система для клинического применения электропорации с обратной связью, управляющей напряжением

Формула изобретения

1. Устройство для терапевтического применения электропорации для части тела пациента, содержащее электроды и генератор импульсов для подачи электрического сигнала на электроды для многократной генерации электрических полей заранее заданной амплитуды и длительности, вызывающих временную проницаемость стенок предварительно выбранных клеток части тела, что позволяет молекулам проникнуть в эти клетки, отличающееся тем, что оно содержит электродный узел, включающий несущий элемент и пару упомянутых электродов, промежуток между которыми регулируется, причем упомянутые электроды установлены на упомянутом несущем элементе с возможностью регулировки для вхождения в контакт с предварительно выбранным местом тела пациента и создания в этом месте электрического поля, а упомянутое устройство дополнительно содержит средство определения промежутка между электродами и выработки сигнала расстояния, пропорционального промежутку между электродами, и упомянутый генератор импульсов содержит средство, реагирующее на упомянутый сигнал расстояния, для подачи на электроды электрического сигнала, пропорционального промежутку между электродами.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электродный узел выполнен в виде щипцов, подвижные зажимающие элементы которых образованы упомянутыми электродами.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что щипцы могут вставляться через трубку.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что щипцы содержат центральную стержневую часть, образующую указанный несущий элемент, на одном конце которой установлены указанные зажимающие элементы щипцов, а на другом конце - рукоятка с управляющим средством, а упомянутое средство определения промежутка между электродами включает в себя средство определения относительного положения упомянутого управляющего средства.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упомянутый несущий элемент содержит направляющее средство, поддерживающее электроды с возможностью их взаимного сближения и раздвигания, а упомянутый электродный узел дополнительно содержит поворотный винт, установленный на упомянутом несущем элементе для перемещения электродов, и колесо для вращения вручную упомянутого винта, причем упомянутое средство определения промежутка между электродами выполнено в виде реостата, соединенного с упомянутым винтом для приведения реостата во вращение при вращении винта.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрический сигнал имеет форму, выбираемую из группы, включающей экспоненциально затухающий импульс, прямоугольный импульс, последовательность однополярных импульсов и последовательность биполярных импульсов.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что электрическое поле имеет напряженность приблизительно от 0,2 до 20,0 кВ/см.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что каждый импульс имеет длительность приблизительно от 10 до 100 мс.

9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что число импульсов на данный объем ткани составляет приблизительно от 1 до 100 импульсов.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электроды соответственно содержат первое множество игл, установленных в первом зажиме, неподвижно закрепленном на держателе, и второе множество игл, установленных во втором зажиме, закрепленном на держателе с возможностью перемещения.

11. Способ терапевтического применения электропорации для внедрения молекул внутрь клеток части тела пациента, включающий выбор электродных средств, содержащих электроды, между которыми имеется промежуток, для создания электрического поля в заранее заданном месте тела пациента, присоединение к упомянутым электродным средствам генератора электрических импульсов и приведение его в действие для подачи электрического сигнала на упомянутые электроды для многократной генерации электрических полей заранее заданной амплитуды и длительности, вызывающих кратковременную проницаемость стенок выбранных клеток части тела для проникновения в эти клетки молекул, отличающийся тем, что выбирают электродные средства, промежуток между электродами которых регулируется, определяют расстояние между электродами, формируют сигнал, пропорциональный этому расстоянию, и управляют упомянутым генератором электрических импульсов так, чтобы подать на упомянутые электроды электрический сигнал, пропорциональный расстоянию между электродами.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что выбирают электродные средства, содержащие щипцы с подвижными зажимающими элементами, образованными указанными электродами.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что щипцы вставляют через трубку.

14. Способ по любому из пп.11 - 13, отличающийся тем, что электрический сигнал имеет форму, выбираемую из группы, включающей экспоненциально затухающий импульс, прямоугольный импульс, последовательность однополярных импульсов и последовательность биполярных импульсов.

15. Способ по любому из пп.11 - 14, отличающийся тем, что электрическое поле генерируют с напряженностью приблизительно от 0,2 до 20,0 кВ/см.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к лечению заболеваний людей и других млекопитающих, а более конкретно к усовершенствованному устройству, предназначенному для создания управляемых электрических полей, способствующих доставке фармацевтических соединений и генов в живые клетки тела пациента посредством электропорации.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Электропорация была недавно предложена в качестве одного из подходов к лечению определенных заболеваний, включая рак. При лечении некоторых типов рака, например посредством химиотерапии, возникает необходимость использования достаточно высокой дозы лекарства, предназначенного для уничтожения раковых клеток, без уничтожения недопустимо большого количества нормальных клеток. Если бы в процессе химиотерапии можно было внедрить лекарство непосредственно внутрь раковых клеток, цель была бы достигнута. Однако некоторые из лучших антираковых средств, например блеомицин, в нормальных условиях не способны проникать через мембраны определенных раковых клеток.

Определенные болезни могут лечиться также посредством введения желаемых генов в определенные клетки тела пациента. В настоящее время в большинстве экспериментов по генной терапии в качестве переносчиков генов в клетки используются ретровирусы. Когда ретровирус попадает в заданную клетку, его интегрирование в геном имеет по существу случайный характер, при этом сам факт внедрения ретровируса приводит к потенциальной возможности мутационного повреждения. Если вирус интегрируется по соседству с онкогеном, в целевой клетке может произойти злокачественное изменение.

В 70-х годах было установлено, что электрические поля могут использоваться для создания в клетках пор, не причиняя им остаточного повреждения. Это открытие сделало возможным внедрение крупных молекул в клеточную цитоплазму. Известно, что гены и другие молекулы типа фармакологических соединений могут быть введены в живые клетки посредством процесса, называемого электропорацией. Гены или другие молекулы смешиваются с живыми клетками в буферной среде и подвергаются воздействию коротких импульсов сильных электрических полей. При этом клеточные мембраны становятся на короткое время пористыми, что обеспечивает проникновение генов и молекул в клетки с возможностью видоизменения генома клетки.

Одним из терапевтических применений электропорации является лечение рака. В настоящее время имеются сообщения о следующих экспериментах, проведенных на лабораторных млекопитающих: Оkino М., Е. Kensuke, 1990. The Effects of a Single High Voltage Electrical Stimulation with an Anticancer Drug on in vivo Growing Malignant Tumors. Jap. journal of Surgery. 20:197-204. Mir, L.M., S.Orlowski, J.Belehradek Jr., and C.Paoletti.1991. Electrochemotherapy Polentiation of Antitumor Effect of Bleomycin by Local Electric Pulses. Eur. J. Cancer. 27: 68-72. Клинические эксперименты рассмотрены в: Mir,L.M., M. Belehradek, C. Domenge, S.Orlovski, B.Poddevin, et al.1991. Electrochemotherapy, a novel antitumortreatment: first clinical trial. C.R.Asad. Sci. Paris. 313:613-618.

Такое лечение выполняется посредством введения антиракового лекарства непосредственно в опухоль и воздействия на нее электрическим полем, создаваемым между парой электродов. Чтобы процесс электропорации клеток опухоли происходил без повреждения нормальных и здоровых клеток, напряженность электрического поля должна быть тщательно отрегулирована. Как правило, это может быть легко выполнено для наружных опухолей посредством приложения электродов к противоположным сторонам опухоли. Затем может быть измерено расстояние d между электродами с последующим подведением к ним необходимого напряжения согласно формуле E=V/d.

При лечении внутренних опухолей правильное размещение электродов и измерение расстояния между ними вызывает затруднения. Для решения этих задач желательно иметь устройство, обеспечивающее получение информации о расстоянии между электродами в терапевтическом устройстве.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с вышеизложенным основной целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства, обеспечивающего получение информации о расстоянии между электродами в терапевтическом устройстве.

Другой целью настоящего изобретения является создание усовершенствованного устройства, обеспечивающего обратную связь, несущую информацию о расстоянии между электродами в электропорационном терапевтическом устройстве, предназначенном для лечения, проводимого на живом организме с применением внутриклеточного введения лекарств и генов.

В соответствии с основным аспектом настоящего изобретения электродный аппарат для применения электропорации к части тела пациента содержит несущий элемент, пару электродов, установленных на несущем элементе с возможностью их взаимного сближения или удаление, устройство для определения расстояния между электродами и выработки сигнала, пропорционального этому расстоянию, а также средство, содержащее генератор сигналов, реагирующее на сигнал, пропорциональный расстоянию, для передачи на электроды электрического напряжения, пропорционального расстоянию между электродами, и создающее электрическое поле, имеющее заранее заданную напряженность.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Цели, преимущества и характерные особенности изобретения станут более понятны из последующего подробного описания в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:

фиг. 1 показывает операционное помещение, в котором пациент подвергается лапароскопии с применением описываемого изобретения;

фиг. 2 показывает предпочтительный вариант изобретения, применяемого для лапароскопии;

фиг. 3 аналогична фиг. 2, но аппарат установлен в другом положении;

фиг. 4 аналогична фиг. 1, но с альтернативным вариантом электродов;

фиг. 5 показывает в аксонометрии увеличенное изображение электродов;

фиг. 6 показывает схематичное изображение датчика положения электродов;

фиг. 7 показывает панель управления электропитанием;

фиг. 8 показывает боковой вид альтернативного варианта изобретения, выполненный с частичным сечением в вертикальной плоскости;

фиг. 9 показывает вид в плане варианта, изображенного на фиг. 8, с частичным сечением в горизонтальной плоскости.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В этом описании термин "молекулы" включает в себя фармакологические вещества, гены, антитела и другие белки. Один из терапевтических способов применения электропорации в отношении человека, называемый электрохимиотерапией (ЭХТ), заключается во введении антиракового лекарства в опухоль и внедрении этого лекарства в клетки опухоли посредством электропорации, осуществляемой путем создания импульсов электрического напряжения между электродами, расположенными на противоположных сторонах опухоли. Настоящее изобретение предназначено в основном для выполнения ЭХТ по типу описанной в указанных выше работах M.Okino,M.L.Mir и др. на внутренних опухолях. Однако оно может быть использовано и для других терапевтических целей.

На фиг. 1 показано операционное помещение во время выполнения операции с минимальным вмешательством в тело пациента посредством лапароскопической техники. Такая операция осуществляется посредством введения сквозь брюшную стенку маленьких трубок, внутрь которых вставляются инструменты, вводимые в брюшную полость для выполнения в ней операции или других лечебных процедур.

На чертеже лапароскопические инструменты 12, 14, 16 и 18 показаны в операционной зоне. Настоящее изобретение описывает инструменты и способы лечения посредством электропорации таких болезней, как рак поджелудочной железы. Изобретение включает в себя электропорационные щипцы, используемые с помощью лапароскопической техники для воздействия на ткани внутри брюшной полости. Таким образом, любая опухоль, доступная посредством использования лапароскопической или аналогичной техники, может стать объектом лечения в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг. 2 и 3 показан предпочтительный вариант устройства, включающего устройство 20 в виде щипцов, содержащее несущий элемент 22, имеющий пару электродов 24 и 26, установленных на изолированном рычажном механизме на дальнем конце элемента. На ближнем конце удлиненного цилиндрического несущего элемента установлена захватная рукоятка 28 пистолетного типа, предназначенная для манипуляций этим элементом. Электроды 24 и 26 установлены на подвижном рычажном механизме, имея возможность взаимного сближения или удаления наподобие губ тисков. У верхнего конца рукоятки 28 шарнирно закреплена подвижная ручка 30, соединенная через подвижную или приводную тягу 32 с рычажным механизмом электродов, управляющим установкой расстояния между ними. Электроды 24 и 26 могут быть раздвинуты в открытое или крайнее от центра положение посредством пружины (не показана) между рукояткой 28 и ручкой 30. Электроды 24 и 26 соединены с соответствующим источником электроэнергии или импульсов посредством проводников кабеля 34.

Для определения расстояния между электродами установлен соответствующий датчик 38, вырабатывающий сигнал, который передается по кабелю 40 к генератору импульсов. Датчик 38 может быть выполнен в виде устройства типа линейного потенциометра, имеющего сопротивление, прямо пропорциональное расстоянию между электродами 24 и 26. Во время введения внутрь тела рычажный механизм прикрывается телескопической муфтой или кожухом 42.

Расстояние между электродами 24 и 26 является одним из параметров, которые учитываются при установке напряжения, необходимого для получения оптимальной амплитуды создаваемого электрического поля. Измерение и использование этого параметра может осуществляться многими способами. Механический индикатор, соединенный с рычажным механизмом, может обеспечить отсчет, указывающий расстояние в сантиметрах или других единицах, который вручную вводится оператором в аппарат, генерирующий электрическое поле. Линейный или вращательный потенциометр, соединенный с рычажным механизмом, может обеспечить формирование электрического сигнала, который может быть считан или введен непосредственно в генератор импульсов 36.

Расстояние между электродами может также отслеживаться по изменению емкости, ослаблению света или другими средствами, которые вырабатывают некоторый сигнал, например электрический сигнал, отображающий расстояние между электродами. Этот сигнал может затем поступать на средство, обеспечивающее считывание сигнала, например, в виде цифровой индикации показаний в сантиметрах или подобным образом. Сигнал может быть также усилен и направлен в соответствующие средства управления, функцией которых является установка напряжения генератора импульсов 36, пропорционального расстоянию, представленному сигналом.

Во время операции вышеописанный блок вставляется в полость тела пациента через трубку 12, после чего производится раскрытие электродных зажимов, между которыми помещается и зажимается выбранная ткань, подлежащая лечению. При этом вырабатывается сигнал, пропорциональный расстоянию между электродами, который вручную или автоматически передается в генератор импульсов 36, вырабатывающий импульс, пропорциональный желаемой величине электрического поля, который подается на электроды. Генератор импульсов, соединенный с электродами, в дальнейшем приводится в действие посредством пускового выключателя, устанавливаемого на самом блоке, ножного выключателя или выключателя на приборной панели для многократной подачи импульсов на электроды для создания в ткани, расположенной между электродами, электрических полей определенной амплитуды и длительности.

Электрические поля создаются в результате передачи предварительно заданного сигнала на электроды 24 и 26 описываемого устройства. Параметры этого сигнала выбираются таким образом, что ткань, расположенная между электродами, подвергается воздействию коротких импульсов электрических полей высокой интенсивности, достаточной для осуществления электропорации клеток ткани. Для того, чтобы создаваемое поле имело желаемую и оптимальную величину, напряжение тщательно регулируется. Такие электрические поля воздействуют на стенки предварительно выбранных клеток ткани, делая их проницаемыми на короткое время, что обеспечивает проникновение молекул в эти клетки без их разрушения. Проницаемость клеток создается вследствие временного образования пор в стенках клеток, которые оказываются достаточно большими для прохождения сквозь них молекул.

Альтернативный вариант устройства, генерирующего электрическое поле, показан на фиг. 4 и 5 и обозначен общей позицией 44. Такое устройство содержит два удаленных друг от друга ряда электродов 46 и 48 в виде токопроводящих игл, установленных на диэлектрическом держателе, или несущем элементе 50. Ряд 46 игл удерживается в закрепленном зажиме, который обеспечивает возможность регулировки игл по глубине, а также по расстоянию от ряда 46. Каждая игла снабжена стопором 56, фиксирующем глубину проникновения иглы. Зажим 58, устанавливающий промежуток между рядами игл, закрепляет зажим 54 в выбранном положении на несущем элементе 50. Датчик 60 определяет расстояние между рядами игл и вырабатывает сигнал, посылаемый в генератор импульсов по кабелю 62. Генератор импульсов соединен с игольными электродами кабелями 66 и 68 через штепсельные разъемы 70 и 72.

Во время работы вышеописанный блок выбран и установлен на соответствующей опоре в виде зажимного устройства и шарнирно-коленчатого узла, как показано на чертеже. Стойка 76 прикреплена к операционному столу и продолжена в верхнем направлении плечом 78, шарнирно прикрепленным к стойке, и плечом 80, шарнирно закрепленным на внешнем конце плеча 78. Несущий элемент 50 прикреплен к внешнему концу плеча 80 и установлен над пациентом, при этом иглы ряда 46 вставлены в выбранную ткань пациента с одной из ее сторон, а электроды 48 расположены с другой стороны ткани, подлежащей лечению, и также вставлены в нее. Антираковые лекарства вливаются или вводятся посредством инъекции в тело пациента шприцом 82 или другими подходящими средствами. Лекарства или другие молекулы могут быть инъектированы либо в кровяной поток, либо непосредственно в опухоль или другую ткань, подлежащую лечению.

Генератор импульсов, соединенный с электродами, приводится в действие с целью обеспечения многократной генерации электрических полей определенной величины и длительности в ткани, расположенной между электродами. Поля создаются посредством подачи заранее заданного электрического сигнала на электроды устройства. В качестве одного из параметров в генератор импульсов вводится расстояние между электродами, которое может быть определено любыми способами и введено в генератор либо вручную, либо автоматически.

На фиг. 6 показан один из примеров цифровой системы измерения пространственных промежутков, которая содержит оптическую растровую полосу, прикрепленную к несущему устройству электродов и перемещающуюся в прямо пропорциональной зависимости от величины промежутка между ними. Растровая полоса расположена между источником света 86 и светочувствительным элементом 88 таким образом, что движение растра прерывает световой поток и приводит к генерации сигнала в датчике 88, пропорционального перемещению или положению растра. Сигнал усиливается в усилителе 90 и передается в генератор импульсов, который вырабатывает выходное напряжение, обеспечивающее генерацию и передачу импульсов требуемого напряжения на электроды.

Функция генератора в блоке питания 36 (фиг. 2) заключается в выработке заранее заданного электрического сигнала, который при подведении к электродам 24 и 26 обеспечивает подачу электрических полей заданной величины и длительности на ткань, зажатую между электродами. Предпочтительным является многократное воздействие этих полей, при этом их величина и длительность оптимизируются для обеспечения достаточной проницаемости стенок предварительно выбранных клеток ткани, что способствует проникновению молекул лекарств в эти клетки.

На фиг. 7 показан один из примеров панели управления генератором электроимпульсов, на которой параметры импульсов могут быть избирательно отрегулированы посредством переключателей. Время между импульсами может быть выбрано в сторону уменьшения с помощью переключателя 94, а в сторону увеличения - переключателем 96, при этом индикатор 98 указывает установленную величину. Длина импульса может быть выбрана в сторону уменьшения с помощью переключателя 100, а в сторону увеличения - переключателем 102, при этом индикатор 104 указывает установленную величину. Переключатели 106 и 108 по выбору уменьшают или увеличивают число импульсов, указываемое на индикаторе 110. Напряженность поля по выбору снижается переключателем 112 и повышается переключателем 114 с указанием ее величины на индикаторе 116. Электрическое напряжение устанавливается в сторону уменьшения переключателем 118, а в сторону увеличения переключателем 120 с указанием его величины на индикаторе 122. Величина напряжения определяется расстоянием между электродами (в см) и установленной по индикатору 116 величиной напряженности (в кВ/см). Переключатели 124 (Старт) и 126 (Стоп) обеспечивают пуск и остановку генератора импульсов.

На фиг. 8 и 9 показан еще один вариант изобретения, обозначенный общей позицией 124. Как показано на чертеже, устройство содержит удлиненный, в целом цилиндрический корпус 126, имеющий продольную ось и поперечный узел направляющего канала, у переднего или ближнего конца которого установлена с возможностью регулировки пара электродов. Корпус 126, который может быть изготовлен из любого подходящего материала (предпочтительно - из пластического, не проводящего ток материала), имеет поперечную корпусную часть 128, выполненную в виде преимущественно прямоугольного удлиненного направляющего канала коробчатой формы, образуемого задней стенкой 130, верхней стенкой 132 и нижней стенкой 134, которые замкнуты на концах стенками 136 и 138.

В концевых стенках 136 и 138 имеются отверстия, соответственно, 146 и 148, в которых на соответствующих концевых осях 142 и 144 установлен с возможностью вращения винт 140 с двусторонней резьбой. Винт 140 имеет резьбовые нити, начинающиеся у его середины и расходящиеся в виде противоположных спиралей в направлении соответствующих противоположных концов. Винт 140 имеет зубчатое колесо 150, сформированное или установленное в его центре. В направляющем канале корпусной части 128 установлена пара монтажных блоков или элементов 152 и 154, в которых закреплены электроды; элементы 152 и 154 имеют соответствующие резьбовые отверстия 158 и 160, соединяющиеся с соответствующими противоположно направленными резьбовыми нитями поворотного винта 140. В каждом из монтажных блоков 152 и 154 выполнены пазы или гнезда 162 и 164, в которых установлены два съемных электрода 166 и 168, располагаемых в процессе лечения на теле пациента. Электроды установлены с помощью пары токопроводящих контактных пружинных пластин 206 и 208, находящихся в углублениях элементов 170 и 172, которые закреплены в рабочем положении парой ввертных болтов 174 и 176 или подобных деталей.

Зубчатое колесо 150, расположенное на винте 140, входит в зацепление с зубчатым колесом 178, которое выступает над верхней частью корпуса и может поворачиваться посредством большого пальца или других пальцев руки. Зубчатое колесо 178 установлено на соответствующей оси 180 внутри корпуса 126 и соединено также с потенциометром 182 посредством передаточного механизма, состоящего из шестерен 184 и 186. Потенциометр 182 соединен электрическими проводниками с выходным разъемом 188, в который может быть вставлен соответствующий кабель типа телефонного провода, соединяемый со средством, реагирующим на сигнал, например цифровых индикатором, который указывает расстояние между электродами, или соединяемый непосредственно с источником импульсов, обеспечивая необходимый входной сигнал для установки выходного напряжения, пропорционального расстоянию между электродами.

В варианте, показанном на чертеже, кабель 190, по которому передается сигнал, пропорциональный расстоянию d между электродами, соединен с микропроцессором (CPU) 192, управляющим генератором импульсов 194. Микропроцессор определяет напряжение V на основе входной величины напряженности поля Е (В/см), заданной на блоке 196, и значения расстояния, поступающего с потенциометра 182. Затем микропроцессор инициирует заряд конденсаторной батареи генератора сигналов до напряжения V. Генератор вводится в действие оператором посредством замыкания выключателя 198 и посылает импульс к электродам 166 и 168. Электроды соединены с генератором импульсов кабелем или кабелями 202 и 204, имеющими пару проводников, присоединяемых к электродам соответственно через пластины 170 и 172 и пружинные зажимы 206 и 208. В варианте, показанном на чертеже, проводники (показан только один проводник 210) соединены с токопроводящими пружинными зажимами 206 и 208, имеющими контакт с электродами, вставленными в гнезда.

Во время работы оператор берет в руки электродный узел, выполненный по типу ручного кронциркуля, и устанавливает электроды 166 и 168 (фиг. 9), в нулевое положение этого устройства, которое отрегулировано таким образом, что показывает нулевой отсчет при соприкасающихся электродах и максимальное расстояние при максимальном промежутке. Между этими двумя положениями цифровой отсчет будет соответствовать числовым значениям расстояния между электродами. При установке на теле пациента электроды регулируются вручную, сжимая или входя в контакт с противоположными сторонами опухоли или другой части тела, располагаемой между ними. Электроды соединены с генератором импульсов, как описано выше, и обеспечивают подведение импульсного напряжения выбранной амплитуды к объекту лечения. Расстояние между электродами определяется потенциометром 182 и вводится в микропроцессор 192. Оно может быть также считано с индикатора и введено в генератор импульсов, который настраивается на генерацию требуемой величины напряжения на единицу расстояния между электродами. Затем генератор импульсов приводится в действие посредством замыкания выключателя 198 (т.е. нажатием кнопки, не показанной) и заданное напряжение поступает на электроды и, следовательно, на опухоль или другую ткань тела.

В варианте, показанном на чертеже, генератор импульсов 194 имеет интерфейс, посредством которого сигнал обратной связи, определяющий расстояние между электродами, обеспечивает выработку сигнала, регулирующего напряжение, вырабатываемое генератором импульсов для получения необходимой величины напряженности поля. Для этого требуется простая цепь, в которой падение напряжения на электрическом сопротивлении потенциометра 182, соответствующем расстоянию между электродами, используется в микропроцессоре 192 для установки напряжения, вырабатываемого генератором импульсов 194.

Электрическое поле, пересекающее клеточную мембрану, способствует кратковременному созданию пор, критичных к процессу электропорации. Генератор импульсов вырабатывает электрическое напряжение (в кВ), действующее поперек ткани, расположенной в промежутке (в см) между электродами 166 и 168. Эта разность потенциалов определяет величину напряженности электрического поля, выражаемую в кВ/см. Каждый вид клеток имеет собственную критическую величину напряженности поля для обеспечения оптимальной электропорации. Это связано с размером клетки, строением мембраны и индивидуальными особенностями самой стенки клетки. Так, например, некоторые грамположительные бактерии сопротивляются процессу электропорации и нуждаются в создании очень сильной напряженности поля, более 17 кВ/см, после воздействия которой происходит гибель клетки и/или осуществляется электропорация. Вообще говоря, необходимая напряженность поля изменяется обратно пропорционально размеру клетки. Клетки млекопитающих требуют создания напряженности поля от типового значения 200 В/см до нескольких кВ/см.

Различные параметры, включая напряженность электрического поля, необходимые для осуществления электропорации любой известной клетки, доступны для широкого пользования благодаря публикации многих исследовательских работ по данной теме, а также могут быть получены из базы данных компании Genetronics, Inc, San Diego, California. Электрические поля, необходимые для электропорации клетки в живом организме, например посредством ЭХТ, аналогичны по амплитуде полям, необходимым для электропорации клеток, находящихся в пробирке. Диапазон изменения этих полей составляет от 100 В/см до нескольких кВ/см, что подтверждено собственными экспериментами авторов и другими экспериментами, опубликованными в научных изданиях. Первый случай применения на живом организме импульсных электрических полей при лечении опухолей посредством химиотерапии был опубликован в 1987 году в Японии (Okino).

Первая группа плоскостных экспериментов Okino и др. проводилась на крысах Donryu, в тела которых были введены карциномные клетки, развивающиеся в опухоли. При проведении контрольных исследований были найдены оптимальные условия лечения, при которых напряженность поля составляет 4 - 5 кВ/см, длительность импульсов 3 мс, а их воздействие осуществляется через 30 минут после плановой инъекции антиракового лекарства.

Наиболее систематическое исследование проведено Mir и его коллегами в Gustave-Roussy Institute, Париж. Mir и др. первыми применили свой способ лечения к мышам, лишенным волосяного покрова, и к обыкновенным мышам с трансплантированными подкожными опухолями. Эти мыши подвергались внутримышечным инъекциям блеомицина с последующим применением коротких интенсивных электроимпульсов в районе опухоли. Было выполнено контрольное исследование, в котором 250 мг лекарства вводилось в оба бедра, а спустя 30 минут после инъекции блеомицина создавалось электрическое поле с напряженностью 1,5 кВ/см в количестве 8 импульсов по 100 мс с интервалами в 1 с. В результате лечения, в процессе которого напряженность поля менялась от 1,2 кВ/см до 1,5 кВ/см, 35% подопытных мышей были вылечены. Более низкие значения электрического напряжения привели к меньшему числу случаев полного регресса опухолей и к большему числу рецидивов.

Mir и др. провели первые клинические опыты с ЭХТ на пациентах со сквамозной клеточной карциномой головы и шеи и получили обнадеживающие результаты. Исследование проводилось на семи пациентах с 32 узелковыми утолщениями, расположенными в наружной области шеи или верхней части грудной клетки. Для их лечения использовались дозы блеомицина по 10 мг на кв. метр, которые вводились внутривенно, а спустя 3,5 минуты после инъекции подавались электрические импульсы от генератора сигналов прямоугольной формы. Количество использованного лекарства составило менее 1/6 дозы, применяемой при обычной химиотерапии, со значениями напряженности поля около 1,3 кВ/см. Количество импульсов с интервалами в 1 сек варьировалось от 4 до 8. В результате лечения было получено 9 случаев частичного регресса опухолей, 14 случаев полного регресса, а также замедление роста узелковых утолщений по сравнению с быстрым ростом утолщений, не подвергавшихся лечению (два случая не привели к изменениям, а в трех случаях результаты не были зафиксированы).

Характер генерируемого электрического поля определяется природой ткани, размером опухоли и ее расположением. Желательно, чтобы поле было как можно более однородным и имело правильно выбранную амплитуду. Избыточная напряженность поля приводит к распаду клеток, а низкая напряженность снижает эффективность лечения.

Электрический сигнал, вырабатываемый генератором, установленным в блоке питания 36 или 194, может иметь форму экспоненциально затухающего импульса, прямоугольного импульса, последовательности однополярных импульсов или последовательности биполярных импульсов. Напряженность электрического поля может быть в пределах от 0,2 кВ/см до 20 кВ/см. Длительность импульса может быть от 10 мксек до 100 мсек, а количество импульсов - от 1 до 100. Разумеется, форма волны, напряженность электрического поля и длительность импульса зависят от типа клеток и типа молекул, внедряемых в клетки посредством электропорации.

Генераторы импульсов, необходимые для выполнения описываемых здесь процедур, существуют на потребительском рынке на протяжении многих лет. С целью обеспечения удобного интерфейса для ввода сигнала, управляющего электрическим напряжением в соответствии с данным описанием, генераторы импульсов могут быть легко модифицированы.

Одним из приемлемых генераторов сигналов является ELECTRO CELL MANIPULATOR модели ЕСМ 600, поставляемый фирмой GENETRONICS, INC., San Diego, California, USA. Генератор сигналов ЕСМ 600 вырабатывает импульс в результате полного разряда конденсатора, происходящего в форме экспоненциально затухающей волны. Электрический сигнал, вырабатываемый генератором сигналов ЕСМ 600, отличается малым временем нарастания и экспоненциальным спадом. Длина импульса, используемого в процессе электропорации, устанавливается в генераторе сигналов ЕСМ 600 посредством выбора одного из десяти временных резисторов, обозначенных R1-R10. Они действуют в режиме High VM (при фиксированной емкости 50 микрофарад) и Low VM (в диапазоне емкостей от 25 до 3,175 микрофарад).

На генераторе сигналов ЕСМ 600 имеется кнопка для регулировки амплитуды устанавливаемого зарядного напряжения, прикладываемого к внутренним конденсаторам и регулируемого в пределах от 50 до 500 вольт для Low VM и от 0,05 до 2,5 кВ для High VM. Амплитуда электрического сигнала указывается на дисплее, встроенном в генератор импульсов ЕСМ 600. Прибор содержит также ряд кнопочных переключателей для управления длиной импульса при работе в режиме Low VM посредством одновременного комбинирования резисторов, параллельных выходу, и батареи из семи дополнительных конденсаторов, устанавливаемых по выбору.

Генератор сигналов ЕСМ 600 содержит также кнопку одиночного автоматического заряда и импульса. Эта кнопка может быть нажата, обеспечивая как зарядку внутренних конденсаторов до установленного напряжения, так и передачу импульса в проходную полость, что выполняется в автоматическом цикле, занимающем менее пяти секунд. Кнопка ручного управления может последовательно нажиматься для многократной генерации заданного электрического поля.

Выше были описаны предпочтительные варианты способа электропорации и устройства для доставки лекарств и генов. Следует иметь в виду, что специалисты в этой области могут модифицировать описанное изобретение. Объем изобретения определяется только нижеизложенной формулой.