JP2011509743A - 可変電流密度単一針電気穿孔システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
表面積=(長さ)×(円周)=(1cm)×(2πR)=(1cm)×(2)×(3.14159)×(0.032cm)=0.20cm2
i=dQ/dt≒CΔV/tp
リング電極システム
AR/AE=IE/IR
によって記述される。式中、ARはリング電極の表面積であり、AEは細長い電極の表面積であり、IEは細長い電極の平均電流密度であり、IRはリング電極の平均電流密度である。そのため、細長い電極およびリング電極の任意の所与の表面積について、比は、細長い電極およびリング電極表面で観測可能な電流密度に正比例する。特に好ましい実施形態では、リング電極と露出した細長い電極の平均電流密度の比は、1000:1〜50:1、より好ましくは200:1〜100:1のどこかの値を有することが意図される。さらに、こうした値の比は、リング電極の近くで非電気穿孔電気エネルギーを得ながら、細長い電極の近くで電気穿孔電気エネルギーを得ることに直接関連する。こうした比はさらに、感覚神経細胞を興奮させるのに利用可能な電流の減少を実現し、したがって、リング電極の近くの表面組織における電気ショックの感覚の減少の可能性をもたらす。これは、(一定電流放電パルスの)0.01Aと1.0Aとの間の公称電流を有する電気エネルギーのパルスを送達するときに特に当てはまる。
22ゲージ、0.028インチOD×25.4=0.71mm
23ゲージ、0.025インチOD×25.4=0.64mm
ここで、面積=CL=πDL=3.14159×0.07cm×1cm=0.22cm2(22ゲージ針、針の全長の中で、遠位1cmが、絶縁されていない電極の部分であるため、遠位1cmが計算に使用された)。23ゲージ針の面積は、たとえば、0.20cm2である。
回路機構コンポーネント
方法
この実施例では、電気穿孔筋肉内送達についてのリング電極システムの有効性が、ウサギの四頭筋における緑色蛍光タンパク質(GFP)プラスミドDNAの発現を使用して実証された。
なおさらなる実施形態では、リング電極の表面積が増加するにつれて、表面組織における感覚が減少するはずである。電流密度に関する先の説明に基づくと、リング電極は、好ましい実施形態内で、細長い電極の表面積の5倍と1000倍との間のどこかであり得る。したがって、疼痛は、電流密度の関数であると主に考えられるため、リング電極における感覚は、細長い電極がもたらすことになる感覚と比較して、大幅に減少する可能性がある。
Claims (51)
- 哺乳動物の細胞内に分子を送達する電気穿孔システムであって、
a)幾何学的平面リング電極と、
b)近位端および遠位端を有する組織貫通型の細長い電極であって、細長い電極の非導電性部分を有し、前記非導電性部分は、前記近位端と、前記遠位端から約2.5cmと少なくとも0.1cmとの間との間にあり、前記非導電性部分は、前記細長い電極上の絶縁体皮膜または非導電性材料を含む、組織貫通型の細長い電極と、
c)前記リング電極および前記細長い電極に連結するハウジングであって、前記リング電極および前記細長い電極と電気接続した状態にある電子回路機構と、前記回路機構と電気接続した状態にある少なくとも1つのキャパシタと、0.5cmと4cmとの間の移動長の直線的な動きで前記細長い電極を駆動するアクチュエータとを覆う、ハウジングと、
d)前記キャパシタを充電する充電ユニットと、
e)前記充電ユニットと電気接続した状態にあるコンピュータであって、システムのためのプログラミング機能を実施することが可能なソフトウェアを含む、コンピュータとを備えるシステム。 - 前記リング電極は、導電性の2つの半分に電気的に分離可能である請求項1に記載のシステム。
- 前記リング電極の前記半分のそれぞれと組織表面との間の電気抵抗を検知する回路機構をさらに備える請求項2に記載のシステム。
- 組織表面に当たる前記リング電極に加えられる圧力を検知する回路機構をさらに備える請求項1に記載のシステム。
- 前記リング電極の前記幾何学的形状は、ドーナツ、卵形、ドーナツ円、二等辺三角形ドーナツ、正三角形ドーナツ、正方形ドーナツ、長方形ドーナツ、五角形ドーナツ、および六角形ドーナツからなる群から選択される請求項1に記載のシステム。
- 前記リング電極は、前記細長い電極の表面積に比例する、電流を伝導する表面積を有し、リング電極:細長い電極表面積比である前記割合は、5:1、10:1、100:1、および1000:1からなる群から選択される請求項5に記載のシステム。
- 前記細長い電極は、管状であり、かつ、前記近位端から前記遠位端へ流体媒体を運ぶことが可能であり、前記近位端はリザーバに流体連通し、前記遠位端は、前記電極のある長さに沿って配置される複数の開口を有し、前記長さは、前記電極の前記遠位部分の約1.0cmと1.5cmとの間を含む請求項1に記載のシステム。
- 前記開口は、120ミクロン、100ミクロン、90ミクロン、80ミクロン、70ミクロン、60ミクロン、50ミクロン、40ミクロン、30ミクロン、および20ミクロンからなる群から選択される直径を有する請求項7に記載のシステム。
- 前記複数の開口の数は、導電性の細長い電極の長さの1センチメートル当たり10と100との間の開口および20と60との間の開口の群から選択される請求項8に記載のシステム。
- 前記アクチュエータは、モータ、機械的に駆動されるアクチュエータ、および生物的に駆動されるアクチュエータから選択される請求項9に記載のシステム。
- 前記アクチュエータは、前記細長い電極の直線的な動きを駆動すると共に、リザーバから前記細長い電極内の管腔を通って前記細長い電極の遠位部分の複数のポートに出入りするように流体媒体を駆動することが可能である請求項10に記載のシステム。
- 前記細長い電極は負電極である請求項1に記載のシステム。
- インビボ電気穿孔用の可変電流密度電極システムにおいて、
a)幾何学的平面リング電極と、
b)部分的に絶縁された細長い針電極であって、電極の一端の一部分に沿って導電性である、部分的に絶縁された細長い針電極と、
c)1000:1と5:1との間の範囲からなる群から選択される前記リング電極と前記細長い電極との間の表面積比と、
d)前記細長い電極および前記リング電極を、前記電極にエネルギー供給する電力源に接続する回路機構とを備える可変電流密度電極システムであって、
電極システムが、身体組織内に電気パルスを供給することによって起動されると、前記針電極のまたは前記針電極の近くの前記組織内の電流密度は、前記リング電極のまたは前記リング電極の近くの電流密度より高いことを特徴とするシステム。 - 前記リング電極は、1cm2と100cm2との間の表面積を有する請求項13に記載のシステム。
- 前記針電極は、0.01cmと2.5cmとの間の導電性長さを有する請求項13に記載のシステム。
- 前記針電極は、0.05cm2と1.00cm2との間の導電性表面積を有する請求項15に記載のシステム。
- 前記電極上の前記部分絶縁体は、前記電極の近位端と遠位端の約0.1〜2.5cm以内との間にある請求項13に記載のシステム。
- 前記絶縁体は、プラスチック、パラレン、テフロン(商標)、およびエポキシからなる群から選択される請求項17に記載のシステム。
- 前記リングは、導電性の2つの等価な部分に電気的に分離される請求項13に記載のシステム。
- 前記リング電極は正電荷で充電され、前記細長い針電極は負電荷で充電される請求項13に記載のシステム。
- 前記負に充電された細長い電極は、前記身体組織内への電気穿孔パルスの放電によって、前記電極から前記身体組織内への金属イオンの無視できる流出をもたらす請求項20に記載のシステム。
- 前記リングは、ドーナツ、卵形、ドーナツ円、二等辺三角形ドーナツ、正三角形ドーナツ、正方形ドーナツ、長方形ドーナツ、五角形ドーナツ、および六角形ドーナツからなる群から選択される幾何学的形状を有する請求項19に記載のシステム。
- 前記細長い電極は、管状であり、かつ、リザーバから流体媒体を運ぶことが可能であり、前記電極は、前記電極のある長さに沿って配置される複数の開口を有し、前記長さは、前記電極の前記遠位部分の約1.0cmと1.5cmとの間を含む請求項13に記載のシステム。
- 前記開口は、120ミクロン、100ミクロン、90ミクロン、80ミクロン、70ミクロン、60ミクロン、50ミクロン、40ミクロン、30ミクロン、および20ミクロンからなる群から選択される直径を有する請求項23に記載のシステム。
- 前記複数の開口は、導電性の細長い電極の長さの1センチメートル当たり20と60との間である請求項24に記載のシステム。
- 哺乳動物の組織内の所定容積の細胞に、ある用量の治療物質を送達する電気穿孔システムの使用法であって、
a)電気エネルギーの電気穿孔パルスを受ける前記組織容積を予め決定することと、
b)前記組織に注入することによって、前記組織に前記治療物質の所定容量を供給することと、
c)前記組織内に電気穿孔し、前記治療物質の全てを前記組織容積の細胞内に入れるのに十分な、請求項1のリング電極システムを使用した電気パルスによって、前記治療物質容積を含む前記注入される組織を刺激することと、
を有することにより、前記組織容積に所定の用量を送達することを含む使用法。 - 所定の組織容積内の細胞に対する分子の電気穿孔支援インビボ送達のための改良型方法であって、
哺乳動物に請求項1または13の可変電流密度電極システムを当てることと、
前記システムの細長い電極を使用して、前記分子を含むある容積の流体媒体を前記組織内に注入することと、
前記流体媒体を注入される前記組織容積内に存在する細胞の細胞膜の穿孔を生じるのに十分な電流の少なくとも1つの電気パルスを、前記リング電極と前記細長い電極との間に印加することとを含み、
前記注入される流体容積は0.1cm3と2.0cm3との間であり、前記細胞膜の穿孔は、前記細長い電極の配置位置から0〜1.5cmの半径方向距離の任意のところで起こる方法。 - 被検者のインビボ電気穿孔中に、感覚神経細胞含有皮膚組織に対する電流を減少させる方法であって、
前記皮膚組織に組織非貫入型リング表面電極を当てることと、
遠位部分および近位部分を有する組織貫通型の細長い電極を前記被検者の中に適用することであって、前記遠位部分は導電性であり、前記近位部分は電気的に不活性であり、前記リング電極および前記細長い電極は、1000:1と5:1との間の相対的な表面積比の範囲を有することと、
を有し、前記組織内で、前記細長い電極から0cmと1.5cmとの間の半径方向距離まで、電気穿孔電流密度を発生させるのに十分な電流を有する電気パルスを、前記リング電極と前記細長い電極との間に印加することを含む方法。 - リザーバから流体媒体を運ぶことが可能な組織貫通型の管状の細長い電極を備える電極組立体であって、前記電極は、前記電極のある長さに沿って配置される複数の開口を有し、前記長さは、前記電極の前記遠位部分の約1.0cmと1.5cmとの間を含む電極組立体。
- 前記開口は、120ミクロン、100ミクロン、90ミクロン、80ミクロン、70ミクロン、60ミクロン、50ミクロン、40ミクロン、30ミクロン、および20ミクロンからなる群から選択される直径を有する請求項29に記載の電極組立体。
- 前記複数の開口の数は、導電性の細長い電極の長さの1センチメートル当たり10と100との間の開口および20と60との間の開口の群から選択される請求項30に記載の電極組立体。
- 組織接触表面および非接触表面を有する平面導電性基材を備える、毛皮で覆われた動物を処置するときに使用するための電気穿孔装置のためのリング電極であって、前記組織接触表面上の前記基材は、前記基材表面にわたって、かつ、前記基材表面と接触して均等に配置される複数の導電性の細長い組織非貫入突出部をさらに備えるリング電極。
- 前記組織非貫入突出部はそれぞれ、ある表面積を含む遠位端を有する請求項32に記載のリング電極。
- 各突出部の前記表面積は、共に加算されて、請求項1の単一の組織貫通型電極の導電性表面積と比較すると、前記組織貫通型電極の表面積の少なくとも5倍の表面積を有する値に等しい総合組織接触表面積になる請求項33に記載のリング電極。
- 所定の組織タイプに治療物質を送達する方法であって、前記治療物質の供給源に流体連通する少なくとも1つの組織貫入型送達チューブを設けることと、前記単数、又は複数のチューブをインビボ組織内へと駆動することとを有し、前記チューブは、単一の場合、前記チューブに関連する2つの電気的な極を有し、2つ以上のチューブの場合、それぞれのチューブが、それぞれのチューブに関連する導電性の極を有し、前記単数、又は複数のチューブを前記組織内へと駆動している間に、駆動距離の0.1mm段階分と2mm段階分との間で前記電気的な極間で前記組織の電気抵抗を検知し、前記抵抗を検知することが所定の値の組織抵抗を検知すると、前記治療物質が、前記単数、又は複数の送達チューブを通して前記組織に送達される方法。
- 前記抵抗を検知することは、1ボルトと10ボルトとの間の電圧を使用する請求項35に記載の方法。
- 前記抵抗を検知することは、1マイクロ秒と1秒との間のパルス継続時間を使用する請求項35に記載の方法。
- 前記パルス継続時間は20ミリ秒である請求項37に記載の方法。
- 前記抵抗を検知することは、約2cmの総合深さまで、前記組織内に0.1mm深さ段階分と0.25mm深さ段階分との間の測定を行う請求項35に記載の方法。
- 前記所定の抵抗値は、治療物質が送達される地点で4mmの挿入深さにおいて500オームの読取り値に設定される請求項35に記載の方法。
- 前記所定の抵抗値は、治療物質が送達される地点で8mmの挿入深さにおいて300オームの読取り値に設定される請求項35に記載の方法。
- 前記細長い電極は、管状であり、かつ、前記近位端から前記遠位端へ流体媒体を運ぶことが可能であり、前記近位端はリザーバに流体連通する請求項1に記載のシステム。
- 前記遠位端は、前記電極のある長さに沿って配置される複数の開口を備え、前記長さは、前記電極の前記遠位部分の約1.0cmと1.5cmとの間を含む請求項42に記載のシステム。
- 前記開口は、120ミクロン、100ミクロン、90ミクロン、80ミクロン、70ミクロン、60ミクロン、50ミクロン、40ミクロン、30ミクロン、および20ミクロンからなる群から選択される直径を有する請求項43に記載のシステム。
- 前記複数の開口の数は、導電性の細長い電極の長さの1センチメートル当たり10と100との間の開口および20と60との間の開口の群から選択される請求項44に記載のシステム。
- 前記細長い電極は、管状であり、かつ、前記近位端から前記遠位端へ流体媒体を運ぶことが可能であり、前記近位端はリザーバに流体連通する請求項13に記載のシステム。
- 前記遠位端は、前記電極のある長さに沿って配置される複数の開口を備え、前記長さは、前記電極の前記遠位部分の約1.0cmと1.5cmとの間を含む請求項46に記載のシステム。
- 前記開口は、120ミクロン、100ミクロン、90ミクロン、80ミクロン、70ミクロン、60ミクロン、50ミクロン、40ミクロン、30ミクロン、および20ミクロンからなる群から選択される直径を有する請求項47に記載のシステム。
- 前記複数の開口の数は、導電性の細長い電極の長さの1センチメートル当たり10と100との間の開口および20と60との間の開口の群から選択される請求項48に記載のシステム。
- 2つの平行な電極は、組織抵抗を検知するために使用される請求項35に記載のシステム。
- 前記駆動することは、均等な容積の流体が前記電極の周りに吐出されるように、前記流体媒体が、等価な流動特性で各開口を通過することを可能にする圧力を生成する請求項11に記載のシステム。
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