破坏正在分裂的细胞的方法和装置的制作方法

专利名称：破坏正在分裂的细胞的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及选择性破坏正在分裂的细胞，尤其涉及，选择性破坏正在分裂的细胞的方法和装置。
通常，肿瘤的快速生长，特别是上述的恶性肿瘤，是因为这些细胞的分裂或增殖与正常组织的细胞相比相对频繁。癌细胞特别频繁的细胞分裂是现有癌症治疗方法的基础，例如，放射治疗和各种化疗试剂的应用。这些治疗基于正在分裂的细胞较非分裂细胞对辐射和化疗试剂敏感的事实。由于癌细胞较正常细胞分裂频繁，在某种程度上，使通过放疗和/或化疗选择性损害或破坏肿瘤细胞成为可能。细胞对辐射、治疗试剂等的实际敏感性还取决于不同种类正常细胞或恶性细胞的特性。因此，遗憾的是，癌细胞的敏感性与许多正常种类组织细胞相比还不够高。这使区别肿瘤细胞与正常细胞的能力降低，因此，现有的癌症治疗方法一般会明显损害正常组织，因此限制了这些治疗的效果。另外，对其他组织不可避免的损害使接受治疗的病人伤害较大，病人经常不能从看似成功的治疗中康复。另外，某些肿瘤对现有的治疗方法根本不敏感。
也有其他不单独依赖放疗或化疗的破坏细胞的方法。例如，用超声和电破坏肿瘤细胞的方法也可补充或代替常规的方法。在一般的电方法中，电流通过与病人身体相连的电极导入靶组织区。施加的电流基本上破坏了靶组织临近的所有细胞。因此，这种电方法没有区别对待靶组织区的不同类型的细胞，因此导致肿瘤细胞和正常细胞都遭到破坏。
在颁发给Manfano的美国专利No.6043066(′066)中给出了一种方法和装置，通过电场的方法使带有导电内核的、被一绝缘膜包围的分散的物质因绝缘膜不可逆的损坏而选择性失活。该方法和装置的潜在用途是可以选择和清除悬液中的某些生物细胞。根据此发明，将电场应用于欲选择的细胞导致这些肿瘤细胞的绝缘膜破坏，而有意地不影响其他想要的细胞亚群。根据本身的或诱导的特征性电穿孔临界值的差别来选择细胞。这种临界值的差别由许多参数决定，包括细胞大小差别。
因此′066专利中的方法基于这样的假设由于细胞大小及细胞膜的绝缘性的差别，肿瘤细胞和正常细胞的电穿孔临界值明显的不同。基于这种假设，较大的许多种类的肿瘤细胞对电穿孔比较敏感，因此，通过施加合适的电场，有可能只选择性地破坏较大的肿瘤细胞的细胞膜。该方法的一个缺点是这种识别能力较多地依赖细胞的种类，例如，正常细胞与肿瘤细胞大小的差别，这种差别只在某些类型的细胞中明显。该方法的另一个缺点是，由于大小及膜绝缘性的差别是大量统计的结果，而实际的细胞几何形状和绝缘性可能相差很大，因此，使用的电压可能破坏一些正常的细胞以及可能不会将所有的肿瘤细胞破坏。
所有活的生物体通过细胞分裂进行增殖，包括组织培养物、微生物(如细菌、支原体、酵母、原生动物和其他单细胞生物体)、真菌、藻类、植物细胞等。通过基于正在分裂的这些生物体的细胞对某些试剂的敏感性的方法可以破坏生物体的正在分裂的细胞，或者控制其增殖。例如，某些抗生素可以停止细菌的增殖过程。
真核细胞的分裂称为“有丝分裂”，其包括九个明显的阶段(参见Darnell等，Molecular Cell Biology，New York；Scientific AmericanBooks，1986，149页)。在细胞分裂间期，细胞复制分裂早前期浓缩的染色体DNA。此时，中心体(每个细胞含有2个)开始向相对的细胞极点移动。在细胞分裂的中前期，每条染色体由两条染色单体组成。微管纺锤体从靠近极点的中心体相邻的区域向外辐射。到晚前期时，中心体到达极点，一些纺锤丝伸展到细胞的中心，而其他的从极点伸展到染色单体。然后，细胞进入分裂中期，这时染色体移向细胞的赤道并排列成一赤道平面。接下来是细胞分裂的旱后期，在此期间，子代染色单体通过沿纺锤丝向相对的极点处的着丝点移动在赤道处彼此分开。细胞开始沿着极轴伸长，两极之间的纺锤体也伸长。晚后期时每个子染色体(不这样称呼)到达各自相对的极点。此时，在细胞的赤道处开始形成卵裂沟，胞质分裂开始。换句话说，在晚后期时，细胞膜开始收缩。在细胞分裂末期，胞质分裂接近完成，纺锤体消失。只有一较窄的膜连接两部分细胞质。最后，膜完全分开，胞质分裂完成，细胞进入分裂间期。
在减数分裂中，细胞进行第二次分裂，涉及姐妹染色体分开沿纺锤丝至细胞相对的两极，接着形成卵裂沟及细胞分裂。但是，此次分裂不进行染色体的复制，产生了一个单倍体胚细胞。
细菌也经过染色体的复制进行分裂，然后细胞分开。但是，子染色体通过黏附膜组分上而分开，不出现可见的类似于真核细胞中的导致细胞分裂的结构。
本领域所需的、目前还没有的杀死正在分裂细胞的方法是能够较好地区分正在分裂的细胞(包括单细胞生物体)和非分裂细胞，并且能选择性地破坏正在分裂的细胞或生物体，同时基本上不影响非分裂细胞或生物体。
本发明的方法和装置的主要用途是通过选择性破坏肿瘤细胞而基本上不影响正常组织细胞的方法治疗肿瘤，因此，下文所述的发明是选择性破坏肿瘤细胞。但是应当理解为，为了描述的方便，术语“细胞”也指单细胞生物体(真细菌、细菌、酵母、支原体)、多细胞生物体(真菌、藻类、霉菌)以及通常不被归类为“细胞”的植物及它们的一部分。本发明的方法能通过比现有方法更有效和更准确(例如，更适于针对特异靶位)的方式选择性的破坏正在分裂的细胞而选择性的破坏肿瘤细胞。进一步地，本发明的方法即便会对正常组织产生损伤，也是较小的损伤，因此，降低或削弱了现有选择性破坏方法，如放疗和化疗的许多副作用。本发明方法所述的正在分裂细胞的选择性破坏不依赖于细胞对化学试剂或辐射的敏感性。事实上，正在分裂的细胞之破坏是基于正在分裂的细胞与非分裂细胞相比不同的几何特征，与被处理的细胞种类的几何形状无关。
本发明的实施方案中，活组织的依赖细胞几何形状的选择性破坏是通过下面所述的在细胞中引入非均匀电场完成。
本发明的研究者发现，虽然不同细胞在非分裂状态时具有不同的形状，例如，球型的、椭圆型的、圆柱型的、扁平型的等，但几乎所有细胞在分裂过程的晚后期及末期都形成“卵裂沟”。卵裂沟是细胞膜的慢慢收缩(在两套子染色体之间)，不断增长为裂缝(如凹槽或凹缝)，并逐渐将细胞分开形成两个新细胞。在此分裂过程中存在一个过渡阶段(分裂末期)，在此期间，细胞结构基本上是通过由细胞物质形成的“窄桥”内部相连的两个亚细胞。当两个亚细胞间的“桥”破裂，分裂过程完成。如下所述，本发明的实施方案选择性破坏肿瘤细胞就利用了正在分裂细胞之独特的几何特征。
当一个细胞或一群细胞在自然状态或环境下，即活组织的一部分，它们处于由主要由胞间电解液和主要由胞内电解液组成的其他细胞构成的导电性环境中。当通过在组织间加一电势将一电场引入到活组织时，如果在组织中确实引入了电流，就会在组织中形成电场，特异电场力线分布和构型确定了组织中电流途径。电场的分布和构型是由组织的各种参数决定的，包括不同组织组分的几何和电学特性及相对的导电性、电容、绝缘常数(其可视频率而定)。
对于恒定电场或具有相对较低频率的交流电场，在确定电场分布时可以忽略多种系统组分的绝缘性。因此，近似地讲，不同组织的相对电阻或导电性可合理地代表了组织特性。在此条件下，细胞间液和细胞内液都具有相对低的电阻，而细胞膜具有非常高的电阻。因此，在此条件下，只有一部分电场产生的电场力线或电流可以穿透细胞。这些场力线或电流可以从最靠近产生电场或电流的极点处的细胞膜部分穿透细胞。然后，电流通常在细胞内均一的电场作用下，以相同的形式穿过细胞，并在最靠近另一极点的细胞膜处离开细胞。
正在分裂的细胞中的电流流动形式非常不同和独特。这些细胞包括第一和第二亚细胞，即“原始”细胞和新生成的亚细胞，其通过细胞质“桥”或“颈”相连。电流从电流源(current source)的极点处细胞膜穿透第一亚细胞；但是，不是从比较靠近对侧极点处(即电流接收处(current sink))的细胞膜离开第一亚细胞。实际上电流线而是在连接颈或细胞质桥处汇集，由此使电流线密度极大增强。在第二亚细胞中产生一个相应的“镜像”过程，使离开连接桥时的电流线分成较低的密度分布，最后在最靠近电流接收处的细胞膜处离开第二亚细胞。
众所周知，将不带净电荷的物体置于均匀电场中，尽管该物体可被极化，但也没有净电力作用其上。但是，将该物体置于非均匀会聚或发散电场中时，就会有电力作用其上，并将其向较高密度电场力线方向推动。对于正在分裂的细胞，在两个细胞间的细胞质桥的方向上施加电力。由于所有细胞内的细胞器都是可极化的，所以都会被驱向细胞间的桥。因为电场的极性与电力方向无关，因此，利用一交流电场可以产生基本上相同的效果。在非均匀电场中，电力作用于大分子或胞内细胞器及所述大分子和胞内细胞器产生这种相应的运动是本领域公知的。
细胞器向桥的运动破坏细胞结构，使连接桥细胞膜附近的压力增加。这种细胞器对连接桥细胞膜的压力将使连接桥细胞膜破裂，并因此可以预计在此压力下的正在分裂细胞会破裂。这种破坏细胞膜及其他细胞结构的能力可以通过施加脉动交流电场而不是稳定的交流电场得到加强。当在组织上施加脉动电场时，作用在胞内细胞器上的电力就产生一种“捶击”的效果，由此每秒钟对细胞器产生数次的力脉冲(或击打)，加强了不同大小和质量的细胞器从两个亚细胞向连接桥(或颈)处的运动，从而增加了连接桥处的细胞膜破裂的可能性。施加在胞内细胞器上的力也影响细胞器本身，使细胞器破裂。
但是需要注意的是，对于有效破坏正在分裂的细胞之电场，其方向应适合于正在分裂细胞的几何形状。例如，垂直于连接桥轴的电场就不起作用。因此，根据本发明，为了有效破坏绝大多数正在分裂的细胞，施加在肿瘤组织上的电势优选地相对于肿瘤组织旋转。选择地，由于细胞如上皮细胞不是空间定向的，在分裂或多次分裂过程中经常改变它们的方向，因此，如果施加足够长时间的电场预计会影响所有正在分裂的细胞。不连续的，如周期性的施加电场持续较长一段时间，如通-断几小时，预计也可以破坏所有的肿瘤细胞。
分裂相对频繁的正常细胞可能会对电场比较敏感。这类细胞主要存在于造血系统、卵巢或睾丸、某些皮肤层和胚胎中。在这些组织中可能产生不希望产生的正常细胞的破坏，就象在传统的化疗和放疗方法治疗癌症的过程中发生的那样。因此，发明优选的实施方案中选择性地使用电场以避开快速分裂的正常细胞区，例如，通过遮蔽电极或局部应用电极。可以通过导电物质如铜、铝、钢等遮蔽电极。另外或选择地，可以将电场选择性地定位于特定的区域，例如，控制诱导电场电极的分布。另外或选择地，可以通过积极的手段控制电场，例如，在需要保护的地方施加相反极性的辅助电场，去抵消主要电场在欲保护区域产生的效应。
在发明的实施方案中，通过在体内希望治疗的区域放置金属电极来产生电场，方法是与或不与皮肤真正接触。如果不希望电流通过电场，可以将电极电学上绝缘隔离。可以在活组织中引入电极产生局部的内部电场，例如，穿过体腔或体表插入。通过适当控制电场的极性和电势，可以较高分辨率地控制和定向或定位电场，使其只在需要的部位发挥作用。另外，也可以利用波导管等物理器件定向电场使其进入已知的含有肿瘤的特定位点。
应该理解为，除了治疗生物体的肿瘤之外，本发明也可以用于其他应用。实际上，根据本发明的选择性破坏可以应用于任何通过分裂和复制进行增殖的生物体，例如，组织培养物、微生物如细菌、支原体、原生动物、真菌、藻类、植物细胞等。这些生物体通过形成如上所述的沟或槽进行分裂。随着沟或槽的加深，在生物体的两部分间形成一个类似于正在分裂的动物细胞的两个亚细胞间形成的窄桥。由于此类生物体被一层较低导电性的膜包被，类似于如上所述的动物细胞的细胞膜，因此正在分裂的生物体中的电场力线在两个部分的连接桥处汇集。汇集的电场力线产生电力驱使正在分裂的生物体中的可极化成分发生位移。
附图详述

图1A-1E是细胞分裂过程的不同阶段的简化横断面示意图；图2A和2B是如本发明实施方案所述，处于电场中的非分裂细胞示意图；图3A、3B和3C是如本发明实施方案所述，处于电场中导致细胞破坏(图3C)的正在分裂细胞的示意图；图4是一定时间内连续拍摄的一系列用来说明一般的细胞分裂过程的显微照片；和图5是一系列连续的用来说明处于本发明的电场中，导致细胞不能完成分裂过程的正在分裂的细胞显微照片。
发明详述图1A-1E涉及对细胞分裂过程的不同阶段的简单说明。图1A显示了细胞10的正常几何形状，可能是本领域公知的球型(如附图所示)、椭圆型、柱型、扁平型或其他细胞几何形状。图1B-1D显示细胞10的分裂过程的不同阶段，其生成了图1E所示的两个新细胞18和20。
如图1B-1D所示，细胞10的分裂过程的特征在于慢慢生成的裂缝12，其逐渐将细胞10分成称为亚细胞14和16的两个单位，该亚细胞最终形成新细胞18和20(图1E)。如图1D特别所示的分裂过程的特征在于一个过渡期，在此期间，细胞10的结构基本上是通过由细胞物质(细胞膜包围的细胞质)构成的窄桥相连的两个亚细胞14和16。
图2A-2B涉及对分别处于一相对低频和高频交流电势产生的电场中的非分裂细胞10的简要说明。细胞10包括细胞内的细胞器，例如细胞核30。在电极28和32之间施加交流电势，电极从外部缚在病人预先确定的部位，例如治疗肿瘤的附近。当细胞10在自然状态下，即活组织的一部分时，其处于主要由细胞间液组成的导电性的环境中(下文称“体导体”(volume conductor))。当在电极28和32间施加电势时，所得电场中的一些场力线(或电场在组织中诱导的电流)穿透细胞10，而其余的场力线(或诱导的电流)流向周围的介质。电场力线的特异分布基本上与该情形下的电流方向一致，并依赖系统组分的几何形状和电学性质，例如系统组分的相对导电性和绝缘常数，它们可能是频率依赖性的。在低频下，例如频率远远低于10kHz时，组分的导电性能决定电流，电场分布通常如图2A所描述。在高频时，例如10kHz-1MHz时，组分的绝缘性能非常明显，并最终决定电场分布，导致电场分布线通常如图2B所描述。
对于恒定(即DC)电场或低频交流电场(例如，频率低于10kHz)，各种组分的绝缘性能在确定电场分布上意义不明显。因此，近似地讲，关于电场分布，系统可以合理地用不同组分的相对电阻表示。在这种近似下，细胞间(即细胞外)液和细胞内液具有相对较低的电阻，而细胞膜11则具有相对较高的电阻。因此，在低频条件下，只有一部分的电场力线(或电场诱导产生的电流)穿透细胞10的细胞膜11。相反，在相对高频条件(例如10kHz-1MHz)下，细胞膜11的电阻相对于细胞间液和细胞内液降低，因此，穿透细胞的电流明显增加。应该注意的是，在非常高的频率时，即高于1MHz时，细胞膜电容可能使细胞膜电阻短路，因此，总的膜电阻可以忽略不计。
在上述的任何实施方案中，电场力线(或诱导的电流)从最靠近产生电流的电极的细胞膜部位11处穿透细胞10，例如最靠近正极28(这里也指“源”)。通过细胞10的电流形式通常是一致的，因为在上述近似条件下，细胞内诱导产生的电场基本是均匀的。电流从最靠近相对电极处的细胞膜部位11离开细胞10，例如负极32(此处也指电流接收处(sink))。
场力线与电流之间的区别可能由许多因素决定，例如，施加电势的频率以及电极28和32是否电学上绝缘。对于使用直流电或低频交流电的绝缘电极，实际中沿电场力线没有电流。在高频时，由于细胞膜(一定程度上相当于电容器的作用)的充放电，在组织中诱导产生了位移电流，该电流沿着电场力线。相反地，由非绝缘电极产生的电场通常产生某些形式的电流，特别是，直流或低频交流电场产生沿场力线的传导性电流，而高频交流电场既产生沿场力线的传导性电流，也产生沿场力线的位移电流。但是应该理解为，本发明可极化的胞内细胞器的移动(如下所述)不依赖于电流的实际流动，因此，绝缘的和非绝缘的电极在本发明中都可有效使用。不过绝缘电极具有低耗电量和在治疗部位产热量低的优点。
图3A-3C涉及对处于本发明实施方案所述的高频交流电场作用下的正在分裂的细胞10内电流形式的简要说明。场力线或诱导的电流从亚细胞16较靠近电极28的细胞膜部位穿透细胞10。但是，它们不从连接亚细胞16和新形成的、但还黏附着的亚细胞14之细胞质桥22处或其附近的细胞膜处离开。实际上，在亚细胞16中分布较宽的电场或电流在到达桥22(也称为“颈”22)时汇集，因此，电流/场力线密度在颈22处极大地增加。在亚细胞14中发生一个“镜像”过程，由此使在桥22处汇集的场力线在到达亚细胞14的离开区时发散。
本领域的技术人员应当理解均匀电场对电中性的物体(即净电荷为零的物体)不产生作用力，尽管这些物体也可成为极化的。但是，在非均匀电场中，如图3A-3C所示的汇集的电场会对极化的物体产生作用力，使其向高密度的电场力线的方向运动。在图3A和3B的分布图中，极化物体的运动方向是高密度的电场力线的方向，也就是亚细胞14和16间的细胞质桥的方向。本领域公知，所有的胞内细胞器，例如亚细胞14和16的细胞核24和26都是可极化的，因此，该胞内细胞器会被电力驱向桥22的方向。由于这种运动总是从低密度电流处到高密度电流处，因此，不管电场的极性如何，通过交流电场施加于细胞核24和26等的细胞器上的力的方向都是桥22的方向。文献中详细描述了被称为双向电泳现象的这种力及其引起的大分子或胞内细胞器的运动，例如，C.L.Asbury & G.van den Engh，Biophys.J.74，1024-1030，1998，其内容在此引用作为参考。
细胞器24和26向桥22的运动破坏了正在分裂细胞的结构，最终，汇集细胞器在桥22细胞膜处的压力使在桥22附近处的细胞膜11破裂，如图3C简单所示。破坏桥22处的膜11的能力及其他破坏细胞结构和组织的能力可以通过施加脉动交流电场，而不是稳定的交流电场得到加强。当施加一脉动电场时，作用于细胞器24和26的力产生“捶击”的效果，由此脉动力以所需的节奏(例如预先选定的每秒钟的击打次数)击打细胞器。这种“捶击”预计会加强胞内细胞器从亚细胞14和16向颈22处运动，因此增加在颈22附近的细胞膜11破裂的可能性。
应当理解电场在引起胞内细胞器所希望的运动中的效力依赖于电场相对于正在分裂细胞的方向。例如，垂直于桥22的纵轴(即垂直于附图所示的轴)的电场通常不会产生破坏细胞的效果。因此，在本发明的实施方案中对欲治疗的组织所施加的交流电势相对于组织旋转。另外或选择地，对那些在分裂中随机变换方向的细胞，可以通过施加足够长时间的电场破坏细胞，或者根据欲破坏的细胞的分裂周期周期性地重复施加电场，使电场力线最终可以在有效的方向上与所有的正在分裂细胞相互作用。但是应当理解，某些类型的细胞，例如上皮细胞，通常只在特定方向上分裂，因此，为了有效破坏此类细胞，电场的方向应调整为与细胞的分裂方向一致。
为了证明电场破坏肿瘤细胞的预期效果，以下举例分析在中等速度生长的肿瘤细胞上施加电场的效果，例如，在6个月中体积从1cm2倍增至2cm2的肿瘤。在这样的肿瘤中，平均每个细胞每20-30分钟分裂一次，并且每次分裂在分裂阶段(图1B-1D)持续大约10-20分钟。例如，在该肿瘤上施加电场持续总共大约两个小时(该期间可分成几个部分)，就很可能将所有肿瘤细胞破坏，而不损害肿瘤组织附近的正常(即非分裂)细胞。这种预期的结果不仅适用于原发的肿瘤组织，也适用于在不同部位出现的具有相同性质的转移肿瘤组织。因为本发明的方法基本上不损害非分裂的细胞，因此该方法可以用于预防治疗，甚至在肿瘤可被检测到之前消除肿瘤，由此正常组织不会被过多的或不必要的治疗损害。
应当理解某些正常细胞，例如，造血系统中的细胞、卵巢细胞或睾丸细胞、皮肤细胞和胚胎细胞等，分裂相对频繁，因此可能对电场比较敏感。在现有的肿瘤治疗中(如放疗或化疗)也出现这种情况。因此，在本发明的实施方案中，将包括敏感(即频繁分裂)正常细胞的区域选择性排除在电场覆盖的区域之外，和/或避开施加的电场。可以通过在敏感区周围放置铜、铝、钢等导电材料以消耗电场的方法进行屏蔽。另外或选择地，电场可以选择性地施加在特异的靶部位，例如，通过控制产生电场的电极28和30的分布。另外或选择地，可以将电极插入体内和置于靶组织附近，由此在欲破坏的细胞附近产生一局部电场。
在本发明的实施方案中，通过在所希望的区域安置(可以与皮肤实际接触或不接触)金属电极在体内产生电场。通过适当控制电场的极性和电势，可以较高分辨率地控制和定向或定位电场使其只在需要的部位发挥作用。另外或选择地，也可以利用波导管等物理器件定向电场，且使其进入已知的含有肿瘤的特定位点。
图4提供了一段预定的时间内连续拍摄的一系列显示在未施加电场情况下一般的细胞分裂过程的显微照片。在本实施方案中，细胞是BHK(幼仓鼠肾细胞)。显微照片拍摄间隔为40分钟。细胞在标准培养基(DMEM)中培养。上述每幅照片的时间是以小时和分钟计(hrmin)。为比较清楚地显示细胞的分裂将照片放大500倍。在每幅照片中用一椭圆标记目的区域。照片A显示正在分裂的细胞在分裂之前的位置。非分裂的细胞正常地平铺在组织培养板上。此时，在照片中不能将细胞与周围细胞区分开来。在照片B中可以看到细胞准备分裂，并是比较圆的球型。当细胞呈现这种一般形状时，就能比较清楚地与周围细胞区分开。随着分裂过程继续进行，正在分裂的细胞形成照片C所示的裂缝并呈现照片D所示的沙漏型。在照片E中，正在分裂的细胞分裂成两个独立的细胞并彼此离开，如照片F所示。在照片G中，子代细胞开始平铺，并最终在照片H中消失。
图5是一段预定的时间内拍摄的一系列连续的显微照片，用来说明本发明方法的应用情况。更具体地，图5显示在本发明的电场作用一定时间下的BHK细胞被停止的分裂。在本实施例中，显微照片拍摄6个小时。而在前1小时40分钟激活电场。在标准培养基中培养细胞。场强为78V/cm，频率为100KHz。上述每幅照片的时间也是以小时和分钟计(hrmin)。在该实施例中，放大倍数为250，并用一椭圆标记出目的区域。
照片A显示电场作用下正在分裂的细胞。该细胞从培养板凸起并具有裂缝。大约40分钟后，如果预计分裂过程将完成，照片B中的细胞维持球型，此时，看不到在图4中可识别到的裂缝。再过40分钟以后，如照片C中所示，正在分裂的细胞，不能完成分裂过程。照片D是关掉电场20分钟后拍摄的。在该照片中正在分裂的细胞仍处在分裂过程，并呈通常的沙漏型。接下来的照片E到I(隔40分钟拍摄一次)显示在剩余的拍摄过程(3小时)内细胞维持在通常的沙漏型，并不能完成分裂过程。
此处所用的术语“肿瘤”指包含失控生长的转化细胞的恶性组织。肿瘤包括白血病、淋巴瘤、骨髓瘤、浆细胞瘤等以及实体瘤。本发明可以治疗的实体瘤的实施例包括癌和肉瘤，诸如但不限于纤维肉瘤、黏液肉瘤、脂肪肉瘤、软骨肉瘤、成骨肉瘤、脊索瘤、血管肉瘤、内皮肉瘤、淋巴管肉瘤、淋巴管内皮肉瘤、滑膜瘤、间皮瘤、尤因氏瘤、平滑肌肉瘤、横纹肌肉瘤、结肠癌、胰癌、乳房癌、卵巢癌、前列腺癌、鳞状细胞癌、基底细胞癌、腺体癌、汗腺癌、皮脂腺癌、乳头癌、乳腺癌、囊腺癌、髓状癌、支气管癌、肾细胞癌、肝细胞癌、胆管癌、绒毛癌、精原细胞癌、胚胎肿瘤、维耳姆斯氏瘤、颈癌、睾丸癌、肺癌、小细胞肺癌、膀胱癌、上皮癌、神经胶质瘤、星形细胞瘤、成神经管细胞瘤、颅咽管瘤、室管膜瘤、松果体瘤、成血管细胞瘤、听觉神经瘤、少突神经胶质细胞瘤、脑膜瘤、黑素瘤、神经母细胞瘤和成视网膜细胞瘤。因为这些肿瘤中的每一种都快速生长，因此，任一种都可用本发明进行治疗。本发明特别有利于治疗利用手术和放射很难治疗的、通常不能用化疗或基因治疗的脑部肿瘤。另外，因为利用本发明提供的局部治疗的便利，所以本发明适于治疗皮肤癌和乳房癌。
另外，本发明可以通过对进行不当生长的组织施加本发明所述的电场，来控制与非恶性的或恶性前状况有关的失控生长，以及涉及不当细胞或组织生长的其它疾病。例如，可以预计到本发明可以治疗动静脉畸形，特别是颅内部位的。本发明也可用于治疗牛皮癣，一种以炎症和血管增殖为特征的皮肤病；以及良性的前列腺肥大，一种与炎症和可能的血管增殖有关的疾病。也可预计到对其他过度增殖性疾病的治疗。
另外，创伤治疗中产生的不希望出现的成纤维细胞增殖和内皮细胞的增殖(其可导致手术或受伤后伤疤和瘢痕瘤的形成)以及血管成型术后的再狭窄都可以通过施加本发明所述电场而抑制。本发明的非介入性特性使其特别适用于这些状况，特别是预防内部伤疤和粘连的生成，或者适用于抑制冠状动脉、颈总动脉及其他重要动脉的再狭窄。
因此，本发明提供了一种有效的、简单的选择性破坏正在分裂细胞(例如，肿瘤细胞和寄生的生物体)的方法，在含有正在分裂和非分裂两种细胞或生物体的组织上应用该方法时，非分裂的细胞或生物体不受影响。因此，与许多常规的方法不同，本发明不损害正常的细胞或生物体。另外，本发明不是基于细胞的种类(例如不同大小的细胞)区分细胞的，因此，可以用于治疗许多类型的具有广谱性质包括具有不同尺寸的细胞。
本领域的技术人员应该理解，本发明不仅限于迄今所述的实施方案和涉及的附图。本发明而是只由下列权利要求所限定。
权利要求
1.一种选择性破坏活组织中正在分裂的细胞的方法，正在分裂的细胞具有可极化的细胞内组分，该方法包括步骤将活组织置于第一电场中，其中第一电场在细胞分裂的晚后期或末期通过正在分裂的细胞，将电场转换为非均匀电场，该非均匀电场在卵裂沟处产生一个密度增强的电场，在正在分裂细胞中产生的非均匀电场足以使可极化的细胞内组分向卵裂沟方向移动，直到细胞内组分将卵裂沟破坏而导致正在分裂细胞破坏。
2.权利要求1所述的方法，其中卵裂沟是细胞质桥膜的形式。
3.权利要求1所述的方法，其中第一电场具有足够的频率使正在分裂的细胞中产生的非均匀电场确定了通常汇集在卵裂沟处的电场力线，由此确定了密度增强的电场。
4.权利要求1所述的方法，其中将活组织置于第一电场中的步骤包括将活组织置于足够频率的交流电势中，使相关的电场力线穿透正在分裂的细胞并在正在分裂的细胞中形成非均匀电场。
5.权利要求1所述的方法，其中将第一电场转换为非均匀电场的步骤包括在正在分裂的细胞中形成电力将细胞内可极化组分拉向密度增强的电场区域。
6.权利要求1所述的方法，其中可极化的细胞内组分是细胞器。
7.权利要求1所述的方法，其中将活组织置于第一个电场中的步骤包括将活组织置于足够频率的脉动交流电势中使正在分裂的细胞中形成非均匀的电场。
8.权利要求1所述的方法，其中将活组织置于第一电场中的步骤包括将活组织置于一频率为大约10kHz至大约1MHz的交流电势中。
9.权利要求1所述的方法，其中正在分裂的细胞包括第一亚细胞和第二亚细胞及在晚后期或末期连接二者的卵裂沟。
10.权利要求1所述的方法，其中将活组织置于第一电场中的步骤包括提供第一电极；提供第二电极；在第一电极和第二电极之间施加一交流电势，其中将第一电极和第二电极置于欲治疗的活组织的附近。
11.权利要求1所述的方法，进一步包括步骤将第一个电场源相对于活组织旋转。
12.权利要求1所述的方法，其中细胞内组分向卵裂沟的运动增加了作用于卵裂沟处的压力，该增加的压力使卵裂沟区域膨胀，导致卵裂沟断开并导致正在分裂细胞的破坏。
13.权利要求1所述的方法，其中将活组织置于第一电场中一段预定的时间。
14.权利要求1所述的方法，其中一段预定的时间少于大约2小时。
15.权利要求1所述的方法，进一步包括将第一电场移开一段预定的时间；以及该预定的时间过后重新将活组织置于第一电场中。
16.权利要求1所述的方法，其中第一电场是基本均匀的电场。
17.一种选择性破坏活组织中正在分裂的细胞的方法，正在分裂的细胞包含可极化的细胞内组分，该方法包括步骤将活组织在细胞分裂的晚后期或末期置于电场中，该电场足以引起可极化的细胞内组分在正在分裂细胞内产生的非均匀电场的作用下向连接正在分裂的细胞的卵裂沟方向位移，可极化的细胞内组分的位移引起卵裂沟的破裂，从而导致正在分裂细胞的破坏，而活组织中的非分裂细胞保持完整。
18.权利要求17所述的方法，其中将活组织置于第一个电场中的步骤包括将活组织置于一频率为大约10kHz至大约1MHz的交流电势中。
19.一种选择性破坏细胞正在分裂的生物体的方法，该生物体包含可极化的细胞内组分，并且在细胞分裂的晚后期或末期通过卵裂沟彼此黏附，该方法包括步骤将生物体置于电场中，该电场足以引起可极化的细胞内组分在生物体内产生的非均匀电场的作用下向卵裂沟方向位移，在正在分裂的细胞内产生的该非均匀电场引起的可极化的细胞内组分的位移引起卵裂沟的破裂，从而导致正在分裂的生物体的破坏。
20.一种选择性破坏活组织中正在分裂的细胞的装置，正在分裂的细胞含有可极化的细胞内组分，该系统包括第一电极；第二电极，其中将第一电极和第二电极置于欲治疗的活组织的附近；以及用于在第一电极和第二电极之间施加一交流电势的电场源，其中该电场通过晚后期或末期的正在分裂的细胞，将电场转换为非均匀电场，该非均匀电场在卵裂沟处产生一个密度增强的电场，在正在分裂细胞中产生的非均匀电场足以使可极化的细胞内组分向卵裂沟方向移动，直到细胞内组分将卵裂沟破坏，导致正在分裂细胞破坏。
21.权利要求20所述的装置，进一步包括用于使电场源相对活组织旋转的装置。
22.权利要求20所述的装置，其中交流电势具有大约10kHz至大约1MHz的频率。
23.权利要求20所述的装置，其中，电场在通过正在分裂的细胞之前是基本上均匀的电场。
全文摘要
本发明提供了一种选择性破坏由正在分裂的细胞和非分裂细胞构成的活组织中正在分裂的细胞的方法和装置。正在分裂的细胞含有可极化的细胞内组分，在分裂的晚后期或末期，正在分裂的细胞通过卵裂沟彼此相连。根据本方法，将活组织置于电场条件下，其足以使可极化细胞内组分在正在分裂细胞内诱导产生的非均匀电场作用下向卵裂沟的方向运动。非均匀电场在卵裂沟处产生一密度增强的电场。可极化细胞内组分向卵裂沟方向的运动引起卵裂沟的破裂，导致正在分裂细胞的破坏，而活组织中的非分裂细胞保持完整。
文档编号A61N1/32GK1416466SQ01806416
公开日2003年5月7日 申请日期2001年2月16日 优先权日2000年2月17日
发明者约朗姆·帕尔蒂 申请人:约朗姆·帕尔蒂