AT11794U1 - Einrichtung zur photodynamischen therapie des gewebes eines lebewesens - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur photodynamischen Therapie des Gewebes eines Lebewesens, mit einem zumindest eine Laserdiode (2) aufweisenden Lasersystem (I), einem System (II) zur Zuführung einer Suspension eines Photosensibilisators, und einer Einrichtung (III) zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators, wobei eine zentrale Steuereinrichtung (1) vorgesehen ist, welche mit dem System (II) zur Zuführung der Suspension des Photosensibilisators und mit einer Steuerung (3) der zumindest einen Laserdiode (2) des Lasersystems (I) verbunden ist.
Description
österreichisches Patentamt AT 11 794 U1 2011-05-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur photodynamischen Therapie des Gewebes eines Lebewesens, mit einem zumindest eine Laserdiode aufweisenden Lasersystem, einem System zur Zuführung einer Suspension eines Photosensibilisators, und einer Einrichtung zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators.
[0002] Die Einrichtung ist insbesondere für humanmedizinische und tierärztliche Anwendungen geeignet und bei malignen Gewebsveränderungen, ästhetischen Defekten, diversen Krankheiten der Haut und der Schleimhaut sowie Wunden und Geschwüren anwendbar.
[0003] Bei der photodynamischen Therapie wird das Molekül eines Photosensibilisators nach Absorption von Lichtquanten in einen angeregten Zustand gebracht, wo zwei verschiedene chemische Reaktionen auftreten können. Beim ersten Reaktionstyp führt ein direktes Zusammenwirken des angeregten Moleküls und von Molekülen des biologischen Substrats zur Bildung von freien Radikalen. Beim zweiten Reaktionstyp kommt es zu einem Zusammenwirken des angeregten Photosensibilisators und eines Moleküls des sogenannten Tripletsauerstoffs (üblicher Sauerstoff in Gewebezellen), wodurch die Produktion von Singlet-Sauerstoff katalysiert wird. Der Singlet-Sauerstoff hat ein riesiges Oxidationspotential, welches größer als das Potential von Ozon ist. In beiden Reaktionsfällen lösen die gebildeten Produkte der photochemischen Reaktion eine unterdrückende Wirkung auf befallene Zellen des Lebewesens aus und verursachen dadurch deren Zerstörung. (Prof. Dr. Tamas Vidoczi, Differenzierung der photodynamischer Einwirkung, Magyar Kemiai Folyöirta, Ausgabe 113, 2007, Seiten 44-48).
[0004] Ein Verfahren der photodynamischen Therapie ist beispielsweise zur Behandlung von oberflächlichen Geschwüren der Mundschleimhaut bekannt. Dabei wird vorher ein geeigneter 5-aminolevulinic acid enthaltender Photosensibilisator aufgetragen. (Department of pathology, Norwegian Radium Hospital, University of Oslo, 1997, Jan 15, 79 (12), 2282-308).
[0005] Eine Einrichtung zur photodynamischen Therapie ist auch aus der RU 2 221 605 vom 20.01.2004 bekannt. Diese Einrichtung wird zur Therapie von bösartigen Geschwüren unter Verwendung von Photosensibilisatoren, welche tumortropische Mittel enthalten, eingesetzt. Gemäß gängiger Praxis wird dem Patienten zunächst ein geeigneter Photosensibilisator verabreicht, danach eine bestimmte Zeitspanne abgewartet bis die Konzentration des Photosensibilisators in den zu behandelnden Zielbereich einen vorbestimmten Wert erreicht hat, und schließlich der Zielbereich mit Licht bestrahlt. Die im Gewebe des Zielbereichs angelagerten Moleküle des Photosensibilisators absorbieren die Lichtstrahlung und lösen dadurch Lumineszenz und photochemische Reaktionen aus, welche die befallenen Gewebsteile zerstören. Die Einrichtung weist ein Diagnosedosiermodul auf, das aus einem Block für die Bestimmung der pathologischen Topologie, einem Bildspeicher, einer Einwirkungstopologie, einer Anzeige für die pathologischen Topologiedaten und der Einwirkungstopologie und einem Lichtmodul besteht. Das Lichtmodul beinhaltet die Laserlichtquellen, eine Zeitsteuerung und eine entsprechende Optik zur Übertragung der Lichtstrahlen auf den zu behandelnden Zielbereich. Das Diagnosedosiermodul dient zum Auswählen des Strahlungsmodus und zur Steuerung des Diagnosemodus. Der Block für die Bestimmung der pathologischen Topologie weist eine hoch empfindliche Videokamera auf, die über selektive Optik mit einem durchlässigen Spektralfenster im Lumineszenzbereich des Photosensibilisators verfügt. Der größte Effekt der photodynamischen Wirkung wird dann erreicht, wenn der Wellenlängenbereich des ausgestrahlten Lichtes dem spektralen Absorptionsmaximum des Photosensibilisators entspricht.
[0006] Eine andere Einrichtung zum Aktivieren von PDT-Mitteln ist aus der RU 2 371 216 vom 27.10.2009 bekannt. Die Einrichtung weist einen Behälter zur Aufbewahrung von PDT-Mitteln auf, wobei an einer der Wände des Behälters eine mit der Lichtquelle verbundene Optik angeordnet wird. Der Behälter verfügt über einen Deckel mit einem Schalter, sodass nach dem Öffnen des Deckels der Stromkreis geschlossen und die Lichtquellen aktiviert werden. Die PDT-Lösung (photoaktives Mittel) wird direkt vor dem Verabreichen auf den Zielbereich mittels einer geeigneten Vorrichtung mit dem Licht bestrahlt. Dadurch wird die PDT-Lösung aktiviert und 1/6 österreichisches Patentamt AT 11 794 U1 2011-05-15 somit verwandelt sich die Lösung aus der photoaktiven in die photoaktivierte Form und entfaltet neue nützliche bioaktive Eigenschaften. Danach wird die photoaktivierte PDT-Lösung auf den Zielbereich aufgetragen, wo sie ihre therapeutische und/oder kosmetische Wirkung ausübt. Die photoaktive PDT-Lösung ist in verschiedenen Formen auf dem Markt vertreten: echte, kolloidale und Mizelle-Lösungen, Gels, Cremen, mono- und polydisperse Systeme, Emulsionen, vesikuläre und liposomale Systeme usw. Das bekannte Verfahren sieht Behandlung mit der bereits photoaktivierten Lösung im bioaktiven Zustand vor.
[0007] Die Einrichtung ist so ausgeführt, dass die als Behälter für die Aufbewahrung der photoaktiven PDT-Lösung gleichzeitig als Einrichtung zum Photoaktivieren der PDT-Lösung durch die Lichtstrahlung ausgebildet ist. Dazu wird die Lichtquelle direkt an den Behälter für die Aufbewahrung der photoaktiven Lösung angekoppelt. Die Einrichtung enthält weiters ein elektrisches Modul, das die Lichtquelle steuert. Die Einrichtung erzeugt die Lichtstrahlung zum Photoaktivieren der PDT-Mittel derart, dass eine gleichmäßige Einwirkung der Lichtstrahlen auf die photoaktive Lösung in einem geeigneten Teil des Behälters direkt vor deren Auftragung auf den Zielbereich stattfindet. Als Lichtquellen können inkohärente und kohärente, monochromatische und nicht monochromatische, konstante und Impuls-Lichtquellen vom UV-Bereich (vom 280nm bis zur Grenze des sichtbaren Bereiches), dem sichtbaren Bereich und dem IR-Bereich (von 840nm bis 1100nm und entsprechend vom 7000nm bis 14000nm) dienen. Das Auswählen von Lichtquellen und Modi der Lichteinwirkung hängt von der Art der einzusetzenden PDT-Lösung ab. Vor dem Verfahren des Photoaktivierens befindet sich die PDT-Lösung in einem Teil des Behälters, also außerhalb des zu behandelnden Zielbereichs des Lebewesens; dadurch wird jede negative Beeinflussung des Prozesses des Photoaktivierens durch das Gewebe ausgeschlossen. Damit kann die Effektivität des Verfahrens erhöht werden und es ergibt sich eine neue Möglichkeit, Substanzen als PDT-Lösungen einzusetzen, die im Gewebe nicht aktivierbar wären. Das Licht photoaktiviert nicht nur photoaktive Komponenten der PDT-Lösung, die sich in therapeutisch oder kosmetisch wirkende Stoffe umwandeln, sondern auch Hilfskomponenten der Lösung, zum Beispiel Stoffe und/oder Strukturen, die als Transportmittel dienen, um die Lösung tief ins Gewebe, durch die oberflächliche Grenze des Gewebes (z.B. transdermaler Transport) zu befördern.
[0008] Es ist ein Nachteil des bekannten Verfahrens, dass die Aktivierung der PDT-Lösung außerhalb des Gewebes des Lebewesens erforderlich ist, wodurch die nützliche Wirkung auf das Gewebe beschränkt wird.
[0009] Die Effektivität der photodynamischen Therapie hängt davon ab, dass das Verabreichen des Photosensibilisators und die Einwirkung der Laserstrahlung gleichzeitig stattfindet. Denn die Lebensdauer von Singlet-Sauerstoff ist bloß auf Millisekunden beschränkt.
[0010] Es ist eine Lasereinrichtung mit der Bezeichnung SCHALI-LAS bekannt, bei der ein optischer Kanal (Lichtstrahlung) und ein Flüssigkeitskanal (Zugabe der PDT-Lösung) kombiniert werden (siehe: Nanotechlogien für die Medizin, A. Kurkayev, Budapest 2008, S. 75). Die Einrichtung weist einen Y-förmigen Körper auf, wobei ein Arm dazu dient, einen strömenden Photosensibilisator in den Hauptkanal des Y-förmigen Körpers aufzunehmen, und der andere Arm dazu dient, Licht aus einer Laserquelle in den Hauptkanal des Y-förmigen Körpers zu leiten, vorzugsweise unter Verwendung eines geeigneten Lichtleiters. Das Volumen des strömenden Photosensibilisators wird je nach Intensität des Lichtes ausgewählt, das mittels des geeigneten Lichtleiters in den Hauptkanal des Y-förmigen Körpers zugeführt wird. Die Einrichtung weist weiters einen Katheter, eine Injektionsnadel oder einen Zerstäuber je nach der Art der Verabreichung des Photosensibilisators in den Zielbereich auf. Die Ausführungsform des Verfahrens sieht die Zugabe des Photosensibilisators in den Zielbereich und dessen gleichzeitige Aktivierung vor, wobei der Photosensibilisator in flüssiger Form als ein optischer Leiter für den Lichtstrahl wirkt. Für den Photosensibilisator werden Nanopartikel von heterokristallinen Mineralien ausgewählt. Bevorzugte Ausführungsbeispiele dieser Mineralien umfassen Rutil, Sphene (Tita-nit), Loparite, Perowskite, Anatase, llmenite, Leukoxen, Ferrite, Berite, Argyrite, Graphite und Silikon. Nanopartikel dieser Mineralien enthalten Oxide von Silizium, Titan, Eisen. Nanopartikel nach dem Ausführungsbeispiel werden in Form einer transparenten Suspension verwendet, die 2/6 österreichisches Patentamt AT 11 794 U1 2011-05-15 als Art eines Lichtleiters in dem Verfahren dient.
[0011] Die Firma Schali AG hat eine Reihe von Arzneimitteln in der Form von stabilisierten Nanosuspensionen von Siliziumdioxid und Titandioxid entwickelt. Bei der Nanosuspension handelt es sich um stabile Wassersuspensionen der oben erwähnten Dioxide. Diese Arzneimittel sind Naturprodukte. Auf allen Stufen der Verarbeitung des natürlichen Mineralrohstoffes werden mechanische und elektrothermische Technologien eingesetzt, die natürliche na-nokristalline Anfangsstruktur und Eigenschaften des Mineralrohstoffes erhalten (SCHALI AG, Mauren FL).
[0012] Die Anwendung der Einrichtung SCHALI-LAS erfordert jedoch ein hohes Qualifikationsniveau des behandelnden Arztes, eine kontinuierliche Kontrolle und allenfalls Berichtigung des Modus der Zugabe des Photosensibilisators und eine manuelle Steuerung des Laserstrahles.
[0013] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer oben genannten Einrichtung zur photodynamischen Therapie des Gewebes eines Lebewesens mit der eine Aktivierung der strömenden Suspension eines Photosensibilisators mit Laserlicht in jedem Modus darunter auch im Impulsmodus während des Verabreichens der Suspension ins Gewebe des Lebewesens sicherstellt.
[0014] Gelöst wird die Aufgabe durch eine oben genannte Einrichtung, wobei eine zentrale Steuereinrichtung vorgesehen ist, welche mit dem System zur Zuführung der Suspension des Photosensibilisators und mit einer Steuerung der zumindest einen Laserdiode des Lasersystems verbunden ist. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Effektivität der photodynamischen Therapie auf das Gewebe eines Lebewesens durch kontinuierliche Kontrolle des Verfahrens durch automatische gemeinsame Steuerung von Parametern der Lichtquelle und Parametern der Zugabe der Suspension des Photosensibilisators erhöht wird. Der außerhalb des Körpers mit Licht aktivierte Photosensibilisator wird je nach Anwendung in natürliche Körperhöhlen des Lebewesens oder in das Gewebe unterhalb der Haut angeordneter Organe eingebracht.
[0015] Zur Lichtausstrahlung ist zumindest eine Laserdiode zur Aussendung einer Lichtstrahlung mit einer Leistung < 20W und einer Wellenlänge im Bereich von 380nm bis 980nm ausgebildet. Die Laserstrahlen können mit Frequenzen von 0 bis 10Khz moduliert werden, bei einem Betrieb im Impulsmodus beträgt der Spitzenleistungswert 1W bis 10KW, die Frequenzmodulation im Impulsmodus liegt vorzugsweise zwischen 0 und 10Khz, Impulslängen belaufen sich zwischen 100ns und 10ms je nach Aktivierungsbedürfnissen. Das System zur Zuführung einer Suspension eines Photosensibilisators weist vorzugsweise eine Infusionspumpe auf, welche zur Förderung der Suspension des Photosensibilisators mit einer Geschwindigkeit von 100ml bis 2000ml pro Stunde ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Volumen und die Geschwindigkeit der Strömung der Suspension des Photosensibilisators und die Intensität des zugeführten Lichts unabhängig voneinander einstellbar. Dadurch wird die Effektivität der Einwirkung des Photosensibilisators auf das Gewebe wesentlich erhöht.
[0016] Zur Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators in tiefliegende Gewebe des Lebewesens weist die Einrichtung zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators, vorzugsweise eine Injektionsnadel auf.
[0017] Zur Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators in natürliche Hohlräume des Lebewesens kann die Einrichtung zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators auch eine Kanüle aufweisen.
[0018] Vorzugsweise enthält die Suspension des Photosensibilisators Nanopartikel von Metalloxiden und/oder Siliziumdioxiden heterokristalliner Mineralien. Die aktiven Sauerstoffformen werden unmittelbar zum Zeitpunkt des Verabreichens der Suspension in den Zielbereich produziert. Durch präzise Zugabe des Photosensibilisators und dessen gleichzeitige Bestrahlung mit Laserlicht wird das nicht zu behandelnde Gewebe weder beschädigt noch belastet. Die Einrichtung ist zur Behandlung von Geschwüren, bösartigen Tumoren oder auch für die ästhetische Therapie anwendbar. 3/6 österreichisches Patentamt AT 11 794 U1 2011-05-15 [0019] Die Einrichtung zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators weist einen im Wesentlichen Y-förmigen Körper mit zwei in einer gemeinsamen Leitung mündenden Armen auf, wobei der eine Arm mit dem System zur Zuführung einer Suspension eines Photosensibilisators und der andere Arm mit dem Lasersystem gekoppelt ist.
[0020] Der eine Arm des Y-förmigen Körpers ist vorzugsweise mit der Infusionspumpe des Systems zur Zuführung der Suspension des Photosensibilisators verbunden.
[0021] Der andere Arm des Y-förmigen Körpers ist vorzugsweise über einen Lichtleiter mit dem Lasersystem gekoppelt.
[0022] Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Abbildung, welche ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform einer Einrichtung zur photodynamischen Therapie zeigt, näher erläutert.
[0023] Die Einrichtung umfasst ein Lasersystem I, ein System II zur Zuführung einer Suspension eines Photosensibilisators und eine Einrichtung III zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators.
[0024] Das Lasersystem I umfasst zumindest eine Laserdiode 2, welche zur Aussendung von Laserlicht geeigneter Leistung und Wellenlänge ausgebildet ist. Die Laserdiode 2 sendet das Laserlicht über eine entsprechende Optik 6 in einen Lichtleiter 13 zur Einrichtung III zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators. Über die Optik 6 wird der Strahl der Laserdiode 2 entsprechend auf den Durchmesser des Lichtleiters 13 fokussiert, der beispielsweise 600pm trägt. Eine Spannungsversorgung 7 versorgt die zumindest eine Laserdiode 2 mit entsprechender elektrischer Energie. Eine Steuerung 3 ist einerseits mit der zentralen Steuereinrichtung 1 des Lasersystems I verbunden und wird von der Spannungsversorgung 7 für die Laserdiode 2 ebenfalls mit Daten versorgt. Die Steuerung 3 der zumindest einen Laserdiode 2 ist auch mit einer Kühlanlage 4 für die zumindest eine Laserdiode 2 verbunden. Die Kühlanlage 4 kann ein Peltier-Element und Ventilatoren aufweisen. Die Steuerung 3 ist weiters mit einem Kontrollsensor 5 der Faseroptik verbunden, der die Arbeitsspannung prüft und einstellt und die Werte des durch die Optik 6 fokussierten Lichtstrahles erfasst.
[0025] Die zentrale Steuereinrichtung 1 des Lasersystems I ist weiters mit einem Netzteil 11 und einer Eingabeeinrichtung 12 zur Eingabe der Arbeits- und Betriebsparameter verbunden. Über entsprechende Datenleitungen ist das Lasersystem I mit dem System II zur Zuführung der Suspension des Photosensibilisators gekoppelt.
[0026] Das System II zur Zuführung der Suspension des Photosensibilisators weist eine Steuerung 9, die mit einem Netzteil 10 verbunden ist, auf. Die Steuerung 9 ist mit einer Infusionspumpe 8 verbunden, sodass die gewünschte Menge an Suspension des Photosensibilisators an die Einrichtung III zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension abgegeben werden kann.
[0027] Die Einrichtung III zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators besteht aus einem im Wesentlichen Y-förmigen Körper mit zwei in einer gemeinsamen Leitung mündenden Armen 14, 15. Der eine Arm 14 ist mit dem System II zur Zuführung einer Suspension eines Photosensibilisators gekoppelt, insbesondere mit der Infusionspumpe 8 verbunden. Der andere Arm 15 des Y-förmigen Körpers ist über den Lichtleiter 13 mit dem Lasersystem I gekoppelt. Die gemeinsame Leitung der Einrichtung III mündet in einer Injektionsnadel 16 zur Verabreichung der Suspension in tiefliegende Gewebe oder in einer entsprechenden Kanüle zur Verabreichung der Suspension in natürliche Hohlräume des Lebewesens.
[0028] Die gegenständliche Einrichtung zur photodynamischen Therapie wird mit Hilfe der zentralen Steuereinrichtung 1 nach den über die Eingabeeinrichtung 12, beispielsweise einen Touchscreen eingegebenen Parametern betrieben. Die zentrale Steuereinrichtung 1 ist mit der Steuerung 9 des Systems II zur Zuführung einer Suspension und der Steuerung 3 der Laserdi- 4/6
Claims (9)
- österreichisches Patentamt AT 11 794 U1 2011-05-15 öden 2 verbunden. Die erfindungsgemäße Einrichtung ermöglicht eine optimale Behandlung eines Gewebes mit einem aktivierten Photosensibilisator. Ansprüche 1. Einrichtung zur photodynamischen Therapie des Gewebes eines Lebewesens, mit einem zumindest eine Laserdiode (2) aufweisenden Lasersystem (I), einem System (II) zur Zuführung einer Suspension eines Photosensibilisators, und einer Einrichtung (III) zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale Steuereinrichtung (1) vorgesehen ist, welche mit dem System (II) zur Zuführung der Suspension des Photosensibilisators und mit einer Steuerung (3) der zumindest einen Laserdiode (2) des Lasersystems (I) verbunden ist.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Laserdiode (2) zur Aussendung einer Lichtstrahlung mit einer Leistung kleiner 20W und eine Wellenlänge im Bereich von 380nm und 980nm ausgebildet ist.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System (II) zur Zuführung einer Suspension eines Photosensibilisators eine Infusionspumpe (8) aufweist, welche zur Förderung der Suspension des Photosensibilisators mit einer Geschwindigkeit von 100ml bis 2000ml pro Stunde ausgebildet ist.
- 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (III) zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators eine Injektionsnadel (16) zur Verarbreichung der Suspension des Photosensibilisators in tiefliegende Gewebe des Lebewesens aufweist.
- 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (III) zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators eine Kanüle zur Verarbreichung der Suspension des Photosensibilisators in natürliche Hohlräume des Lebewesens aufweist.
- 6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Suspension des Photosensibilisators Nanopartikel von Metalloxiden und/oder Siliziumdioxiden heterokristalliner Mineralien enthält.
- 7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (III) zur gleichzeitigen Bestrahlung und Verabreichung der Suspension des Photosensibilisators einen im Wesentlichen Y-förmigen Körper mit zwei in einer gemeinsamen Leitung mündenden Armen (14, 15) aufweist, wobei der eine Arm (14) mit dem System (II) zur Zuführung einer Suspension eines Photosensibilisators und der andere Arm (15) mit dem Lasersystem (I) gekoppelt ist.
- 8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Arm (14) des Y-förmigen Körpers mit der Infusionspumpe (8) des Systems (II) zur Zuführung der Suspension des Photosensibilisators verbunden ist.
- 9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der andere Arm (15) des Y-förmigen Körpers über einen Lichtleiter (13) mit dem Lasersystem (I) gekoppelt ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/6
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