[發(fā)明專利]利用電場選擇性遷移細(xì)胞的系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480002746.4
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN104780969A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙敏;馮俊鋒;張磊
• 申請（專利權(quán)）人: 加利福利亞大學(xué)董事會
• 主分類號: A61N1/20
• 分類號: A61N1/20;A61K38/18;A61N1/36
• 代理公司: 廣州市天河區(qū)倪律專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44348
• 代理人: 倪小敏

I.?政府權(quán)利聲明

本發(fā)明是在加州再生醫(yī)學(xué)研究所的政府資助下完成的，合同號RB1-01417。政府在本發(fā)明中享有一定的權(quán)利。

II.?發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明大體上涉及利用電場在神經(jīng)組織或其他類型組織中的細(xì)胞遷移。

III.?發(fā)明背景

腦損傷、腦退行性疾病和腦病通常對身體功能造成顯著影響。腦損傷的常見病因包括病變、創(chuàng)傷和中風(fēng)。治療這種損傷、疾病和病癥困難增加，因?yàn)槟X內(nèi)的神經(jīng)組織不可再生。

人體中大多數(shù)組織來源于被稱為干細(xì)胞的未分化細(xì)胞。這些基礎(chǔ)成分基于激素和其他局部信號而分化成特定的目標(biāo)實(shí)質(zhì)組織。科學(xué)證據(jù)表明，注射到特定組織中的干細(xì)胞會分化成對該宿主組織特異的細(xì)胞系。這種能力對于治療涉及器官的疾病是特別有興趣的，例如不能再生的脊髓、心臟和腦。

一個多世紀(jì)以來，電場已在實(shí)驗(yàn)室中被用來引導(dǎo)多種細(xì)胞類型的遷移。但是，應(yīng)用電刺激以用于人類和動物監(jiān)控并未非常成功。主要的阻礙在于與直流電電刺激相關(guān)的內(nèi)在有害作用，其顯著超過有利作用。電流在組織中產(chǎn)生熱，改變組織內(nèi)的pH，并且產(chǎn)生對細(xì)胞有害的電極產(chǎn)物。因?yàn)槿梭w組織是高度導(dǎo)電的，使得產(chǎn)生大電流流動，這明顯增加了對所刺激的組織的有害效果，這使得電刺激進(jìn)一步復(fù)雜化。因此，目前商業(yè)上沒有實(shí)現(xiàn)直流電腦刺激的裝置來調(diào)節(jié)腦中神經(jīng)干細(xì)胞和其他類型細(xì)胞的行為。

鑒于已知系統(tǒng)的缺陷，提供一種實(shí)現(xiàn)安全和有效的直流電刺激的系統(tǒng)和方法將是值得期待的。

IV.?發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了已知系統(tǒng)的缺陷，提供了用于在組織（如神經(jīng)組織）中遷移細(xì)胞的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)可包括被配置用于插入在組織中的第一和第二遞送電極（delivery?electrode）以及操作性地連接至所述第一和第二遞送電極的直流(DC)電源。該系統(tǒng)可進(jìn)一步包括操作性地連接至DC電源的可編程控制器，其中可編程控制器被編程以引導(dǎo)DC電源以足以造成細(xì)胞（如植入的細(xì)胞、內(nèi)源性細(xì)胞）在組織內(nèi)遷移的刺激與非刺激比率在第一遞送電極和第二遞送電極之間遞送電場。優(yōu)選地，所述刺激與非刺激比率為20:1秒至1:1秒的范圍及其部分，電場為5?mV/mm至500?mV/mm，從而引導(dǎo)遷移而不傷害細(xì)胞（例如植入的和/或內(nèi)源性干細(xì)胞，包括人神經(jīng)干細(xì)胞(hNSC)和它們的子代細(xì)胞）和周圍組織。

該系統(tǒng)可包括被配置用于插入在組織中且用于監(jiān)測電場的第一和第二監(jiān)測電極。所述可編程控制器可被配置以接收代表所監(jiān)測的電場的信號，并引導(dǎo)DC電源基于所接收到的信號遞送出經(jīng)調(diào)節(jié)的電場。第一和第二監(jiān)測電極可被連接至用來測定組織內(nèi)電壓的電壓計，和/或連接至用于測定組織內(nèi)電流的電流計。所述系統(tǒng)還可包括第一和第二腦電圖（EEG）電極，其被插入在神經(jīng)組織內(nèi)，或者可被設(shè)置在頭皮表面上。EEG電極被配置用來監(jiān)測神經(jīng)組織內(nèi)的EEG。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述系統(tǒng)包括被配置以在操作性地連接至可編程控制器的計算機(jī)上運(yùn)行的測量軟件。該測量軟件可被配置以監(jiān)測來自可編程控制器的測量值，并控制可編程控制器。

可編程控制器可被配置從而以經(jīng)選擇的刺激與非刺激比率來遞送電場，使得細(xì)胞在組織內(nèi)遷移，而經(jīng)選擇的天然細(xì)胞（例如星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞或它們的任何組合）不遷移或最小程度地遷移。可編程控制器可被編程以引導(dǎo)DC電源向第一遞送電極遞送正電荷以產(chǎn)生電場，或引導(dǎo)DC電源向第二遞送電極遞送正電荷從而產(chǎn)生電場，或兩者都是。這樣，可編程控制器可被編程以引導(dǎo)DC電源遞送電場，以使得干細(xì)胞向第一遞送電極或第二遞送電極或兩者遷移。此外，可編程控制器可被編程以引導(dǎo)DC電源以脈沖單相或非對稱雙相形式遞送電場。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供一種利用電場遷移細(xì)胞的方法。該方法可包括在組織中（例如神經(jīng)組織）插入第一和第二遞送電極，該第一和第二遞送電極操作性地連接至直流（DC）電源；以及通過DC電源，以足以導(dǎo)致細(xì)胞在組織內(nèi)遷移的刺激與非刺激比率在第一遞送電極和第二遞送電極之間遞送電場。該刺激與非刺激比率可被選擇以使得細(xì)胞在組織內(nèi)遷移而經(jīng)選擇的天然細(xì)胞不遷移或最小程度地遷移。

該方法可包括利用具有電場參數(shù)和刺激與非刺激比率的程序?qū)删幊炭刂破鬟M(jìn)行編程，其中遞送電場包括根據(jù)所述程序遞送電場和刺激與非刺激比率。所述方法可進(jìn)一步包括在組織中插入第一和第二監(jiān)測電極；利用第一和第二監(jiān)測電極監(jiān)測電場；在可編程控制器處接收代表所監(jiān)測的電場的信號；以及基于所接收的信號遞送經(jīng)調(diào)節(jié)的電場。