin embargo, esta tasa de repetición se puede variar usando un circuito de modulación de frecuencia como se conoce generalmente en la técnica. Generalmente, el sistema 10 puede configurarse para utilizar una tasa de repetición entre 100 Hz y 600 Hz.

También debe tenerse en cuenta que en configuraciones donde el sistema 10 opera con una o más baterías y no está conectado a la red, el circuito de filtrado 110 y el circuito de control de potencia 120 pueden omitirse y reemplazarse por una fuente de alimentación CC a CC de alta tensión controlado que genera la potencia CC de salida 226 y una fuente de alimentación CC a CC de baja tensión que genera la tensión de calentamiento 216 del tubo. La Tensión de la potencia CC de salida 226, su ancho de pulso y frecuencia de repetición pueden ser controlados por la fuente de alimentación de CC a CC de alta tensión controlada.

La Figura 2D ilustra esquemáticamente un ejemplo del circuito generador de RF 130. La sección generadora de RF 130 generalmente incluye un elemento amplificador 231, por ejemplo, en la Figura se muestra un tubo de vacío EL34 231, un transformador elevador de RF 234, retroalimentación positiva 232 y un circuito resonante 233 configuran la generación de pulsos de alta frecuencia con la tensión deseada necesaria para encender el plasma en la unidad de generación de plasma. Cabe señalar que, en general, se puede utilizar cualquier tipo de elemento amplificador 231, por ejemplo, el elemento amplificador puede ser un tubo de vacío o un transistor o cualquier otro tipo de elemento amplificador. Sin embargo, para facilitar la comprensión, lo siguiente se describe en el contexto del tubo de vacío EL34 y debe interpretarse de forma amplia.

El cátodo 235 del tubo 231 se calienta normalmente mediante una tensión baja 216 conectada a su filamento de calentamiento. La rejilla del supresor 241 y la rejilla de pantalla 242 están conectadas a la tierra 277 y a potencia CC de salida 226, respectivamente.

El ánodo 245 del tubo 231 está conectado a la bobina/inductor primario 246 del transformador elevador de RF 234. La bobina primaria 246 puede configurarse con un número relativamente bajo de espiras, por ejemplo, solo 7 espiras. En algunas configuraciones, el transformador elevador de RF 234 puede estar basado en un núcleo o un transformador sin núcleo.

La bobina primaria 246 está configurada para estar en conexión de acoplamiento inductivo con la primera 247 y la segunda 248 bobinas secundarias. La primera bobina secundaria 247 está configurada generalmente con un mayor número de espiras que la bobina primaria 246 y es parte de un circuito de resonancia RLC 233. El circuito de resonancia 233 tiene una capacitancia efectiva de 25 'y una resistencia efectiva de 29', ambos se determinan de acuerdo con la resistencia y capacitancia del canal de transmisión de electricidad y la unidad de generación de plasma como se ha descrito anteriormente. Normalmente, la inductancia del canal de transmisión se considera también en la inductancia efectiva determinada del circuito 233, esto no se muestra específicamente para facilitar la comprensión de la primera bobina secundaria 247. También cabe señalar que, en algunas configuraciones, se puede usar un condensador, resistencia y/o inductor adicional en el circuito de resonancia 233 para proporcionar la frecuencia y el rendimiento deseados.

La segunda bobina secundaria 248 del transformador elevador de RF 234 está configurada con un número menor de espiras que la bobina primaria 246 y se usa normalmente para proporcionar señales a la ruta de retroalimentación positiva 232 conectada a la rejilla de control 249 del tubo de vacío 231. Por ejemplo, la segunda bobina secundaria 248 puede configurarse con una o dos espiras solamente.

De acuerdo con algunas configuraciones, el circuito generador de RF 130 está configurado para generar pulsos eléctricos basados en la frecuencia de RF portadora de tal forma que la frecuencia de RF se sintonice con la frecuencia resonante del circuito de resonancia 233. Esto proporciona una eficacia ventajosa al proporcionar alta potencia a la unidad de generación de plasma. Además, los cambios en el canal de transmisión y/o la unidad de generación de plasma pueden variar la impedancia efectiva del circuito de resonancia 233, sin embargo, el generador de RF 130 se alinea con la frecuencia resonante modificada, sin requerir casi la interacción de un operador.

En la Figura 2F se ilustra una configuración de ejemplo de la unidad de generación de plasma 28. Como se ha descrito anteriormente, la unidad de generación de plasma 28 está configurada para ser montada en el extremo distal de la sonda 26 y operada por pulsos de gas y eléctricos proporcionados por los canales de transmisión de gas y electricidad 24 y 25. El canal de transmisión de electricidad 25 es preferentemente un cable coaxial y está configurado de tal forma que los conductores interno 264 y externo 265 del mismo estén conectados respectivamente a los electrodos de plasma anulares 261 y 262.

La entrada de gas se proporciona al tubo de gas 267 a través del canal de transmisión de gas 24. El gas de entrada fluye a lo largo del tubo 267 para sufrir una descarga mientras se encuentra entre los electrodos anulares 261 y 262. En esta configuración de ejemplo, los electrodos anulares 261 y 262 son externos con respecto a un tubo dieléctrico 269.

Cabe señalar que, en general, el tubo de gas 267 y el cable coaxial 25 del canal de transmisión (y la propia sonda 26) pueden ser flexibles. También debería observarse que el canal de transmisión de electricidad 25 y el canal de transmisión de gas (tubo de gas 267) se ejemplifican aquí en una forma en paralelo. Sin embargo, el cable coaxial 25 se puede enroscar dentro del tubo de gas 267. Adicionalmente, en algunas configuraciones, la unidad de generación de plasma está cubierta por la capa de cobertura 270 para protección y estética. En caso de que los canales de transmisión estén enroscados, la cubierta de protección 270 se puede utilizar solo en el cabezal de la unidad de generación de plasma 28 y no a lo largo de toda la sonda 26. La cubierta 270 es preferentemente eléctricamente aislante, ayudando así a eliminar el riesgo de cortocircuito eléctrico con el tejido circundante.

Adicionalmente, como se ha indicado anteriormente, el conductor externo, el blindaje 265 del cable coaxial 25 puede conectarse a tierra y mantenerse al mismo potencial eléctrico que el tejido tratado. Esto reduce el riesgo de electrocución ya que el tejido está en contacto con el conductor mantenido a un potencial similar. Además, en algunas configuraciones, el electrodo correspondiente 262 de la unidad de generación de plasma 28 es externo al tubo dieléctrico 269. Esto es mientras que el conductor interno 264, que lleva las señales eléctricas, está conectado al central se puede colocar dentro del tubo dieléctrico 269. En este caso, se puede utilizar la cubierta 270, pero no es necesaria.

La Figura 2F es una ilustración general de la unidad de suministro de potencia 22. Como se muestra, la unidad de suministro de potencia incluye una fuente de alimentación 1. La fuente de alimentación proporciona potencia a un circuito de resonancia 2 que está conectado a una retroalimentación positiva 3 en conexión con un elemento amplificador (por ejemplo, un tubo). Se proporciona una interfaz de control 4 para controlar selectivamente la frecuencia de repetición y la duración de pulso. La unidad 22 puede incluir también un circuito de medición 5 configurado para supervisar la operación del sistema.

A continuación, se hace referencia a las Figuras 3A a 3D, que ilustran una unidad de generación de plasma configurada de acuerdo con la presente técnica y su conexión al miembro alargado (sonda) 26.

La Figura 3A ejemplifica una ilustración de una sección transversal de la sonda y la unidad de generación de plasma de acuerdo con algunas realizaciones de la presente invención. El extremo distal 300 de la sonda y la unidad de generación de plasma se pueden dividir esquemáticamente en tres secciones: sección de conector 310, sección de tubo 330; y sección de pistola de plasma 350 (unidad de generación de plasma). Las tres secciones se describen a continuación con referencia a las Figuras 3B a 3D en más detalles. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que los materiales y las dimensiones que se proporcionan aquí se presentan como demostración no limitativa.

La Figura 3B ejemplifica una sección transversal de la sección de conector 310 que conecta el miembro alargado que lleva el canal de transmisión de electricidad y el canal de transmisión de gas al extremo distal del mismo y a la unidad de generación de plasma. La tubería de gas (también denominada tubo de gas o unidad de transmisión de gas) 24 se inserta desde el lado izquierdo del conector de gas 311. El conector está configurado con una junta 312 y una tuerca de apriete 314a para evitar fugas de gas. Como se ha indicado anteriormente, la tubería de gas 24 es preferentemente flexible de modo que la sonda 300 pueda moverse.

En el otro lado del conector, se inserta un tubo de gas de vidrio 320 y se configura para transmitir el gas a la pistola de plasma. Puede proporcionarse una tuerca de apriete adicional 314b en el lado distal (tubo de gas 320). La tuerca de apriete 314b puede ser metálica para permitir el contacto eléctrico con la capa conductora interna 322 de la pistola de plasma, depositada en la superficie exterior del tubo de vidrio 320, configurada para proporcionar conexión eléctrica a los electrodos de la pistola de plasma como se muestra en las siguientes Figuras con más detalles. Por ejemplo, la capa conductora interna 322 está conectada eléctricamente al conductor interior/central 264 del canal de transmisión de electricidad 25, por ejemplo, a través de la tuerca 314b, o mediante otras conexiones, según sea el caso. Por lo general, la capa conductora 322 está cubierta por una capa aislante 326. La capa aislante 326 puede estar hecha de teflón o de cualquier otro material adecuado.

El conductor externo 265 del canal de transmisión de electricidad está conectado a una capa de tierra 338 que está configurada para cubrir la capa aislante 326. La capa de tierra 338 está conectada además al electrodo de tierra 351 (como se muestra en la Figura 3D). Esta conexión se puede realizar a través de un conector opcional 324. En algunas configuraciones, toda la sección de conector 310 puede cubrirse con la cubierta 329 de manera que no queden expuestos componentes de alta tensión.

Cabe señalar que el conector, así como la sonda y la unidad de generación de plasma, está configurada de tal forma que la capa exterior del mismo esté conectada a tierra y proporcione protección al entorno. Esto es para evitar cualquier peligro eléctrico para el paciente y así permitir que el sistema se use en tejido biológico vivo.

También debe tenerse en cuenta que los diversos conductores en el conector y la unidad de generación de plasma pueden configurarse como un revestimiento de plata en un tubo de vidrio (por ejemplo, un tubo 320) y una capa aislante 326, respectivamente.

La Figura 3C ilustra esquemáticamente una sección transversal de la sección de tubo de la unidad de generación de plasma, que se extiende distalmente a la sección de conector 310. La sección de tubo 330 puede ser tan larga como lo requiera la aplicación. A lo largo de la sección de tubo 330, la capa conductora interna 322 está generalmente separada de la capa de tierra 238 por la fina capa aislante 326. Por tanto, la capa conductora interna 322 y la capa de tierra 238 forman un canal de transmisión coaxial (y un condensador) y contribuyen a la capacitancia efectiva total 25'. Por tanto, esta capacitancia depende de la longitud de la sección de tubo 330 así como de otros parámetros tales como el diámetro de la capa conductora interna 322 y la capa de tierra 238, y el coeficiente dieléctrico de la capa aislante 326. También se muestra en esta Figura el electrodo interno 352 de la unidad de generación de plasma, conectado a la capa conductora interna 322.

La Figura 3D ilustra esquemáticamente una sección transversal de la sección de pistola de plasma 350 según algunas realizaciones de la invención. La sección de pistola de plasma 350 se puede montar en el extremo distal de la sonda 300. La pistola de plasma 350 se basa normalmente en un esquema de descarga de barrera dieléctrica mediante la transferencia de gas entre dos electrodos con una alta diferencia de potencial entre ellos, como se ha descrito anteriormente. Un electrodo interno 352 es interno al tubo de vidrio 320 y está conectado eléctricamente a la capa conductora interna 322 a través de orificios en el tubo de vidrio. Como alternativa, el tubo de vidrio 320 está hecho de dos partes 320a y 320b unidas por la capa aislante 326 y configuradas para proporcionar contacto eléctrico al electrodo 352. El electrodo interno 352 recibe así pulsos eléctricos generados por la unidad de suministro de potencia 22 descrita anteriormente.

Un electrodo de tierra 351 se coloca distalmente al electrodo interno (alta tensión) 352, en la superficie exterior del tubo de vidrio 320. El electrodo de tierra está preferentemente ubicado justo más allá del extremo de la capa aislante 326 lo más cerca posible de la abertura de salida de la unidad de generación de plasma.

Como se ha indicado anteriormente, la aplicación de campo eléctrico variable (a alta frecuencia) con alta diferencia de potencial, entre los electrodos 352 y 351 en combinación con el paso de gas a través del tubo permite generar plasma a una temperatura determinada por la tensión (diferencia de potencial) y la frecuencia portadora de los pulsos. El plasma frío sale por la abertura 359 del tubo de vidrio 320 dirigido a tratar el tejido objetivo.

Cabe señalar que la sonda y la unidad de generación de plasma como se describe anteriormente pueden configurarse para tener una sección transversal muy estrecha, es decir, muy fina. Por ejemplo, el miembro alargado y la unidad de generación de plasma en el extremo distal del mismo pueden tener un diámetro exterior de aproximadamente 4 mm. La construcción fina permite su uso en cavidades estrechas, aún profundas, y la hace adecuado para aplicaciones endoscópicas. También debe tenerse en cuenta que aunque la sección transversal del tubo y la unidad de generación de plasma ejemplificada en el presente documento es sustancialmente circular, la sección transversal puede tener cualquier forma arbitraria. Por ejemplo, el sistema puede utilizar un tubo rectangular o tener la forma de flujo de plasma de tipo cinta fina. Como alternativa, el tubo puede configurarse con orificios múltiples para producir varios flujos de plasma o cualquier otra sección transversal. Opcionalmente, diferentes partes del tubo pueden tener diferentes secciones transversales o estar hechas de diferentes materiales.

Por tanto, la presente invención proporciona un sistema para generar plasma frío utilizando pulsos de alta frecuencia. El sistema es adecuado para su uso en organismos vivos y está configurado para eliminar, o al menos reducir significativamente, cualquier riesgo de daño por electricidad al tejido vivo circundante. Para probar la eficacia del tratamiento con el sistema de generación de plasma frío descrito anteriormente, los inventores han realizado una serie de sesiones de tratamiento in vitro e in vivo como sigue.

En este sentido, se hace referencia a las Figuras 4A y 4B que ejemplifican dos configuraciones del miembro alargado/sonda 26 del sistema de generación de plasma para su uso en la aplicación de plasma en la cavidad. La Figura 4A ejemplifica la sonda 26 que se dirige a través de un canal de trabajo de un endoscopio existente y la Figura 4B ejemplifica una configuración de catéter rígido de una porción distal de la sonda 26 que permite la configuración autónoma.

La Figura 4A ilustra esquemáticamente una unidad de endoscopio 60 que tiene una sección de control 70, sección de catéter 64 y extremo distal 62 de operaciones. Normalmente, el endoscopio también puede incluir un mango 68 para permitir un agarre fácil. El endoscopio generalmente está equipado con una unidad de iluminación y un sensor óptico que no se muestran específicamente, así como varios sensores adicionales o elementos de trabajo según sea el caso. Adicionalmente, el endoscopio puede incluir un canal de trabajo 66 configurado como un canal hueco a lo largo del catéter, permitiendo la inserción de componentes adicionales adecuados a su través y permitiendo funcionalidades adicionales que pueden ser necesarias en determinadas operaciones/usos.

Como se ha descrito anteriormente, el miembro alargado 26 del sistema de generación de plasma 10 que se describe actualmente puede configurarse como un catéter estrecho alargado. La sonda 26 y la unidad de generación de plasma 28 de la misma pueden configurarse para ser insertadas de forma deseable en el canal de trabajo para permitir de ese modo que la aplicación de plasma en la ubicación deseada sea parte de la operación médica.

Normalmente, dicha configuración de sonda puede ser más adecuada para su uso en cavidades quirúrgicamente locas, así como en cavidades estrechas y profundas, como en el sistema gastrointestinal, sistema vascular, etc. o, en general, siempre que se desee o necesite el uso de un endoscopio.

Como alternativa o adicionalmente, la Figura 4B ilustra una configuración autónoma del miembro alargado 26 del sistema de generación de plasma 10. En esta configuración, el miembro alargado 26 tiene una porción proximal flexible 26A y una porción distal relativamente rígida 26B que se extiende hasta el extremo distal que lleva la unidad de generación de plasma 28. Esta configuración rígida permite que un operador dirija el plasma generado a una ubicación deseada manualmente o mediante un brazo robótico automatizado. Esta configuración es más adecuada para su uso en cavidades relativamente abiertas, tales como la boca. Sin embargo, dicha configuración rígida también puede ser ventajosa en cavidades abiertas quirúrgicamente, como en cirugía abierta del abdomen, etc.

También se ejemplifica en la Figura 4B uno o más sensores adicionales ubicados en el extremo distal de la sonda 26. En la Figura se ejemplifican dos de estos sensores adicionales 72 y 74, que incluyen conexiones de cable 72A y 74A que se extienden hasta la caja de control 50. Dichos uno o más sensores adicionales pueden incluir, por ejemplo, uno o más de los siguientes: sensor de temperatura (por ejemplo, tipo termopar o cualquier otro sensor térmico), un sensor de espectrometría (por ejemplo, fotoespectrómetro), sensores de campo eléctrico o magnético o cualquier otro tipo de sensor.

Por ejemplo, el sensor térmico y/o sensor de espectrometría se puede utilizar para caracterizar las propiedades del plasma generado como la temperatura, composición iónica, etc., el uso de tales uno o más sensores adicionales puede proporcionar información de retroalimentación a un operador y/o usarse en un circuito de retroalimentación del sistema para evitar un aumento excesivo de la temperatura del plasma y así reducir la tasa de repetición de la tensión máxima. Adicionalmente, los datos sobre la composición iónica pueden proporcionar una indicación de la eficacia del plasma, ya que la existencia de iones que no se introdujeron en la composición del gas de entrada puede indicar que los electrones y/o iones del plasma interactuaron con el tejido biológico cercano y generaron iones secundarios.

Para caracterizar el plasma generado de acuerdo con la presente técnica, así como su eficacia en el tratamiento de tejidos biológicos, los inventores han construido el sistema como se ilustra en la Figura 5A. Además, los inventores han realizado varias mediciones ejemplificadas en las Figuras 5B a 5F.

La construcción general de la configuración experimental se muestra en la Figura 5A incluye un sistema de red de gas que incluye un cilindro 1, lleno de gas de mezcla Penning, es decir, 98,5 % Ne 1,5 % Ar (sin embargo, se puede utilizar cualquier otra mezcla de gases). El cilindro 1 está conectado a un caudalímetro 3 a través de un reductor de presión 2. La salida del reductor 2 está conectada directamente a la entrada de gas de la pistola de plasma 7. El sistema también incluye un generador de RF 5 conectado mediante un cable de potencia 4 a la red eléctrica estándar que proporciona potencia de CA de 220 V 50\60 Hz. El generador de RF 5 y la pistola de plasma 7 están conectados entre sí mediante un cable flexible coaxial de baja pérdida 6. La pistola de plasma 7 está sujeta por el soporte 8 para simplificar el proceso experimental, generalmente, la pistola de plasma está montada en un extremo distal de la sonda como se ha descrito anteriormente. En este ejemplo, el soporte 8 se utiliza para sujetar el objetivo de plasma con la herramienta de medición.

El generador de RF 5 genera pulsos de RF con la tensión, tasa de repetición, duración de pulso requeridos y ciclo de trabajo deseado como se ha descrito anteriormente. En esta configuración de ejemplo, el generador de r F permite variar estos parámetros en intervalos de: tensión entre 750 V y 1150 V; duración de pulso entre 450 js y 800 js , tasa de repetición de pulsos entre 150Hz y 660Hz. Todos los pulsos se transmitieron sobre la frecuencia portadora de 1 MHz controlada por el circuito de resonancia del generador de RF 5 (unidad de potencia).

Esta configuración se puede utilizar con diferentes tipos de pistolas de plasma (unidad de generación de plasma) y fue diseñada y probada con las pistolas de plasma ejemplificadas y enumeradas en la siguiente tabla 1. Todas estas pistolas de plasma generan plumas de plasma frío estables con diferentes longitudes y diámetros, como se describe en la tabla. Los inventores han descubierto que el funcionamiento de la pistola de plasma se puede caracterizar por dos modos diferentes que dan como resultado diferentes parámetros de la pluma de plasma. Un primer modo, el denominado régimen de soplado libre ("Corriente I") se logra cuando la pluma de plasma no está en contacto con el objetivo y el segundo, régimen que contacta con el objetivo de forma más enérgica ("Corriente II"). Las mediciones descritas a continuación se llevaron a cabo cuando la pistola de plasma se hizo funcionar en el modo de operación Corriente II. La potencia del punto de plasma es casi independiente de la distancia entre la salida de la pistola de plasma y el objetivo, pero depende en gran medida de los parámetros del pulso de RF.

T l 1. Li i l l m

Una placa de cobre de dimensiones de 7 mmx15 mmx0,2 mm se utilizó como objetivo de plasma. Los inventores han descubierto que no hay una diferencia notable en los parámetros de la potencia suministrada a la columna de plasma cuando el objetivo está conectado a tierra mediante una resistencia de 10 kü o flotando eléctricamente. Las Figuras 5B y 5C muestran la variación de la corriente a través de la columna de plasma y la potencia suministrada a la columna de plasma en función de la distancia desde la abertura de la pistola de plasma y el objetivo. Estas Figuras muestran medidas para objetivos conectados a tierra a través de una resistencia de 10 kü y un objetivo flotante. En este ejemplo se utilizó la pistola de plasma número 3 (capilar CV1012Q (tres rayas)) con un caudal de gas de 0,5 l/min, tensión máxima de 850V y tasa de repetición de 222Hz. Como se muestra, el aumento de la distancia entre cero y 8 mm conduce a una disminución de la corriente pero a un aumento de la potencia entregada. Esto puede indicar un aumento en la resistividad del plasma. No obstante, el cambio en la potencia entregada en la distancia de aproximadamente 7 mm (con márgenes de error de 0,5 mm) parece no ser significativo y puede indicar que dentro de esta distancia la potencia entregada no cambia más del 30 %. Sin embargo, debe tenerse en cuenta, y como se ve en esta Figura, que a cierta distancia del objetivo, la pluma de plasma se transfiere del modo Corriente II al modo Corriente I. En este ejemplo, a distancias mayores de 9 mm, la operación de la pistola de plasma se caracteriza por el modo Corriente I con casi 8 veces menos potencia entregada a la columna de plasma, mientras que casi no depende de la distancia del objetivo. Estas dependencias de la corriente y potencia de RF se obtuvieron para todas las pistolas de plasma desarrolladas y probadas por los inventores y para toda la gama de frecuencias probadas entre 500 kHz y 4 MHz. Adicionalmente, esto no pareció variar con los cambios en la frecuencia de repetición y la duración de pulso. Más específicamente, el modo de Corriente I de baja potencia se obtuvo a grandes distancias y el modo de corriente II de alta potencia se realizó a distancias cortas.

La Figura 5D muestra la corriente y la potencia de RF en función de la distancia del objetivo a un caudal de gas superior a 2 l/min. Como muestra, un aumento en el caudal de gas puede conducir a un aumento de la distancia del objetivo mientras la pistola de plasma opera en el modo Corriente II, es decir, pluma de plasma en contacto con el objetivo. Similarmente, la tensión máxima utilizada aquí es de 850 V con una tasa de repetición de 222 Hz.

Los inventores han descubierto que una disminución en uno o ambos de la tensión de pulso de RF a (por ejemplo, a 750 V) y el caudal de gas (por ejemplo, a 0,5 l/min) da como resultado una disminución de la corriente de r F a través del plasma, así como en la potencia de RF. Sin embargo, la tensión máxima y el caudal de gas tienen un efecto diferente de la variación en la corriente y la potencia en función de la distancia objetivo. La Figura 5E muestra la corriente y la potencia de plasma en función de la distancia para una tensión máximo de 750 V y un caudal de gas de 0,5 l/min. En comparación con las Figuras 5B y 5C anteriores, la distancia del modo actual es similar. Sin embargo, como se muestra en la Figura 5D, un aumento en el caudal da como resultado un aumento en la distancia objetivo que soporta el modo de Corriente II. Más específicamente, la "duración" cuando existe el régimen de Corriente II, se reduce de 8 mm a 6,5 mm en comparación con la tensión máxima de 850 V.

Esto proporciona una estimación de la potencia dirigida a la ciruela de plasma en función de la tensión máxima y el caudal de gas. La potencia media de RF se puede estimar también fácilmente como la potencia de pulso del producto y el ciclo de trabajo, determinado por la duración de pulso y la frecuencia de repetición.

La Figura 5F muestra la medición de temperatura del plasma generado a diferentes distancias para un caudal de 1 l/min y 2 l/min y una tensión máxima de 750 V y 1400 V. Más específicamente, la línea G1 relaciona flujo de gas de 1 l/min y la tensión de 1400 V, la línea G2 se relaciona con el caudal de gas de 2 l/min y la tensión de 750 V y la línea G3 se relaciona con el caudal de gas de 2 l/min y la tensión de 1400 V. Las mediciones de temperatura se realizaron usando la pistola de plasma 3 (Capilar CV1012Q (tres rayas)) descrita anteriormente y una frecuencia de repetición de pulso de 222 Hz y una duración de 750 ms. La medición de la temperatura se realizó con un termómetro de fibra óptica Ar-Ga y la temperatura inicial del gas = 24,6 °C.

Como se muestra, un caudal más alto o tensiones más bajas disminuyen la temperatura del plasma. Como también se muestra, la temperatura del plasma no supera los 43 °C y se puede mantener en aproximadamente 30 °C, dependiendo del perfil de potencia.

Se hace referencia a las Figuras 6A a 6F que muestran resultados experimentales in vitro que comparan la eficacia del plasma en el tratamiento de células cancerosas de diferentes tipos. La Figura 6A muestra el resultado del tratamiento de las células de cáncer de páncreas; la Figura 6B muestra los resultados del tratamiento de células de carcinoma de células escamosas; la Figura 6C muestra los resultados del tratamiento de las células de cáncer de colon; la Figura 6D muestra los resultados del tratamiento de células de melanoma; y la Figura 6E muestra los resultados del tratamiento de las células hipofaríngeas. Adicionalmente, la Figura 6F resume la respuesta de todas las líneas de células cancerosas a la terapia NTP de acuerdo con la presente técnica.

En cada experimento, se trataron 100.000 células cancerosas con NTP durante diferentes períodos de tiempo. Como grupo de control, las células se trataron solo con gas (con la corriente eléctrica apagada). A las 48 horas posteriores al tratamiento, se realizó un ensayo XTT (usando (2,3-bis- (2-metoxi-4-nitro-5-sulfofenil) -2H-tetrazolio-5-carboxanilida)) para evaluar la proliferación celular, proporcionando datos sobre el número de células relativo.

Como se muestra, todas las células respondieron al tratamiento con NTP y demostraron una reducción de la proliferación del 67 % y más a los 90 segundos de tratamiento (p<0,05 para todas las células). Las células de cáncer de páncreas (Figura 6A) mostraron la menor reducción de la proliferación a los 90 segundos (reducción del 67,5 %), seguidas de las células de carcinoma de células escamosas (Figura 6B) que mostraron una reducción del 76,49 %. Las células hipofaríngeas (Figura 6E) mostraron una reducción del 76,6 %, las células de melanoma (Figura 6D) mostraron una reducción del 94,9 %. Las células de cáncer de colon, mostradas en la Figura 6C, fueron más sensibles al tratamiento con NTP y mostraron una reducción del 97,50 %. Como se muestra en la Figura 6F, en promedio, 60 segundos de tratamiento con NTP provocan una reducción significativa de la proliferación, por ejemplo, entre un 53­ 97 % de reducción en relación con el control (p=0,0003) y 90 segundos de tratamiento dieron como resultado una reducción de la proliferación del 67,5-97,5 % en relación con el control (p=4*10‘5).

Se hace referencia a las Figuras 7A y 7B que muestran los resultados de la aplicación de NTP en células de cáncer de páncreas (K-989) y carcinoma de células escamosas (SCC-7). Las Figuras 7A y 7B muestran resultados experimentales de la aplicación de NTP en 100.000 células cancerosas en un volumen medio de 100 pl para diferentes duraciones de tiempo. La Figura 7A muestra el porcentaje de células vivas restantes, donde la línea G1 muestra el porcentaje de células vivas de cáncer de páncreas y la línea G2 muestra el porcentaje de carcinoma de células escamosas vivo. La Figura 7B muestra imágenes microscópicas de las células después de la exposición a NTP. Las células de control se trataron solo con gas, mientras se apagaban los pulsos de potencia. Los parámetros plasmáticos en este experimento fueron los siguientes: El modelo de pistola de plasma utilizado es el modelo 2 (Capilar CV-8010Q (dos rayas)), ubicada a 8 mm de distancia de las células. El plasma se generó utilizando pulsos de 850 V con un ciclo de trabajo de 750 ms y una frecuencia portadora de 1 MHz. Además, el experimento utilizó la posición del variador de 5 (152 Hz).

Como se muestra, las células de cáncer de páncreas (K-989) mostraron un 19,4 %, 6,85 % y 0 % de vivacidad después de 30, 60 y 120 segundos de tratamiento NTP respectivamente. Las células SCC-7 mostraron 26,9 %, 9,32 % y 0,68 % de vivacidad para duraciones de tratamiento similares. Todos estos números son relativos a las células de control no tratadas.

Las imágenes microscópicas de las células a los 0 segundos de tratamiento (Control), 60 segundos y 120 segundos se muestran en la Figura 7B. Estas imágenes confirman que durante 120 segundos de tratamiento NTP, prácticamente todas las células murieron por tratamiento con plasma.

La selectividad del tratamiento NTP se ejemplifica en las Figuras 8A y 8B. En esta prueba, se trataron diferentes tipos de células con NTP. Los tipos de células son cáncer de páncreas (K-989), carcinoma de células escamosas (SCC-7), células de Schwan normales (SW-10), células de la vejiga normales (HUC) mostradas en la Figura 8A y fibroblastos normales (3T3) mostrados en la Figura 8B. Estas pruebas utilizaron parámetros de plasma similares a los que se muestran en conexión con las Figuras 7A y 7B.

La Figura 8A muestra los resultados experimentales del tratamiento de diferentes poblaciones de células como se menciona. Para cada grupo, se trataron 100.000 células con NTP durante 60 o 120 segundos.

Como control, las células no fueron tratadas. A las 24 horas posteriores al tratamiento, se realizó un ensayo XTT para evaluar la proliferación celular. Como se muestra en estas Figuras, la respuesta a la dosis de NTP varió para células sanas y cancerosas. Más específicamente, a los 60 segundos del tratamiento NTP, se notó un efecto selectivo del tratamiento con NTP. En este momento, el 93,14 % de las células de cáncer de páncreas y el 90,67 % de las de carcinoma de células escamosas fueron destruidas. Por el contrario, solo se destruyó el 30,69 % de las células normales de la vejiga y se destruyó el 36,82 % de las células de Schwan normales (p<0,05 tanto para las células cancerosas frente a tanto las células sanas).

La Figura 8B muestra el número relativo de células medido 24, 48 y 72 horas después del tratamiento para fibroblastos sanos 3T3 y las dos líneas celulares cancerosas K989 y SCC-7. Las células se trataron mediante NTP durante 30 segundos. Como controles, las células se trataron solo con gas (datos no mostrados). Como se muestra, la respuesta de NTP varió con el tiempo entre células sanas y cancerosas. Específicamente, a las 24, 48 y 72 horas, fibroblastos sanos 3T3 tenían 45,5 %, 58,9 % y 32,3 % de células vivas respectivamente. El porcentaje de células vivas de las células K989 fue del 13,7 %, 12,9 % y 21,2 % respectivamente, y de las células SCC-7 32,6 %, 12,23 % y 6,4 %, respectivamente.

Estos resultados demuestran en general que las células cancerosas son más sensibles al tratamiento con NTP que las células sanas a los 60 segundos de tratamiento. La toxicidad del NTP afecta a las células sanas y cancerosas en una dinámica diferente, y a las 48 horas, el efecto tóxico es mínimo para las células sanas, pero pronunciado para las células cancerosas.

Se hace referencia a la Figura 9 que muestra una comparación entre las técnicas de tratamiento, difieren en el tiempo de tratamiento y en la tasa de repetición del tratamiento NTP. Se probaron cuatro poblaciones de células: células de cáncer de colon DLD-1 y células sanas que incluyen HUC, 3T3 y SW-10. Para cada grupo, se trataron 100.000 células con NTP durante 45 segundos, mientras que la tasa de repetición de pulsos NTP varió de la siguiente forma: 0 = sin tratamiento, 3-156 Hz, 6-217 Hz, 9-434 Hz. Se probó un grupo de células adicional con una tasa de repetición NTP de 217 Hz y una duración de pulso de 400 milisegundos en lugar de los 750 milisegundos del resto de las muestras, marcado 6-400. A las 48 horas posteriores al tratamiento, se realizó un ensayo XTT para evaluar la proliferación celular que muestra los resultados en la Figura 9. Todos los experimentos se realizaron seis veces. Los parámetros de plasma para experimentos son los siguientes: frecuencia portadora 1 MHz; tensión máxima 850 V; ciclo de trabajo 750 ms (o 400 ms); y flujo de gas 3 l/min. También, el cabezal de la pistola de plasma estaba ubicada a 7 mm de las células objetivo. Tal como se muestra en la Figura, la duración de pulso de 400 milisegundos (grupo 6-400) casi no proporciona ningún efecto (eliminación de NTP). Los pulsos de 750 milisegundos afectaron a las células cancerosas de manera lineal y la tasa de proliferación se redujo a medida que aumentaba la tasa de repetición. Esta correlación lineal no fue evidente en células sanas, donde cada tipo de célula mostró una sensibilidad diferente a la tasa de repetición de NTP. Para una frecuencia de 434 Hz, se logró la máxima selectividad entre células canceladas y sanas. Las células cancerosas DLD-1 mostraron 65,4 % de muerte celular, mientras que las células sanas mostraron una muerte máxima del 41,4 % (fibroblastos 3T3).

Se hace referencia a la Figura 10 que compara las reacciones posteriores al tratamiento con NTP del cáncer de páncreas (K-989). Las células de control no fueron tratadas por n Tp y las células de prueba fueron tratadas por NTP durante 120 segundos como se ha descrito previamente. A las 3 horas posteriores al tratamiento, las células se tiñeron para Caspasa 3/7 (marcadas con flechas blancas) y para especies reactivas de oxígeno y nitrógeno (ROS y RNS respectivamente, líneas blancas). Las células se observaron en un microscopio fluorescente con un aumento de X40, y las imágenes se tomaron por separado para Caspase 3/7 y ROS y NRS usando filtros verde y rojo, respectivamente.

Como se muestra, no se detectó activación de Caspasa ni ROS/RNS en el grupo de control. Por el contrario, en las células tratadas se demostró la activación de Caspasa 3/7, como tinción de los núcleos de la célula. Las tinciones ROS/RNS se detectaron solo en una porción de las células, mostradas por tinción citoplasmática roja. Tomados en conjunto, estos resultados indican que el tratamiento con NTP provoca la apoptosis de las células cancerosas como mecanismo de muerte celular. El tratamiento con NTP también causa acumulación de ROS/RNS en las células cancerosas, aunque tres horas después del tratamiento, la carga radical no es uniforme.

Las Figuras 11A y 11B muestran resultados experimentales del tratamiento con yH2AX de células de cáncer de colon DLD-1 tratadas con NTP. La Figura 11A muestra el panel WB de las células y la Figura 11B muestra la cuantificación de yH2AX.

En este experimento, las células DLD-1 se trataron mediante NTP durante 10 y 30 segundos como se ha descrito anteriormente, un grupo de células de control no se trató. A las 24 horas posteriores al tratamiento, las células se lisaron y se realizó una transferencia de Western para yH2AX. La fosforilación de la histona H2AX en una serina 139 produce yH2AX, un marcador sensible para roturas de doble cadena de ADN (DSB). Para normalizar la mancha, la Actina se transfirió como control.

Como se muestra, las células de cáncer de colon tratadas con NTP mostraron DSB en una forma de respuesta a la dosis: 10 segundos de tratamiento con NTP provocaron un aumento de yH2AX, y 30 segundos de tratamiento provocaron un aumento aún mayor. Esto indica que el tratamiento con NTP provoca roturas del ADN de DSB de una manera dependiente de la dosis, de forma similar al efecto observado por la radiación ionizante.

Se hace referencia a las Figuras 12A a 12E que ilustran el tratamiento de melanoma in vivo de células de melanoma B-16 en ratones vivos usando NTP. La Figura 12A ilustra los protocolos de tratamiento usados; la Figura 12B muestra el tratamiento aplicado a un ratón; la Figura 12C muestra los resultados de la reducción del tumor; las Figuras 12D y 12E muestran una reducción en la penetración del cáncer en la capa epidérmica después del tratamiento.

El diseño del estudio que se muestra en la Figura 12A es el siguiente: El día 0, se inyectaron por vía intradérmica 1 millón de células de melanoma a 15 ratones. En el día 7, todos los tumores tenían un tamaño superior a 7 mm de diámetro. El estudio consistió en dos brazos de tratamiento, ambos aplicando la misma dosis plasmática total: en el brazo hipofraccionado, se aplicaron 2 tratamientos de 125 segundos cada uno, una vez a la semana. En el brazo hiperfraccionado se aplicaron 10 tratamientos de 25 segundos cada uno. Como controles, no se trataron ratones con tumores. Otro grupo de ratones que no portaban tumores fue tratado por los dos protocolos como control del efecto de NTP sobre la piel normal. Al final del estudio, los ratones fueron escaneados con IVIS para estimar la penetración del melanoma en la superficie de la piel (espectros: 500 nm Ex, 600 nm Em, donde la señal gris resalta la penetración de la piel del melanoma), se midieron los tumores y se procesaron todas las muestras para evaluación patológica. La Figura 12B muestra parte del tratamiento con plasma de un ratón con tumor de melanoma. Los puntos negros alrededor del tumor son tatuajes, utilizados para marcar el área de tratamiento NTP.

La Figura 12C muestra los resultados de la terapia NTP tanto hipo como hiperfraccionada que conducen a una reducción significativa del volumen tumoral en una reducción del 55 % y 41 % respectivamente (p<0,01 independientemente). La diferencia entre los dos grupos no fue significativa (p=0,615). Las Figuras 12D y 12E muestran que la penetración de la capa epidérmica se redujo en un 48,2 % en el grupo de tratamiento hipo fraccionado (Figura 12D) frente al control (Figura 12E) que muestra el tumor con un tamaño de 62.608 píxeles en comparación con 120.868 píxeles respectivamente (p<0,01).

Las Figuras 13A a 13F muestran los resultados de la patología. En el brazo no tratado (Figura 13C) no fue evidente necrosis tumoral. En el brazo hipo fraccionado (Figura 13A) se observó una necrosis tumoral uniforme, penetrando a 1,5 cm de la superficie de la piel. Por el contrario, la terapia hiperfraccionada (Figura 13B) provocó áreas dispersas de necrosis tumoral. Como también se muestra en las Figuras 13D a 13F, ambos protocolos de tratamiento no dieron como resultado ningún daño aparente en la piel normal.

Lo que se muestra arriba, nuestros resultados in vivo demuestran que el tratamiento con NTP tiene un efecto potente in vivo, causando una reducción drástica de los tumores de melanoma, así como de otros tipos de cáncer. El régimen de tratamiento hipo fraccionado resultó en una eficacia ligeramente mejor, aunque estadísticamente insignificante. En patología, por otro lado, se observaron marcadas diferencias entre los brazos de tratamiento, con marcada necrosis tumoral uniforme en el brazo hipo fraccionado, con una penetración máxima de 1,5 cm desde la superficie de la piel. Lo más importante, la piel normal no se vio afectada por el tratamiento con NTP, fortaleciendo el efecto selectivo de NTP sobre las células cancerosas.

Por tanto, la presente invención proporciona un nuevo sistema de generación de plasma frío. El sistema de la invención proporciona una generación de plasma controlada con la potencia y temperatura deseadas que permiten el tratamiento selectivo del cáncer y células anormales adicionales in vivo e in vitro.

La técnica se puede utilizar también para el tratamiento de cualquiera de las siguientes condiciones: tratamiento de virus, bacterias, infecciones por hongos y protozoos; tratamiento de material artificial o injertos; tratamiento de tumores o afecciones premalignas; tratamiento de tejido corporal; tratamiento de enfermedades inflamatorias; tratamiento de heridas; tratamiento dental y peri-dental; así como tratamientos cosméticos de diversa índole.

El sistema de la invención puede utilizar una sonda de tratamiento de plasma endoscópico para la aplicación local de plasma frío dentro de las cavidades del ser humano o animal tratado. Esto es posible utilizando un canal de transmisión de electricidad de entrega de potencia largo, en realidad sirve como parte del circuito resonante del oscilador de RF. Por tanto, el uso del canal de transmisión de electricidad no afecta la frecuencia de generación de plasma ni induce pérdidas al sistema.

Adicionalmente, o como alternativa, de acuerdo con algunas realizaciones que no forman parte de la invención, la presente técnica proporciona un diseño especial de cable coaxial y unidad de generación de plasma que tiene electrodos internos y externos revestidos de metal (por ejemplo, plata) y aislamiento de teflón entre ellos. El diseño del cable produce pérdidas de energía insignificantes y, por lo tanto, reduce drásticamente el calentamiento del cable y permite que se coloque de forma segura dentro del cuerpo. Esto aumenta significativamente la eficiencia del funcionamiento del sistema.

Además, de acuerdo con algunas realizaciones de la invención, el sistema utiliza una serie de uno o más pulsos de RF transferidos por el cable coaxial o el canal de transmisión. De acuerdo con algunas realizaciones, los pulsos están configurados para que no sean peligrosos para el paciente porque el electrodo interno está aislado y el electrodo exterior está conectado a tierra. De forma adicional, en un ejemplo que no forma parte de la invención, los pulsos de alta frecuencia asumen una tensión alto durante una duración muy corta (por ejemplo, una escala de tiempo de nanosegundos) y, por lo tanto, son considerablemente más seguros para los pacientes ya que se requiere una tensión mayor para obtener interrupciones en comparación con los pulsos de larga duración. Dichos pulsos de RF que tienen una frecuencia de MHz requieren amplitudes de tensión más bajas para iniciar el plasma en comparación con los pulsos de tensión único separados o los pulsos de RF a una frecuencia de 10 kHz, por lo tanto, añaden seguridad al dispositivo. A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y/o científicos utilizados en el presente documento tienen el mismo significado que el que entiende habitualmente un experto habitual en la materia a la que pertenece la presente invención. La invención aparece definida en las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para generar plasma frío, comprendiendo el sistema:

una unidad de control (50) y un miembro alargado (26), en donde la unidad de control (50) se puede conectar a un primer extremo proximal del miembro alargado (26);

en donde dicho miembro alargado (26) comprende:

una unidad de generación de plasma (28) en un segundo extremo distal del mismo,

un canal de transmisión de gas (24) y un canal de transmisión de electricidad (25), cada uno extendiéndose desde dicho primer extremo proximal hacia dicha unidad de generación de plasma (28);

en donde la unidad de control (50) comprende:

una unidad de suministro de gas (23) configurada para proporcionar una composición de gas seleccionada a través de dicho canal de transmisión de gas (24), y

una unidad de suministro de potencia (22) configurada para generar una secuencia seleccionada de pulsos eléctricos de alta frecuencia dirigidos a través de dicho canal de transmisión de electricidad (25), proporcionando así potencia y gas de dicha composición seleccionada a la unidad de generación de plasma (28) para generar plasma frío,

dicha unidad de suministro de potencia (22) comprende un circuito de resonancia (233) configurado para generar los pulsos eléctricos de alta frecuencia,

dicho canal de transmisión de electricidad (25) es un cable coaxial que tiene una impedancia predeterminada (25 '), caracterizado por que

la impedancia predeterminada (25') del cable coaxial está configurada para ser parte de una impedancia del circuito de resonancia (233) y capaz de sintonizar el circuito de resonancia (233) para generar una frecuencia portadora de los pulsos eléctricos de alta frecuencia.

2. El sistema de la reivindicación 1, en donde dicha secuencia seleccionada de pulsos eléctricos de alta frecuencia consiste en una secuencia de pulsos que tienen una tasa de repetición entre 100 Hz y 600 Hz y una frecuencia portadora entre 500 kHz y 10 MHz y una tensión máxima entre 0,5 kV y 2 kV.

3. El sistema de la reivindicación 1 o 2, en donde dicha secuencia seleccionada de pulsos de alta frecuencia consiste en una secuencia de pulsos que tienen una duración de pulso entre 400 y 800 milisegundos.

4. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde dicho canal de transmisión de electricidad (25) está configurado para proporcionar blindaje de las señales de tensión de entrada y valores de impedancia conocidos para evitar descargas de electricidad y radiación electromagnética en sus alrededores para evitar así daños al tejido biológico circundante.

5. El sistema de la reivindicación 4, en donde dicho cable coaxial tiene un conductor interior (264) configurado para transportar los pulsos eléctricos de alta frecuencia y un conductor exterior (265) que protege entre el potencial eléctrico en dicho conductor interno y un entorno del cable; estando dicho conductor exterior a potencial de tierra mientras el sistema está en operación.

6. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde dicha unidad de suministro de gas (23) está configurada para suministrar un flujo predeterminado de gas que tiene una mezcla de gas Penning a lo largo de dicho canal de transmisión de gas (24), proporcionando así dicha mezcla de gas con un umbral de degradación bajo.

7. El sistema de la reivindicación 6, en donde dicha mezcla de gas Penning es una mezcla de gases de neón y argón con una relación entre 98:2 y 99,9:0,1 de neón:argón.

8. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde dicho miembro alargado (26), incluyendo dicho canal de transmisión de gas (24) y el canal de transmisión de electricidad (25) del mismo, es flexible.

9. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde dicho miembro alargado (26) comprende una porción distal, siendo dicha porción distal rígida, permitiendo así la dirección del segundo extremo distal a una ubicación deseada.

10. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde dicho miembro alargado (26) está configurado para insertarse en un canal de trabajo de un endoscopio para generar selectivamente plasma frío dentro de una cavidad de un tejido biológico.

11. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde dicho miembro alargado (26) comprende además uno o más sensores adicionales (72, 74) montados en dicho segundo extremo distal del mismo, dicho uno o más sensores adicionales (72, 74) comprenden al menos uno de los siguientes: un sensor térmico, un sensor de espectrometría, un sensor óptico, un sensor fotoespectrómetro, un sensor de campo eléctrico y un sensor de campo magnético.

12. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde dicha unidad de generación de plasma (28), ubicada en dicho segundo extremo distal del miembro alargado (26), está configurada como unidad de generación de plasma de descarga de barrera dieléctrica (28) y comprende un primer electrodo interno (353) que proporciona potencial eléctrico y un segundo electrodo externo (351); en donde al menos uno de dicho primer electrodo interno (353) y segundo electrodo externo (351) está cubierto por una capa dieléctrica de espesor predeterminado; y en donde una diferencia de potencial entre dicho primer electrodo interno (353) y el segundo electrodo externo (351) provoca una descarga eléctrica a través del gas que fluye entre dicho primer electrodo interno (353) y el segundo electrodo externo (351) para generar así dicho plasma.

13. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, configurado para generar plasma frío caracterizado por tener una temperatura inferior a 50 °C.

14. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, en donde dicha unidad de generación de plasma (28), cuando se opera con gas de entrada y pulsos eléctricos, genera una pluma de plasma que tiene un intervalo efectivo entre 2 mm y 20 mm.

15. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, en donde la unidad de suministro de gas (23) está configurada para proporcionar la composición de gas seleccionada a través del canal de transmisión de gas a un caudal predeterminado.