本发明涉及影响上皮渗透性，特别是通过将其暴露于磁场中来提高上皮层的健全性(完整性)。一方面，本发明涉及通过提高角膜的健全性来治疗(处理)眼部病症。
背景技术：
身体的上皮表面提供机械屏障以抵抗来自外部的潜在有害影响，并且其属于身体防御的关键组成。上皮细胞间的粘附和细胞内的连接受各种因素的调控并且是形成上皮保护屏障的基础。穿过上皮的物质转移发生于或通过细胞(跨细胞转移)或通过细胞之间的细胞间隙(细胞旁路转移)，后者可能包括上皮屏障中的瞬时短暂断裂，但上皮功能中的许多细节仍然未知。其中之一，上皮状态影响对病毒、细菌和真菌感染以及对其他病理的易感性。例如，在角膜的情况中，上皮屏障的破坏可导致不适、疼痛、急性损伤、视力丧失和各种慢性综合征。上皮层的健全性可以通过几种方法来测定，例如通过荧光分子的细胞旁路通量来测定。
对于特殊的上皮组织(诸如肺泡组织)提出了改善上皮健全性的方法；例如，在治疗肺部疾病时考虑了大环内酯对上皮屏障功能的影响[Y.S.López-Boado和B.K.:Current Opinion in Pharmacology 8(2008)286-291]。
然而，影响上皮健全性的一般方法没有得到。因此，本发明的目的是提供一种提高上皮层健全性的方法。
特别地，角膜上皮是对有毒物质穿透(透过)进入前房的主要屏障并且有助于保护角膜，这是通过维持正常的水合作用和保持眼表健全性来进行。这种扩散屏障阻挡了极化物质，诸如水或离子，以及大分子和细胞的穿透，并且占健康角膜的总扩散屏障的50％。角膜上皮由五层细胞层的分层鳞状非角质化细胞和下面的基底层组成。屏障功能取决于上皮细胞紧密连接，其组装受细胞内和细胞外的钙调控。即使角膜表面的微小损伤，太小而不能在日常临床环境中识别，都可能导致角膜上皮屏障功能的损害，这种损害可通过目标荧光光度法在体内量化。角膜上皮功能障碍可使角膜易感于各种病理，包括潜在的危险细菌或真菌感染。几种全身的和眼部病症与角膜的屏障功能减弱相关，因此增加了对上述并发症的易损性。在糖尿病人群中看到实例，他们遭受了角膜屏障功能降低了五倍。上皮屏障功能减弱也与衰老有关，随着年龄的增长，上皮渗透性呈指数增加。另一实例是所谓的干眼(目涩，干眼病)(干燥性角膜结膜炎或干燥性角膜炎)的常见病症，它导致角膜上皮损伤和渗透增加。
在美国，干眼综合征(DES)影响超过2500万人，并且是人们去拜访他们的眼科医生的主要原因之一。在其最温和的形式中，DES导致以下令人烦恼的症状：眼部不适、疲劳和视觉障碍，其影响生活质量。在其更严重的形式中，DES导致慢性疼痛和视力波动。尽管DES非常普遍并且需要花费数十亿美元来管控，目前的治疗基本上不够，使其对于医生和患者两者来说都是令人沮丧的病症。在干眼中，通常在眼睛前方铺展并通过维持正常水合作用和保持眼表健全性来帮助保护角膜的泪膜变得不稳定并在眼睛表面上发展成干斑。在那些干斑中，表面上皮细胞死亡并脱落，同时扰乱角膜屏障功能并增加眼睛感染的风险。这些干斑中的神经末端变得不受保护，导致不适和疼痛。许多类型的滴眼剂已经被提供来改善受干扰的角膜上皮表面，但是它们的功效是有限的，并且不依从性仍然是普遍的问题。降低角膜渗透性的可能性可以帮助数百万遭受温和或严重角膜屏障缺陷的患者。已表明，暴露于磁场会调节一些组织的渗透性和血管张力[参见，例如，Okano H.等人：Bioelectromagnetics 20(3)(1999)161-71]。交变磁场显示出了减弱角膜的渗透性[WO 2014/181327]。因此，本发明的另一目的是提供一种通过采用磁信号来提高角膜上皮健全性的方法。
本发明进一步的目的是提供一种用于治疗眼部疾患的装置，包括通过使用磁场非侵入性地减弱角膜渗透性。
本发明的目的亦是提供一种用于提高角膜健全性的非侵入性磁系统。
本发明另外的目的是提供一种用于提高上皮层的屏障功能的磁系统。
随着描述的进行，本发明的其他目的和优点将显现。
技术实现要素：
本发明涉及一种用于处理上皮层的磁装置，包括磁脉冲的发生器，该磁脉冲的发生器在所述层附近、或者在距离所述发生器最高达10cm的距离处具有最高达3T，通常在0.05T和2T之间的幅值，并且持续时间(宽度)为从50μs至2000μs，诸如200μs与2000μs之间，其中所述幅值在所述脉冲期间以绝对值计至少200T/s的变化速率增加。在本发明的优选实施方式中，所述变化速率以绝对值计为至少1000T/s，诸如至少2,000T/s。所述变化速率可达到最高达100,000T/s，但在许多情况下，其以绝对值计将最高达25,000T/s。在一种实施方式中，该装置以以下速率来产生所述脉冲：至少1脉冲/s，通常最高达200脉冲/s，诸如5与150脉冲/s之间，例如10与100脉冲/s之间。所述装置有利地提高了所述上皮层的健全性。
本发明提供了一种非侵入性治疗(处理)与上皮层或上皮组织的健全性减弱或渗透性增加相关的病症的方法，包括在上皮层附近产生具有的幅值最高达3T且持续时间为从50μs与2000μs的磁脉冲，其中所述幅值在所述脉冲期间以以下变化速率来增加：以绝对值计至少200T/s，优选以绝对值计至少2,000T/s，通常以绝对值计最高达20,000T/s，其中脉冲的速率是至少1脉冲/s，通常最高达200脉冲/s，例如在5与150脉冲/s之间，诸如20-100脉冲/s。在本发明的一种实施方式中，相等的脉冲形成于0.5与20s之间的系列，接着信号中断，这种“序列”(“train”)可以根据需要而重复。在一种实施方式中，脉冲在1到10s的间隔内形成20-200脉冲的系列，接着中断，没有磁信号约1到100s，该序列可以重复，例如100次。当使用与磁场有关的“以绝对值计”的表达时，意图是在场强和其时间变化方面两者上都忽略方向。
本发明的一个方面，提供了一种用于处理角膜的磁装置，包括磁脉冲发生器，其在所述角膜附近、或者在距离所述发生器最高达10cm的距离处具有最高达3T的幅值，并且持续时间为从50μs与2000μs，其中所述幅值在所述脉冲期间以绝对值计为至少200T/s的变化速率来增加。在本发明的一优选实施方式中，所述变化速率以绝对值计为至少2,000T/s。所述变化速率以绝对值计通常可达到最高达20,000T/s。在一种实施方式中，该装置以以下速率产生所述脉冲：至少1脉冲/s，通常最高达200脉冲/s，优选地在5与150脉冲/s之间，例如在10与100脉冲/s之间。所述装置有利地提高了所述上皮层的健全性。另一方面中，本发明提供了一种非侵入性处理角膜的方法，包括邻近角膜处产生具有的幅值最高达3T且持续时间为从50μs与2000μs的磁脉冲，其中所述幅值在所述脉冲期间以以下变化速率来增加：以绝对值计为至少200T/s，优选以绝对值计为至少2,000T/s，通常以绝对值计为最高达20,000T/s，其中脉冲的速率最高达200脉冲/s，例如20-100脉冲/s。在本发明的一种实施方式中，磁场垂直于角膜表面；在另一实施方式中，垂直于角膜表面的磁场的分量为至少0.1T。术语上皮层与上皮组织或上皮相同的意义来使用；众所周知，上皮和内皮组织排列在动物体内的器官和血管的腔和表面，以层布置，这些层包括特定的表面和特定的取向。通常，垂直于生物细胞层表面的磁场分量优选为至少0.1T。在本发明的重要实施方式中，包括所描述的磁信号的装置和方法被用于处理生物细胞层，特别是其屏障功能或健全性受损或必须提高其健全性的层，或其渗透性必须减弱以达到所需医疗目标的层；所述层可包括任何类型的组织；在一优选的实施方式中，所述层包括内皮和上皮，以及相邻的组织层。重要的是，垂直于被处理的层表面的磁场分量为至少0.1T，在基本上非平面的层(诸如小的弯曲的层)的情况下，生成的场必须提供其在被处理的层的任何部位的垂直分量将达到至少0.1T的场，这可以在处理期间通过在所需方向上移动发生器或通过施加连续或不连续地改变方向的场来实现。
在本发明的一优选实施方式中，提供了用于治疗(处理)需要增加器官的上皮健全性或减弱上皮渗透性的症状或疾病的装置和方法，包括在所述器官附近产生具有的幅值最高达3T的磁脉冲，例如在0.1T和2T之间，诸如约1T，所述脉冲具有的持续时间为从50μs与2000μs，例如在100与2000μs之间，诸如约300μs，其中所述幅值在所述脉冲期间以以下变化速率来增加：以绝对值计为至少200T/s，例如至少1000T/s，诸如以绝对值计为在1000T/s与20,000T/s之间，其中脉冲速率最高达500脉冲/s，例如在10和200脉冲/s之间，诸如在15和100脉冲/s之间，例如约20脉冲/s。所述装置有利地提高所述上皮的健全性或减弱其渗透性。
在本发明的一优选实施方式中，提供了一种用于处理眼睛的磁装置和系统，包括施加到所述双眼或单眼(一个或多个眼睛)的变化磁场的发生器，该场在距离发生器最高达10cm的距离处、或在所述双眼或单眼附近具有从0.05至2T的强度，优选地，在垂直于被处理的角膜表面的方向上为0.1与1.5T之间；该场具有从5脉冲/s至500脉冲/s的速率，并且优选地生成的脉冲具有的持续时间为从50μs与2000μs，例如序列为0.5s至20s时间段的从10至100脉冲/s，接着静音间隔，例如从1至20s长，其中脉冲可以具有任何方向的正弦形状，可能地衰减，或其他形状。根据本发明的一种实施方式的用于处理眼睛的磁装置被配置成由需要处理的受试者佩戴。根据本发明的用于处理眼睛的装置可以具有与虚拟现实头戴式显示器或夜视镜相类似的形式，它也可以是桌上式装置，患者将下巴和/或前额支托在其上。重要的是磁场发生器放置在距被处理的组织调控适宜的距离处。
根据本发明的磁装置有利地被用于治疗或预防选自由以下组成的组的病症：眼睛干涩、肖格伦综合征( syndrome)、干燥性角膜炎、角膜炎、角膜上皮功能障碍、与糖尿病相关的角膜屏障功能减弱、与由于衰老而角膜渗透性增加相关的病症、角膜表面的轻微损伤、与佩戴隐形眼镜(接触镜)相关的病症、角膜的自愈能力减弱、来自污染环境的有害剂穿透到眼睛、抗穿透系统弱化、与角膜相关的炎症以及眼外科手术(诸如LASIK手术)后的角膜缺陷。
本发明提供一种非侵入性处理受试者眼睛的方法，包括在所述眼睛的角膜附近产生变化的磁场，该场具有从0.05至3T的强度，并且包括具有的持续时间在50与2000μs之间的脉冲。在本发明的一优选实施方式中，磁场表现出以绝对值计至少200T/s的幅值变化，通常在2,000和20,000T/s之间。在根据本发明的方法的优选实施方式中，眼睛处理旨在通过施加磁场来减弱角膜渗透性，从而保护眼睛免受有毒剂的进入或免于水流失，包括磁脉冲序列，为在数秒期间的10-200脉冲/s，接着几秒间隔，这些序列可以重复，例如在一段过程(session)期间最高达100次；根据达到的效果或根据预定的方案来重复该过程。根据本发明的方法包括治疗(处理)或预防选自由以下组成的组的病症：眼睛干涩、干燥性角膜炎、角膜炎、角膜上皮功能障碍、与糖尿病相关的角膜屏障功能减弱、与由于衰老而角膜渗透性增加相关的病症、角膜表面的轻微损伤、与佩戴隐形眼镜相关的病症、角膜的自愈能力减弱、来自污染环境的有害物剂穿透到眼睛、抗穿透系统弱化、与角膜相关的炎症。
具体实施方式
现在已经发现，某些类型的磁场在减弱角膜渗透性和提高角膜健全性上特别有效。以脉冲提供的磁信号包括大约0.2T的场强和大约13,000T/s的振幅变化，基本上减弱了受损的兔角膜对荧光素的渗透性，例如当以20脉冲/s的速率重复施加100μs脉冲时。
当采用至少0.1T的场，并以绝对值计为至少200T/s的变化速率来变化时，可以采用各种脉冲形状的信号。应理解的是，变化的磁场包括电分量(电磁场)，但由于技术原因，在产生本发明的开发工作中采用的发生器中调控磁分量，并且本发明的描述主要涉及磁分量。交变磁场可以诱导组织中的电场[P.J.Maccabee等人：J.Clin.Neurophysiol.8(1)(1991)38-55]，它可以影响细胞生长，它可以通过调节血管平滑肌细胞中的钙通道来调节血管张力和渗透性[Okano H.等人：Bioelectromagnetics 20(3)(1999)161-71]。确定涉及这种对磁场暴露的生理反应的潜在机制正在进行中，并提出了多种且可变的生物学机制[参见同一发明人的WO 2014/181327]。本发明人认为，至少在角膜处理的情况中，影响各种类型的组织(包括神经元)的诱导的电场和电流有助于整体效果。磁和电分量两者可以影响细胞功能，例如在上皮中，通过改变与存活、增殖、取向、迁移、分化、细胞粘附、蛋白质磷酸化、基因表达、代谢状态、RNAµ RNA表达及其他相关联的机制。例如，关于人类角膜，其包括数层，诸如角膜内皮、德斯密氏膜(Descemet's membrane)、角膜基质、鲍曼氏层(Bowman's layer)和角膜上皮，并且此外人类角膜是身体中最富神经的支配的结构之一，并且密集提供感觉和自主神经纤维；所提到的组织的磁和电刺激可以有助于整体积极的处理效果。
根据本发明的系统中采用的磁场包括电磁场，其中在邻近被处理的组织处的磁分量具有的强度在0.05与3T之间，诸如至少0.1T、或至少0.2T、或至少0.3T、或至少0.4T、或至少0.5T。在这种情况下，磁场的强度意味着脉冲的峰振幅。根据本发明的系统、方法或装置中采用的磁场包括在邻近被处理的组织处的强度为约0.1T或0.2T或0.3T或0.4T或0.5T或0.6T或0.7T或0.8T或0.9T或1T或1.2T或1.4T或1.6T，其中场振幅以绝对值为至少200T/s的变化速率来变化。值前面的术语“约”意味着值±10％；然而，应理解的是，所有实验值可以在一定误差内变化，并且通常将±10％的范围假定为这样的误差。可以在待处理的上皮组织附近或在邻近场发生器处考虑所述强度；发生器的距离通常可最高达15cm，诸如最高达10cm，例如在处理角膜的情况中，该距离可类似于眼镜距眼睛表面的距离。磁场可以是交变场，并且优选地是脉冲场，其具有的速率为5至500脉冲/s之间，诸如20脉冲/s。优选地，重复施加该场，包括优选长50与2000μs之间的脉冲，其作为序列以0.5至20s的时间段施加，通过间隔分开，可能具有类似的持续时间。总处理过程时间通常在1和60分钟之间。在一些实施方式中，处理过程进行最多达30分钟，在该过程内具有各种布置的脉冲，包括0与200脉冲/s之间的脉冲速率；过程可包括几个不同的部分，例如包括20、0、50和200脉冲/秒的速率。
在一种实施方式中，本发明提供了用于治疗(处理)与角膜健全性减弱相关的眼部病症的装置，该装置可以由人佩戴，其中结合有磁场发生器。发生器可以生成不同参数的磁场。磁场到达眼睛。角膜渗透性的降低保护角膜免受物理伤害，例如在患有眼睛干涩的人中。
某些磁刺激降低角膜的渗透性，有益地影响患有眼睛干涩的人或佩戴隐形眼镜的人，这些人受到眼睛润滑作用降低的折磨，已知这会使角膜更容易受到不同类型的伤害。发明人已发现，重复的磁刺激根据需要来减弱角膜渗透性；该场优选包括变化的磁场，其具有的强度为至少0.1T，优选是约1T或更高，并且其以下变化速率来变化：至少200T/s的，优选大于1000T/s，优选以以下速率提供脉冲：5-500脉冲/s，诸如10-100脉冲/s，例如20脉冲/s；这种场提高了角膜的健全性，并且因此保护眼睛免受由来自环境的伤害性剂的不希望地进入和/或眼睛液体的不希望地排出而最终造成的伤害。
本发明提供了一种通过施加磁脉冲用于减弱角膜渗透性并提高角膜健全性的装置、方法和系统，该磁脉冲包括的强度至少为0.1T且时间变化以绝对值计为至少为200T/s，因此帮助临床医生和药理学家挑战角膜功能被扰乱的眼部疾患。本发明能够治疗(处理)或预防或减轻选自由以下组成的组的病症：眼睛干涩、干燥性角膜炎、角膜炎、角膜上皮功能障碍、与糖尿病相关的角膜屏障功能减弱、与由于衰老而角膜渗透性增加相关的病症、角膜表面的轻微损伤、与佩戴隐形眼镜相关的病症、角膜的自愈能力减弱、来自污染环境的有害剂穿透到眼睛、抗穿透系统弱化、以及与角膜相关的炎症。由本发明的装置和方法来应对的病症可以与选自由以下组成的组的项目相关：隐形眼镜引发的角膜炎、流行性角膜结膜炎、角膜衰老、上皮角膜营养不良、异位性角膜结膜炎、春季角膜结膜炎、同种异体移植角膜上皮排斥反应、角膜缘化学灼伤、上皮性角膜炎-单纯性疱疹、上皮性角膜炎-亲神经性、肖格伦综合征、由抗帕金森病药剂或抗痉挛药剂或抗溃疡药剂或水性泪液缺乏药物所诱导的泪液产生、葡萄球菌性睑炎、氩激光灼伤、莱特尔综合征(Reiter syndrome)、风湿性外周溃疡性角膜炎、系统性疾病、以及眼科手术(诸如LASIK)术后及其他。本发明的装置和方法可以有利地应对使角膜暴露于干眼的易感性的手术后的病症，诸如任何屈光型手术、其他角膜手术、白内障手术和青光眼手术，系统性疾病和可能导致干眼的病症，包括糖尿病自身免疫性疾病，以及与治疗(处理)相关的病症，包括引起角膜上皮伤害的局部滴剂，或可引起干眼的系统性处理。
在本发明的一些示例性的实施方式中，使用不同强度的磁刺激后的兔眼中的钠-荧光素的眼穿透。本发明人采用了使用兔眼和钠荧光素的模型，因为该化合物的高的眼安全特性，和以下事实：其亲水性及角膜被该荧光染料染色是对于上皮伤害可接受的临床测量，以及能够使用荧光计以良好的精度和重现性测量其在前房中的浓度。由于角膜的屏障功能，该亲水物质的基线角膜渗透性非常有限。已知荧光素在局部施用后不穿透或染色活的角膜上皮细胞，角膜上皮缺陷易于被染色，因为染料在细胞之间扩散进入相邻的细胞间隙并穿透进入下面的角膜基质中。在施用荧光素前一小时，不处理(假)或用最小强度和最小振幅时间变化的磁脉冲处理兔。通过荧光素染色的角膜以及前房流体的荧光测量用来量化眼穿透。为了表明该方法的安全性，在磁处理之前，在处理后1天、1周、1个月和9周，通过视网膜电图测试动物的视网膜功能。此外，通过光学相干断层扫描(OCT)、组织学分析和其他方法检查动物视网膜结构上可能的不良作用。
本发明能够提高角膜的健全性。眼表疾病包括影响全世界数百万人的许多疾患，并且是日常实践中经常遇到的问题。这些患者的子群患有角膜表面的慢性受损，这又可导致角膜瘢痕形成、感染、变薄并且最终穿孔。在该子群中，与正常角膜相比，角膜的自愈能力被严重损坏。用于提高角膜健全性和减弱渗透性的方法可以服务于帮助保护这些受损的角膜，并且甚至可以促进加速愈合。本发明能够减弱经受磁刺激的角膜的渗透性，从而在这些柔和处境下保卫眼表面。已发现，用相对强的场的磁脉冲，包括相对快的场振幅变化，实现了最好的结果，诸如至少0.1T，例如约0.2T或0.3T或0.4T或0.5T或0.6T或0.7T或0.8T或0.9T或约1T，以至少1000T/s的变化速率的变化，诸如至少5,000T/s或至少10,000T/s或至少15,000T/s，施加例如至少10脉冲/s的速率，诸如约15脉冲/s或约20脉冲/s或约25脉冲/s。这通过持续时间优选在100与2000μs之间，诸如在150与1500μs之间或在200与1000μs之间的脉冲来实现。
关于磁场的术语“强度”(strength)与术语“强度”(intensity)以相同的含义来使用，是指以特斯拉(T)为单位测量的场幅值。术语“振幅时间变化”或“场强变化速度”或“幅值增加速度”或“变化速率”涉及磁场幅值的时间导数，忽略方向和符号，并且它可以通过微分已知的时间信号形状(磁幅值/强度的时间展开)来获得，或者可以从脉冲幅值和持续时间粗略地估算它们，如专家将承认的那样。例如，具有的持续时间为约100μs且最大强度为约0.2T的双相脉冲将包括约12,500T/s[0.2*2·/(100*10-6)]的最大变化速率；当然，变化速率(dB/dt)在脉冲期间经过从-12500至+12500的所有值。
本发明的系统和装置能够通过磁脉冲来非侵入性处理，其能提高细胞层的(诸如上皮的)屏障功能。在优选的实施方式中，本发明的系统和装置通过减弱角膜渗透性来保持眼表健全性，帮助保护角膜。根据本发明的磁处理保护上皮屏障(功能和结构)，特别是它降低角膜渗透性，优选用于应对干眼和由干眼综合征所表现的病症，或用于应对角膜渗透性增加的其他病症，包括手术、疾病、创伤干燥以及其他。该处理可以减弱眼部脱水、疼痛、不适和感染，并且它可以应对当屏障功能受损时的情况，诸如在减少眨眼的情况中。
将在以下实施例中对本发明进一步描述和说明。
实施例
方法：在兔的干眼模型中，发现施加磁脉冲保护角膜上皮。为了在兔的短期干眼模型中研究脉冲对角膜上皮渗透性的影响，使用了十三只新西兰白兔。每只兔的一只眼睛用以20脉冲/s的磁刺激(Rapid2刺激器，Magstim)来处理，场强约0.8T，处理过程约10分钟。另一只未处理的眼睛用作对照。一小时后，将兔麻醉并将眼睛保持打开两小时以诱导急性角膜干燥。为了评价角膜屏障，将5微升荧光素钠(10％)滴注在兔角膜上。使用IMAGE J评价荧光素角膜染色的程度。通过测定荧光素滴注1小时后从前房取出的100微升样品中的荧光素浓度来评估通过角膜屏障的荧光素穿透。为了测定疗效的持续时间，对五只兔子进行五周的每周一次的急性角膜干燥，并对角膜染色中和穿透至前房的荧光进行监测。组织病理学和光学相干断层扫描(OCT)用于评价处理的安全性。
结果：与未经处理的对照眼睛相比，磁脉冲处理的眼睛在以下显示显著降低：前房中荧光素浓度(147ng/ml[SE＝19]对54ng/ml[SE＝9]，p＝0.00005)和用荧光素染色的角膜表面的百分比(2％[SE＝4.5]对17.4％[SE＝3.4]，p＝0.001，其中SE是标准误差)。疗效维持3个月，其中荧光素角膜染色显着减小，这是用RMS处理的眼睛相比于对照未经处理的眼睛。OCT和组织病理学分析显示，任何接受处理的眼睛或对侧眼睛都没有整体的或微观的病理变化。
结论：在临床前研究中，发明人证明了用磁脉冲处理保护了干斑中的上皮层，在极端干燥条件下防止上皮细胞的损失并维持角膜屏障的功能。一次短的(12分钟)磁处理可在急性干眼病症下支持至少3个月的角膜屏障健全性。处理是安全的；通过成像和病理分析确定在任何眼组织中都没有伤害。这些发现表明，根据本发明的处理可以呈现一种新手段，不仅用于保护具有干眼的患者的角膜上皮免于干燥，而且用于保护细胞屏障，诸如通常是上皮屏障。
虽然已经使用了一些具体实例描述本发明，但是许多修改和变化是可能的。因此，应理解，除了所附权利要求的范围之外，本发明不旨在以任何方式受到限制。