用于运动病症的光遗传疗法制造技术

一个实施方式涉及，用于可控制地操纵患者中枢神经系统中的运动功能的系统，其中所述患者具有已经在遗传上修饰以具有光敏性蛋白的靶组织结构，所述系统包括：被配置成直接照射至少一部分的靶组织结构的光递送元件；被配置成向光递送元件提供光的光源；和可操作地与光源连接的控制器；其中靶组织结构是患者基底神经节的一部分；其中控制器被配置成自动操作以辐照靶组织结构，从而靶组织结构中包含的细胞的膜电位可以至少部分地由于所述光敏蛋白暴露于光照而得到调节。

Light genetic therapy for motion disorders

One embodiment relates to, for the control system can control the motor function of patients with central nervous system, wherein the patient has been modified to target tissue structure with photosensitive protein in genetic, the system includes a delivery element configured to direct exposure to at least a portion of the target structure light; light source is configured to provide light delivery element; and operation controller is connected with the light source; wherein the target structure is a part of patients with basal ganglia; wherein the controller is configured to operate automatically to irradiation target structure, membrane potential contains cells to target tissue in the structure can be at least partially due to the photosensitive protein exposed to light and adjust.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于运动病症的光遗传疗法相关申请数据本申请要求2014年6月11日提出的美国临时申请系列No.62/010,967的优先权。前述申请由此通过引用的方式完整并入本申请中。电子提交材料的通过引用方式的并入通过引用的方式完整并入与本申请同时提交的计算机可读形式核苷酸/氨基酸序列表，该序列表确定如下：2015年6月11日生成的、命名为“20041_SeqList_ST25.txt”的一个156千字节ASCII(文本)文件。专利
本专利技术总地涉及利于体内各种水平的细胞和组织控制的系统、装置和方法，更具体地涉及用于生理干预的系统和方法，其中光可以作为输入用于已经过修饰而变得光敏的组织。
技术介绍
药理学的和直接电学的神经调节技术已经在各种干预环境中用来解决多种难题，如长时间矫形疼痛、癫痫和高血压。对神经系统的药理学操作可以靶向某些特定细胞类型，并且可以产生相对显著的生理影响，但是它们一般以分钟时间尺度发挥作用，而神经元在生理学上按毫秒时间尺度发挥作用。另一方面，电刺激技术从干预时间尺度的角度来看可以更精确，但是它们通常没有细胞类型特异性并因此可能涉及明显的临床缺点。帕金森病是由黑质致密部(SNc)中多巴胺能细胞的丧失引起的运动病症。SNc丢失的结果是调节运动的神经回路的功能失调。目前的药物治疗被设计成替代或补充丢失的多巴胺，在疾病早期对于改善症状通常是有效的，但随着时间的推移，许多患者对药物治疗会产生抗药性或出现药物治疗的并发症。一种用于这些患者的替换方案是深度脑刺激(DBS)，其通常不能完全逆转症状，但在合适的患者中，通过使用电刺激植入物，局灶性调节相关回路内的神经元放电，这可以改善症状并且减少一些药物并发症。然而，不是所有患者都同等地得益于这种疗法，原因可能是整个回路的正常功能的不完全恢复，并且治疗也会因在非期望靶标上的非特异性电调节所引起的副作用而受到限制，所述非期望靶标包括例如，发挥其他目的(如感觉、眼睛移动、焦虑和声音控制)的邻近轴突连接。因此，对于新的、改进的疗法存在需求，所述疗法将在PD中提供生物学上更特异性的、回路功能的局灶性恢复，以提高治疗效率，同时降低副作用。一个称作“光遗传学”(optogenetics)的新神经干预
正在发展，它涉及使用光敏蛋白、以非常特异的方式向靶细胞递送相关基因的配置、和定向照射技术来产生干预工具，所述工具从时间尺度的角度看具有低的延时性，并且从细胞类型的角度看还具有高特异性。例如，光遗传技术学和技术最近已经在实验室环境下用来改变兴奋性细胞(如神经元)的膜电压电势，并用来研究这类神经元在暴露于各种波长的光之前和之后的行为。在神经元中，膜去极化导致激活瞬时电信号(也称作动作电位或“峰”(spike))，这是神经元通讯的基础。相反，膜超极化导致这类信号的抑制。通过外源表达改变神经元中膜电势的光活化蛋白，可以利用光作为触发工具以诱导抑制或兴奋。因此，光遗传疗法通常涉及将光敏性离子通道或泵递送至细胞，其随后可以响应特定波长的光而促进特定离子跨细胞膜流动。一个实例是通道视紫红质(ChR)，其是光敏性阳离子通道，其响应蓝光而打开并允许钠(Na+)离子跨细胞膜流动。在神经元中，这引起含有这种通道的神经元的去极化和激活。另一个实例是盐细菌视紫红质(NpHR，源自盐细菌Natronomonaspharaonis)，一种光敏性阴离子泵，其响应黄光将氯(Cl-)离子泵入细胞中。当细胞是神经元时，NpHR将使细胞超极化，由此抑制该细胞。在光遗传应用中，NpHR作为产电的氯离子泵起作用，在黄光激活后增加跨靶细胞质膜的电荷分离。NpHR是真实的泵，需要持续的光来通过其光循环。从2007年开始，已经对NpHR进行了各种改进，以提高其功能。DNA序列的密码子优化，接着增强其亚细胞运输(trafficking)(eNpHR2.0和eNpHR3.0)，导致了提高的膜靶向和较高的电流，更适用于哺乳动物动物组织中。此外，质子泵古细菌视紫红质-3(archaerhodopsin-3，“Arch”)和“eARCH”，及ArchT、十字花科小球腔菌(Leptosphaeriamaculans)真菌视蛋白(“Mac”)、增强型细菌视紫红质(“eBR”)和Guillardiatheta视紫质-3(“GtR3”)已经被研发为光遗传工具。如以下进一步详细描述的，这些光遗传蛋白，在光激活后，可以通过将氢离子泵出靶细胞，从而使靶细胞超极化。最近KarlDeisseroth等在例如Science.2014年4月.344(6182)：420-4和JonasWeitek等在Science.2014年4月.344(6182)：409-12中描述了一类新通道(所述文献全部按引用并入)，其基于ChR，但经修饰可以允许阳离子通过该“抑制性”通道(其可以被称作，例如但不限于，“iChR”、“iC1C2”、“ChloC”或“SwiChR”)，该类新通道可以打开和允许大量Cl-离子通过，由此更有效地使神经元超极化并且以更高的效率和灵敏度抑制该细胞。因此，这类基于ChR(通道视紫红质)但经修饰可以允许阳离子而非阴离子通过的新通道，提供了更多选择。响应蓝光，该新的“抑制性”通道(iChR)开发并允许大量Cl-离子通过，由此更有效地使神经元超极化并且因此以更高的效率和灵敏度抑制该细胞。当这些视蛋白转移至神经系统的神经元中时，这些神经元可以响应光发射装置递送的特定波长的光，被随意地且高效率和时间控制地激活或失活。因此，光遗传学提供了以高生物学特异性来调控回路的机会，使得只有特定的神经元群体被激活或抑制，而不影响经过的、所起的作用并非该治疗的预期靶标的邻近轴突。这也提供了机会——通过以现有疗法不能实现的方式特异性地激活和/或失活多个神经元群体，更大程度地恢复更宽的回路功能的机会。专利技术概述一个实施方式涉及，用于可控制地操纵患者中枢神经系统中的运动功能的系统，其中所述患者具有已经在遗传上修饰以具有光敏性蛋白的靶组织结构，所述系统包括：被配置成直接照射至少一部分的靶组织结构的光递送元件；被配置成向光递送元件提供光的光源；和可操作地与光源连接的控制器；其中靶组织结构是患者基底神经节的一部分；其中控制器被配置成自动操作以用辐射照射靶组织结构，从而靶组织结构中包含的细胞的膜电位可以至少部分地由于所述光敏蛋白暴露于光照而得到调节。所述的患者基底神经节的部分可以选自：底丘脑核、黑质、苍白球、伏核和壳核。施加器可以被设置成照射靶组织结构，施加器由至少光递送系统和传感器组成，其中传感器配置成：产生代表靶组织或其环境的状态的电信号；和将信号递送至控制器，其中控制器进一步被配置成可以对来自传感器的信号作出解释和调节至少一个光源输出参数，从而使信号维持在所需范围内，其中光源输出参数可以选自：电流、电压、光强度(opticalpower)、辐照度、脉冲持续时间、脉冲间隔时间、脉冲重复频率和占空比(dutycycle)。传感器可以选自：光学传感器、温度传感器、化学传感器和电传感器。控制器可以进一步配置成以脉冲方式驱动光源。电流脉冲的持续时间可以在1毫秒至100秒的范围内。电流脉冲的占空比可以在99％至0.1％的范围内。控制器可以对患者输入作出响应。系统可以进行配置，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可控制地操纵患者中枢神经系统中的运动功能的系统，所述患者具有已经在遗传上修饰以具有光敏性蛋白的靶组织结构，所述系统包括：a.配置成指引辐射至靶组织结构的至少一部分的光递送元件；b.配置成给光递送元件提供光的光源；和c.可操作地连接光源的控制器；其中靶组织结构是患者基底神经节的一部分；其中控制器配置成自动操作以辐照靶组织结构，使得至少部分地由于光敏蛋白暴露于照射而实现对靶组织结构包含的细胞的膜电位的调节。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.11 US 62/010,9671.一种用于可控制地操纵患者中枢神经系统中的运动功能的系统，所述患者具有已经在遗传上修饰以具有光敏性蛋白的靶组织结构，所述系统包括：a.配置成指引辐射至靶组织结构的至少一部分的光递送元件；b.配置成给光递送元件提供光的光源；和c.可操作地连接光源的控制器；其中靶组织结构是患者基底神经节的一部分；其中控制器配置成自动操作以辐照靶组织结构，使得至少部分地由于光敏蛋白暴露于照射而实现对靶组织结构包含的细胞的膜电位的调节。2.权利要求1的系统，其中所述患者基底神经节的一部分选自：底丘脑核、黑质、苍白球、伏核和壳核。3.权利要求1的系统，其中施加器被放置成照射靶组织结构，施加器由至少光递送元件和传感器组成，其中传感器配置成：a.产生表示靶组织或其环境状态的电信号；和b.将信号递送至控制器，其中控制器进一步配置成解释来自传感器的信号并调节至少一个光源输出参数，使得信号维持在所需范围内，其中光源输出参数可以选自：电流、电压、光功率、辐照度、脉冲持续时间、脉冲间隔时间、脉冲重复频率和占空比。4.权利要求3的系统，其中传感器选自：光学传感器、温度传感器、化学传感器和电传感器。5.权利要求1的系统，其中控制器进一步配置成以脉冲方式驱动光源。6.权利要求5的系统，其中电流脉冲的持续时间在1毫秒至100秒的范围内。7.权利要求5的系统，其中电流脉冲的占空比在99％至0.1％的范围内。8.权利要求1的系统，其中控制器对患者输入产生响应。9.权利要求8的系统，其中患者输入引发电流的递送。10.权利要求5的系统，其中电流控制器进一步配置成控制一个或多个选自以下的变量：电流振幅、脉冲持续时间、占空比和递送的整体能量。11.权利要求1的系统，其中光递送元件放置在神经或神经束的圆周的大约60％处。12.权利要求1的系统，其中光敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·卡普利特，D·安德森，
申请(专利权)人：电路治疗公司，
类型：发明
国别省市：美国,US