利用射频电学膜击穿(RF-EMB)的癌症免疫疗法制造技术

本发明专利技术涉及一种对身体中不想要的组织进行非热消融的方法，所述方法包括施加足够能量的脉冲、双极、即时的电荷反转电场以造成完全和立即的细胞膜破裂和破坏。能量通过具有特定频率、波形特征、脉冲宽度和脉冲数目的射频脉冲来发送，以便将增加的物理应力置于所述细胞膜上以造成它的立即和完全的破坏，从而使全部细胞内含物和膜组成成分泄漏到细胞外空间中而不使蛋白质变性，以便能够进行免疫应答以破坏和除去所述靶组织和对象中其他地方的类似标记的组织。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用射频电学膜击穿(RF-EMB)的癌症免疫疗法与相关申请的交叉引用本专利申请要求2013年12月5日提交的题为“利用射频电学膜击穿(RF-EMB)作为免疫疗法的辅助机制的癌抗原向抗原呈递细胞的增强呈递”(CancerAntigenEnhancedPresentationtoAntigenPresentingCellsbyRadiofrequencyElectricalMembraneBreakdown(RF-EMB)asanAdjuvantMechanismforImmunotherapy)的美国临时专利申请No.61/912,172的优先权，所述临时申请以其全部内容通过参考并入本文。本专利申请还要求2014年8月4日提交的题为“产生用于组织消融的射频能量电学膜击穿的系统和方法”(SystemAndMethodForCreatingRadio-FrequencyEnergyElectricalMembraneBreakdownForTissueAblation)的美国专利申请No.14/451,333的优先权，所述申请以其全部内容通过参考并入本文。专利技术背景
本专利技术总的来说涉及用于疾病治疗的生物组织的医学消融领域，更具体来说涉及在人类和哺乳动物中向软组织和癌组织受控施加射频能量，以利用电学膜击穿通过细胞破坏来消融这些组织。
技术介绍
癌症不是一种单一疾病，而是具有共同特征的一组疾病，它们通常引起持续的细胞增殖、细胞死亡减少或延迟、身体的血管生成和代谢过程的征用以及避开身体免疫应答，引起被称为赘生物或更通常被称为肿瘤的不想要的软组织生长。这种异常组织的去除或破坏是许多癌症治疗方法和方式的目标。肿瘤手术切除是实现这一目标的一种方法。组织消融是另一种侵入性极低的破坏身体内不想要的组织的方法，并且一般被分为热消融和非热消融技术。热消融涵盖增添和去除热量以破坏不想要的细胞两者。冷冻消融是一种已确立的技术，其通过始于-15℃的细胞外区室的冷冻引起细胞脱水，并通过细胞内冰的形成造成在更低温度下发生膜破裂，从而杀死细胞。由于在某些条件下冷冻消融技术可以破裂细胞膜而不使细胞蛋白质变性，因此这些技术具有在患者中刺激抗肿瘤免疫应答的附加能力。用于消融癌和非癌组织两者的基于热的技术也是已确立的，并包括射频(RF)热微波和高强度聚焦超声消融，其升高局部组织温度至明显高于身体正常的37℃。这些方法使用各种不同技术向靶细胞施加能量以升高间质温度。例如，RF热消融利用高频电场在细胞膜中引起振动，所述振动通过摩擦被转变成热。细胞死亡在细胞温度达到50℃后少至30秒内发生，并且随着温度升高而减少。在60℃下，细胞死亡是即时的。如果细胞内温度升高到约60至95℃之间，参与细胞死亡的机制包括细胞干燥和蛋白质凝固。当细胞内温度达到100℃时，随着细胞内的水沸腾成蒸汽，发生细胞汽化。在组织消融的情形中，不超过50℃的细胞温度不被认为是临床上显著的。由于细胞蛋白质被热消融技术的热量变性，因此它们不像在冷冻消融的情况下可能的那样可用于刺激特异性免疫应答。基于热的消融和冷冻消融这两种技术都具有下述缺点，即它们具有很少或没有能力避开治疗区中的正常结构，因此基于肿瘤位置可能被忌用，或者因附属损伤引起并发症。非热消融技术包括电化学疗法和不可逆电穿孔，它们尽管彼此相当不同，但各自都依赖于电穿孔现象。参考图1，电穿孔是指暴露于某些参数下的高压脉冲电场的细胞的细胞质膜由于脂质双层的去稳定化和孔眼P的形成而变得暂时可透过。细胞质膜由厚度t约为5nm的脂质双层构成。参考图2A，所述膜在本质上起到不导电的形成介电阻挡层的电容器的作用。即使在不存在外加电场的情况下，生理条件由于跨膜电荷分离而在细胞的内部与外部之间产生天然电势差。这种静息跨膜电势V’m的范围对脂肪细胞来说为40mv，对于骨骼肌细胞来说为85mv，对于心肌细胞来说为90mv，并且可以根据细胞尺寸和离子浓度等而发生改变。继续参考图2B-2D，细胞暴露于外加电场E，只要外部电场存在，就诱导跨膜的附加电压V。该诱导的跨膜电压与外加电场的强度和细胞的半径成比例。如果累加的静息和外加跨膜电势超过通常可能在200mV至1V之间的阈值电压，则在所述膜中发生跨膜孔眼P的形成。如果所述跨膜电势不超过临界值，使得孔眼面积相对于膜的总面积来说是小的，则膜的穿孔是可逆的。在这种可逆电穿孔中，在外加电场撤除后细胞膜恢复，并且细胞仍然活着。在高于临界跨膜电势并使用较长的暴露时间的情况下，穿孔变得不可逆，由于细胞外离子的流入引起内稳态的丧失和随后的凋亡，最终导致细胞死亡。除了在某些非常有限的组织类型中之外，在电场暴露后24小时以前，细胞的不可逆电穿孔后的病理不显示出结构或细胞变化。然而，在所有情况下，由IRE引起的细胞破坏和死亡的机制是凋亡性的，其需要相当多的时间才能通过，并且在临床上可用于确定IRB治疗的功效的时间框中在病理上不可见，这是所述方法的重要临床缺点。在1990年代早期开发的电化学疗法将可逆细胞膜穿孔的物理效应与化疗药物例如顺铂和博来霉素的给药相组合。通过暂时提高细胞膜通透性，极大地提高了不可透过或透过性不良的化疗药物的摄入。在中断电场后，孔眼关闭并且药物分子被保留在靶细胞内部，而对暴露的细胞没有显著损伤。这种化疗方法从开发电穿孔作为用于具有治疗效应的基因和DNA分子的转染技术的较早研究产生。在这种背景中，引起细胞死亡的不可逆电穿孔被视为失败，因为被处理的细胞不能存活以实现所打算的改良。作为消融方法的不可逆电穿孔(IRE)从下述现实产生，即可以利用实现可逆电穿孔的“失败”来选择性杀死不想要的组织。IRE有效地杀死可预测的治疗区域，而没有热消融方法的破坏邻近血管和胶原结构的缺点。在典型的IRE治疗期间，将1至3对电极置于肿瘤中或其周围。以10个一组发送电脉冲，通常进行9个循环，所述电脉冲被仔细选择以诱导高于临界跨膜电势的电场强度。每个10脉冲的循环花费约1秒时间，并且在开始下一个循环之前简短地暂停电极。如通过参考并入本文的Rubinsky等的美国专利8,048,067和Arena等的申请号13/332,133中所述，电场强度和脉冲特征被选择成为IRE提供必需的电场强度，但是不像使用RF热消融那样诱导热效应。然而，由于通过IRE方法消融的细胞经历没有膜破裂的凋亡性死亡，因此，它们的如使用冷冻消融时所观察到的诱导补充免疫应答的能力受损。当在治疗方案中用作唯一消融工具时，IRE不能诱导补充免疫应答是对它的患者治疗益处的显著限制。另一方面，冷冻消融具有由极端寒冷和它破坏附近重要健康结构的能力造成的显著临床缺点。需要的是侵入性极低的组织消融技术，所述技术可以避免损伤健康组织，同时暴露出细胞内含物并且不使这些细胞内含物变性，以便它们可以引发临床上有用的免疫应答。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种使用电脉冲的组织消融方法，所述方法通过完全击穿细胞膜的机制造成立即细胞死亡。本专利技术的另一个目的是提供一种组织消融的方法，所述方法通过电击穿细胞膜造成立即细胞死亡，使得它可以通过所述组织的立即病理学、化学或光谱学检查来监测，以评估治疗功效并根据需要调整治疗。本专利技术的另一个目的是提供一种使用电脉冲的组织消融方法，所述方法以非热的方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在活体对象中消融不想要的软组织的方法，所述方法包括下列步骤：鉴定所述软组织在所述对象内的位置；确定至少一个电极相对于所述软组织的位置；向所述对象内的所述位置引入所述至少一个电极，所述电极被电连接到用于控制电脉冲向所述电极的发送的控制器，所述控制器包含电脉冲发生器；向所述软组织施加足以引起所述软组织的多个细胞的细胞膜的电学膜击穿的电场，以造成所有细胞内组分立即泄漏到细胞外空间中并使所述细胞膜的内部组成部分暴露于所述细胞外空间，通过将被配置成引起所述电学膜击穿的至少一个双极电脉冲从所述脉冲发生器发送到所述至少一个电极，将所述电场施加到所述软组织。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.12.05 US 61/912,172;2014.08.04 US 14/451,3331.一种在活体对象中消融不想要的软组织的系统，所述系统包括：电脉冲发生器；至少一个治疗性探头，其包含至少一个电极，所述电极被电连接到所述电脉冲发生器；所述探头和电脉冲发生器被配置成向所述软组织施加足以引起所述软组织的多个细胞的细胞膜的电学膜击穿的在1,500V/cm至10,000V/cm范围内的电场，通过将被配置成引起所述电学膜击穿的至少一个双极电脉冲从所述脉冲发生器发送到所述至少一个治疗性探头，将所述电场施加到所述软组织；所述至少一个双极电脉冲的特征在于每个循环的正和负极性之间的即时电荷反转。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个双极电脉冲的电压为0.5kV至10kV，并且所述电场的频率为14.2kHz至小于500kHz。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述电场的所述频率为100kHz至450kHz。4.根据权利要求2所述的系统，其中所述双极电脉冲的所述电压随时间的变化曲线描记用于极性振荡的正和负分量的方波形。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个双极电脉冲的持续时间为100-1000μs。6.根据权利要求1所述的系统，还包括用于估算或测量所述软组织的介电常数和电导率的装置。7.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个双极电脉冲是不少于100个双极脉冲的电脉冲串，所述电脉冲串中每个所述双极脉冲被脉冲爆发间隔期隔开，在所述间隔期中不向所述至少一个电极施加电压。8.根据权利要求7所述的系统，其中从所述脉冲发生器发送到所述至少一个电极的所述电脉冲串被配置成以施加不造成所述软组织的临床上显著的热损伤的电场。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述电脉冲串被配置成施加造成所述软组织的温度升高到不超过50摄氏度的电场。10.根据权利要求7所述的系统，其中所述脉冲发生器被配置成向所述至少一个电极发送第二串发送的电脉冲以便向所述软组织施加第二电场。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第二串电脉冲被配置成施加造成所述软组织的临床上显著的热损伤的所述第二电场。12.根据权利要求7所述的系统，其中所述脉冲发生器被配置成向所述至少一个电极发送第二串电脉冲，所述第二串电脉冲被配置成造成所述组织的至少一部分的温度超过50摄氏度。13.根据权利要求7所述的系统，其中在向所述软组织施加所述电场后立即获取的所述不想要的软组织的样品中能目测观察到组织变化、细胞膜破坏和细胞死亡；并且其中所述系统被配置成从所述脉冲发生器向所述至少一个电极发送第二组至少一个双极电脉冲以便向所述软组织施加第二电场，这取决于所述软组织的一部分的活组织检查结果和所述消融的治疗功效。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述第二组至少一个双极电脉冲是不少于100个电脉冲的第二电脉冲串，所述电脉冲串被配置成使得所述第二电场足以造成所述软组织的多个细胞的所述细胞膜的电学膜击穿。15.根据权利要求13所述的系统，其中所述第二组至少一个双极电脉冲被配置成使得所述第二电场造成至少一部分所述组织的温度超过50摄氏度。16.根据权利要求13所述的系统，其中所述第二电场造成至少一部分所述组织的温度超过60摄氏度但不超过95摄氏度。17.根据权利要求1所述的系统，其还包括温度探头，所述温度探头被配置成插入到所述至少一个电极附近，所述探头可操作地连接到控制器并将温度读数报告给所述控制器，所述控制器被配置成对所述报告的温度做出响应而控制所述至少一个双极电脉冲的至少一种特征。18.根据权利要求17所述的系统，其中所述温度探头是热电偶。19.根据权利要求17所述的系统，其中所述温度探头被集成到所述至少一个电极并与其一起引入。20.根据权利要求17所述的系统，其中所述至少一个双极电脉冲是不少于100个双极脉冲的电脉冲串，所述双极脉冲被脉冲爆发间隔期隔开，在所述间隔期中不向所述至少一个电极施加电压；并且还包括在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖瑞·M·奥尼克，詹姆斯·A·米埃绍，
申请(专利权)人：飞慕控股有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US