用于促进药物的组织递送的装置、系统及方法制造方法及图纸

提供一种用于例如通过细胞内和/或真皮递送向患者的生物组织施用药物的装置和方法。所述装置包含：压电脉冲发生器；以及电耦合到所述压电脉冲发生器的微针电极阵列，其中所述装置在所述微针电极插入到所述生物组织中之后被配置成产生一个或多个电脉冲并将所述一个或多个电脉冲递送通过所述微针电极，所述电脉冲能有效地对所述生物组织中的细胞进行电穿孔，且被配置成使得能够将药物递送到被电穿孔细胞中。细胞中。细胞中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于促进药物的组织递送的装置、系统及方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年5月29日提交的第63/031,767号美国临时申请的权益，所述美国临时申请以引用的方式并入本文中。
[0003]关于联邦资助的研究或开发的声明
[0004]本专利技术在政府支持下在由美国国家卫生研究院(National Institutes of Health)授予的授权号R01AI143844下进行。美国政府拥有本专利技术的某些权利。

技术介绍

[0005]本专利技术一般涉及向有需要人员施用治疗剂及预防剂的装置和方法的领域，且更具体地说涉及将治疗剂、疫苗、核酸等引入到生物组织中和/或穿过组织屏障的方法和装置，特别是当药物的作用位点位于细胞内时。
[0006]已研究出了许多制剂和装置，用于将药物、核酸、生物试剂(例如疫苗和治疗蛋白)递送通过皮肤并递送到细胞中。哺乳动物皮肤的角质层是一道有效屏障，特别是对于大于500道尔顿的分子，即使在使用穿透促进剂、超声波、电穿孔或微针时也是如此。使用超声波和电穿孔的常规装置通常需要昂贵的技术，并且在所有情况下都需要接入例如AC电源插座或电池等持续性电源。
[0007]细胞质膜是另一道有效屏障，特别是对于通常不被主动运输过程吸收的分子，即使在使用纳米颗粒、脂质、聚合物和其它制剂时也是如此。这对于基于遗传材料(例如DNA和RNA)的药物尤其重要。基于DNA的药物的作用位点通常在细胞核内。基于RNA的药物的作用位点通常在细胞胞质溶胶内。
[0008]因此，迫切需要一种用于真皮和细胞内药物递送的低廉装置，所述装置不需要例如超声波发生器和持续性电源(例如AC电源插座或电池)等辅助技术并且不需要可能产生不良副作用的化学制剂。

技术实现思路

[0009]提供基于电穿孔的药物递送装置和方法，其可克服与向患者施用药物的常规装置和方法相关联的一个或多个前述问题。
[0010]在一个方面中，提供一种装置以用于将药物施用到患者的生物组织中或穿过所述生物组织。在实施例中，所述装置包含：(i)压电脉冲发生器；以及(ii)电耦合到所述压电脉冲发生器的微针电极阵列，其中所述装置在所述微针电极插入到所述生物组织中之后被配置成产生一个或多个电脉冲并将通过所述压电脉冲发生器产生的所述一个或多个电脉冲递送通过所述微针电极，所述电脉冲能有效地对所述生物组织中的细胞进行电穿孔，且被配置成使得能够将药物递送到被电穿孔细胞中。在一些实施例中，所述装置包含药物且被配置成将所述药物释放到所述生物组织。在一些其它实施例中，所述药物不作为所述装置的一部分而提供，并且从单独供应源向所述生物组织施用所述药物。药物可以是分子大于500道尔顿的治疗剂或预防剂，例如包含核酸的那些药物。在一些实施例中，所述药物是疫
苗，例如RNA疫苗。
[0011]在另一方面中，提供一种用于将药物递送到生物组织中或穿过所述生物组织的方法。在实施例中，所述方法包含：(i)将所述装置定位成邻近于生物组织中的靶组织位点，所述装置包含电耦合到压电脉冲发生器的微针电极阵列；(ii)将所述微针电极插入到所述靶组织位点中；(iii)激活所述装置以将一个或多个电脉冲递送通过所述微针电极并递送到所述靶组织位点中，所述电脉冲能有效地对所述靶组织位点处的细胞进行电穿孔；(iv)以及将所述药物递送到所述靶组织位点的组织中。在一些实施例中，所述生物组织是哺乳动物皮肤或黏膜。在一些实施例中，所述靶组织位点包括真皮或表皮。在一些实施例中，先向所述靶组织位点施用所述药物再递送所述电脉冲，或在向所述靶组织位点施用所述药物的同时递送所述电脉冲。在一些实施例中，从或通过所述微针电极向所述靶组织位点施用所述药物。在一些其它实施例中，从所述装置的另一部分或从单独供应源向所述生物组织施用所述药物。
附图说明
[0012]图1A是根据本公开的一个实施例的药物递送系统的外壳和压电脉冲发生器的平面视图。
[0013]图1B是根据本公开的一个实施例的压电脉冲发生器的分解视图。
[0014]图2A和2B是根据本公开的实施例的微针电极阵列及其相关联金属板位于药筒壳体内时(图2A)或不具有药筒壳体时(图2B)的透视图。
[0015]图3是根据本公开的实施例的药物递送系统的透视图，所述药物递送系统包括(i)包含压电脉冲发生器的外壳和(ii)包括微针电极阵列的药筒。
[0016]图4是根据本公开的一个实施例的具有实心微针电极阵列的药筒的示意图。
[0017]图5是根据本公开的另一实施例的具有中空微针电极阵列的药筒的示意图。
[0018]图6A
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6D是根据本公开的一些实施例的微针电极阵列的电连接件的示意图。
[0019]图7A
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7F是根据本公开的一个实施例的电穿孔器的示意图。
[0020]图8A
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8C是根据本公开的一个实施例的用于电穿孔的压电脉冲发生器的代表性电输出分布的曲线图。
[0021]图9是示出使用微针电极阵列(MEA)或钳形电极的电穿孔之后大鼠皮肤中的GFP表达的曲线图。
[0022]图10A
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10B是示出小鼠接种SARS
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CoV
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2DNA疫苗之后的体液免疫应答(图10A)和病毒中和(图10B)的曲线图。
[0023]图11A
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11D描绘根据本公开的实施例的施用电脉冲期间的电压和电流的测量。示出用于测量电穿孔期间的电压(图11A)和电流(图11B)的电路的示意性说明。图11C和11D分别是电压和电流用商用台式电穿孔器进行脉冲调制之后的代表性曲线图。
[0024]图12是示出由如本文中所描述的电穿孔装置的一个实施例产生的皮肤中电场强度分布的计算机模拟结果。
具体实施方式
[0025]已开发出向患者施用药物的一种新型且改进的电穿孔装置和方法。所述方法和装
置特别适用于递送大于500Da的药物，例如包括核酸或其它生物试剂的那些药物。
[0026]如本文中所使用，术语“峰值电压”是指电极施加到生物组织时在电极两端达到的最大电压降；术语“峰
‑
峰电压”是指电极施加到生物组织时峰值正电压与峰值负电压之间的电压差；术语“峰值静态电压”是指电极直接施加到示波器引线上时电极两端达到的最大电压降；术语“峰
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峰静态电压”是指电极直接施加到示波器引线上时峰值正电压与峰值负电压之间的电压差；术语“峰值电流”是指通过生物组织的最大电流；术语“标称电场强度”是指电极两端的电压除以相反带电电极之间的间距；术语“初始脉冲长度”是指电极施加到生物组织时，从脉冲开始到电压首次返回到脉冲开始之前的电压的时间之间经过的时间；并且术语“总脉冲长度”是指电极施加到生物组织时，从脉冲开始到电压不再达到绝对值大于峰值电压绝对值的10％时的时间之间经过的时间。
[0027]装置和方法
[0028]所述装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将药物施用到患者的生物组织中或穿过所述生物组织的装置，其包括：压电脉冲发生器；以及电耦合到所述压电脉冲发生器的微针电极阵列，其中所述装置在所述微针电极插入到所述生物组织中之后被配置成产生一个或多个电脉冲并将所述一个或多个电脉冲递送通过所述微针电极，所述电脉冲能有效地对所述生物组织中的细胞进行电穿孔，且被配置成使得能够将药物递送到被电穿孔细胞中。2.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括(i)所述微针电极阵列从其延伸的基部，以及(ii)连接到所述基部且包含所述压电脉冲发生器的外壳。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述装置进一步包括所述药物且被配置成将所述药物释放到所述生物组织。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述药物包被在所述微针电极上。5.根据权利要求3所述的装置，其中：所述药物储存于所述装置中的一个或多个储集器中，所述微针电极的至少一部分各自在其表面上包含中空孔或凹槽，并且所述装置包含一个或多个导管，所述导管与所述一个或多个储集器和所述微针电极的所述中空孔或凹槽流体连通以用于传递所述药物。6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中所述药物呈含所述药物的颗粒的形式，例如载药脂质纳米颗粒或载药聚合物纳米颗粒。7.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中所述药物包括核酸。8.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中所述药物是疫苗。9.根据权利要求8所述的装置，其中所述疫苗是RNA疫苗或DNA疫苗。10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中所述微针电极由不锈钢制成。11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所述微针电极从一个或多个金属板延伸，所述金属板被配置成将所述电脉冲从所述压电脉冲发生器传导到所述微针电极。12.根据权利要求11所述的装置，其中所述微针电极的线性阵列从所述金属板中的每一者的一个边缘延伸。13.根据权利要求11或12所述的装置，其中所述板彼此平行且彼此间隔开。14.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所述微针电极从单个金属板延伸且所述阵列是二维阵列。15.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所述微针电极从至少一个非导电板延伸，并且其中电连接件设置于所述微针电极之间且被配置成将所述一个或多个电脉冲从所述压电脉冲发生器传导到所述微针电极。16.根据权利要求15所述的装置，其中所述电连接件定位于所述至少一个非导电板的表面上。17.根据权利要求15或16所述的装置，其中所述电连接件从所述至少一个非导电板的第一侧穿过所述至少一个非导电板中的孔横跨到所述板的对置第二侧。18.根据权利要求1至17中任一项所述的装置，其中所述微针电极各自包括不导电芯和覆盖微针芯的表面的至少一部分的导电电极材料。19.根据权利要求1至18中任一项所述的装置，其中所述压电脉冲发生器包括：
压电晶体，被配置成撞击所述压电晶体的表面的弹簧锁锤机构，所述弹簧锁锤机构能有效地产生所述电脉冲，以及用于将所述电脉冲传导到所述微针电极的电连接件。20.根据权利要求19所述的装置，其中所述压电晶体包括锆钛酸铅(PZT)、氮化硅、钛酸钡、石英、氧化锌或钨酸钠。21.根据权利要求19或20所述的装置，其进一步包括拨动开关，所述拨动开关具有被配置成释放由弹簧减压驱动的锤的楔形控制闩锁。22.根据权利要求21所述的装置，其进一步包括安置于所述锤与所述压电晶体之间的金属销钉。23.根据权利要求19至22中任一项所述的装置，其进一步包括用于所述压电晶体的壳体，其中所述电连接件由从所述壳体延伸的下部电极和侧部电极组成。24.根据权利要求23所述的装置，其进一步包括药筒，所述药筒包含所述微针电极阵列且包含用于与所述下部电极配对接合的第一托座和用于与所述侧部电极配对接合的第二托座，所述第一托座和所述第二托座与所述微针电极电连通。25.根据权利要求1至24中任一项所述的装置，其中所述微针电极阵列被布置成插入到1mm2至10cm2的组织区域中。26.根据权利要求1至2...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆罕默德，
申请(专利权)人：佐治亚科技研究公司，
类型：发明
国别省市：