本发明专利技术提供了通过在患病或受损骨的治疗中施加由特异性和选择性的电信号和电磁信号产生的场调节骨细胞中骨形态发生蛋白基因表达的方法和装置。基因表达是指人基因组（ＤＮＡ）的特异性部分（基因）被转录为ｍＲＮＡ以及其后被翻译为蛋白的过程的上调或下调。本发明专利技术提供了用于靶向治疗受损或患病的骨组织的方法和装置，包括产生用于骨形态发生蛋白基因表达的增加最佳化的场的特异性和选择性的电信号和电磁信号，以及将骨暴露于由特异性和选择性信号产生的场来调节在这种骨组织中骨形态发生蛋白基因的表达。所产生的方法和装置可作为其它治疗的辅助用于靶向治疗骨折，骨折危险，延迟愈合，不愈合骨折，骨缺损，脊柱融合，骨坏死或者缺血性坏死中的一种或者所有类型，以及治疗骨质疏松症。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过施加由特异性和选择性的电以及电磁信号产生的场上调骨细胞中骨形态发生蛋白(BMP)基因表达用于治疗受损的或患病的骨的方法，本专利技术还涉及产生这种信号的装置。
技术介绍
被认为存在于多种生物组织与细胞中的生物电交互作用与活性是目前了解得最少的生理学过程之一。然而，最近已有大量研究涉及与某些组织与细胞的生长与修复相关的这些交互作用与活性。尤其是，目前很多研究针对通过电与电磁场刺激与它们对骨和软骨生长与修复的影响。研究人员相信这样的研究可用于开发用于多种医学难题的新型治疗方法。在通常已知为骨质疏松症的疾病中，骨脱矿质并变得异常稀疏。骨包含细胞与基质的有机组分与无机或者矿物成分。细胞与基质包含充满给予骨硬度的磷酸钙(85％)与碳酸钙(10％)的矿物成分的胶原纤维支架。虽然通常认为老年人易患骨质疏松症，但是某些类型骨质疏松症可能感染骨未受机能性应力影响的所有年龄的人。在这样的病例中，病人在延长的固定期间可能经历坚质骨与松质骨的显著损失。已知老年病人由于骨折后固定时不使用骨会引起骨损失；这可能最终导致已经骨质疏松的骨骼的继发性骨折。骨密度的降低可能导致椎骨塌陷、臀部、前臂、腕部、踝部的骨折，以及无行为能力的疼痛。需要对这种疾病进行其它的非-外科手术治疗。自从1979年美国食品和药品管理局(Food and DrugAdministration)的批准，脉冲电磁场(PEMFs)与电容耦合(CC)已被广泛用于治疗难愈合骨折以及骨愈合中的相关问题。这种治疗形式尝试的最初基础是观察到作用于骨上的物理应力引起微小电流的出现，伴随机械应力，所述微小电流的出现被认为是将物理应力转换成促进骨形成的信号的机制。与成功治疗不愈合骨折的直接电场刺激一起，利用PEMF与电容耦合(其中电极被置于治疗区的皮肤上)的非侵入性技术同样被认为是有效的。PEMFs在高度导电性的细胞外液体中产生较小的感应电流(Faraday电流)，而电容耦合直接在组织中产生电流；由此PEMFs与CC均模拟了内生电流。最初认为是由于发生在骨内晶体表面的现象的内生电流，已经证明主要是由于在包含带有固定负电荷的有机组分的骨小管内含有电解质的液体的运动，产生所谓的“流动电势”。骨内电学现象的研究已经证明了当软骨受到机械压缩时出现机械-电转换机制，引起骨基质中蛋白聚糖与胶原中液体与电解质在带有固定负电荷的的表面上的运动。这些流动电势在骨内起一定的作用，并且伴随着机械应力导致能够刺激可钙化基质的骨细胞合成的信号转导，并由此形成骨。直流电流、电容耦合以及PEMFs在骨科治疗中的主要应用是不愈合骨折的愈合(Brighton等，J Bone Joint Surg 632-13，1981；Brighton和Pollack，J Bone Joint Surg 67577-585，1985；Bassett等，Crit RevBiomed Eng，17451-529，1989；Bassett等，JAMA，247623-628，1982)。已经报道了成人髋部无血管坏死与儿童Legg-Perthe氏疾病的临床反应(Bassett等，Clin Orthop，246172-176，1989；Aaron等，Clin Orthop，249209-218，1989；Harrison等，J Pediatr Orthop4579-584，1984)。同样已经显示PEMFs(Mooney，Spine，15708-712，1990)与电容耦合(Goodwin，Brighton等，Spine，241349-1356，1999)可以显著地提高腰椎融合术的成功率。还有增进周围神经再生与功能并且促进血管生成的报道(Bassett.Bioessays，636-42，1987)。与安慰剂治疗的病人相比，患有类固醇注射及其他传统的方法难治愈的永久性旋转肌群肌腱炎的病人显示显著的疗效(Binder等，Lancet，695-698，1984)。最后Brighton等人已经证明大鼠中合适的电容耦合电场既可预防又可逆转脊柱腰段椎骨的骨质疏松症(Brighton等，JOrthop Res，6676-684，1988；Brighton等，J Bone Joint Surg，71228-236，1989)。最近，这个领域的研究集中在对组织与细胞的效应刺激上。例如，已经推测直流电流不穿透细胞膜并且通过细胞外基质分化作用实现控制(Grodzinsky，Crit Rev Biomed Eng，9133-199，1983)。与直流电流相反，已经有报道说PEMFs可以穿透细胞膜并或者对它们进行刺激或者直接影响胞内的细胞器。一个有关PEMFs对细胞外基质的作用与体内软骨内骨化的研究发现软骨分子合成的增加与骨小梁的成熟(Aaron等，J Bone Miner Res，4227-233，1989)。最近，Lorich等(ClinOrthop Related Res，350246-256，1998)以及Brighton等(J Bone JointSurg，83-A，1514-1523，2001)报道电容耦合电信号的信号转导是通过电压-门控钙离子通道进行的，而PEMFs或组合电磁信号是通过钙离子从细内贮藏处的释放进行的。在所有三种类型的电刺激中，细胞溶质钙增加，随后活化的(细胞骨骼)钙调节蛋白增加。1996年由本专利技术者报道了周期双轴0.17％机械应力在培养的MC3T3-E1骨细胞中引起TGF-β1mRNA的显著增加(Brighton等，Biochem Biophys Res Commun，229449-453，1996)。接着在1997年进行了几项重要的研究。在一项研究中报道同样的周期双轴0.17％机械应力在类似的骨细胞中引起PDGF-A mRNA的显著增加(Brighton等，Biochem Biophys Res Commun，43339-346，1997)。还有报道60kHz电容耦合的20mV/cm电场在类似的骨细胞中引起TGF-β1的显著增加(Brighton等，Biochem Biophys Res Commun，237225-229，1997)。然而，这种场对其他基因的影响在该文中未有报道。在上面-引用的题为“通过施加特异性且选择性的电以及电磁信号调节基因(Regulation of Genes Via Application of Specific and SelectiveElectrical and Electromagnetic Signals)”的母案专利申请中，公开了用来确定用于产生调节患病或者受损组织靶基因的场的特异性且选择性电以及电磁信号的方法。本专利技术基于在其中描述的技术，描述了通过施加由特异性且选择性电以及电磁信号产生的场调节一种称作骨形态发生蛋白基因表达的靶基因家族表达的方法，用于作为其它治疗的辅助治疗治疗新鲜骨折(fresh fracture)，骨折危险(fracture at risk)，延迟愈合，不愈合骨折，骨缺损，脊柱融合，骨坏死或者缺血性坏死中的一种或者所有类型，以及治疗骨质疏松症。专利技术概述本专利技术涉及通过施加由特异性且选择性的电和/或电磁信号产生的场调节骨细胞中骨形态发生蛋白的基因表达。通本文档来自技高网...
【技术保护点】
特异性和选择性上调组织中骨形态发生蛋白的基因表达的方法，其包括步骤： ａ．产生至少一种特异性和选择性的信号，当将所述信号施加到组织上时该信号具有所选择的用于上调通过ｍＲＮＡ测量的骨形态发生蛋白（ＢＭＰ）的基因表达的信号特征；以及 ｂ．以预定间隔将骨组织暴露于由特异性和选择性的信号产生的场以预定的持续时间，从而上调通过ｍＲＮＡ测量的ＢＭＰ的表达。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔T布莱顿，
申请(专利权)人：宾夕法尼亚大学理事会，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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