DE102008045830A1

DE102008045830A1 - Verfahren zur Behandlung eines lebende Zellen enthaltenden biologischen Materials

Info

Publication number: DE102008045830A1
Application number: DE102008045830A
Authority: DE
Inventors: Dirk Wandke; Andy Kaemling; Benedikt Dr. Busse; Cindy Kaemling
Original assignee: Cinogy GmbH
Current assignee: Cinogy GmbH
Priority date: 2008-09-05
Filing date: 2008-09-05
Publication date: 2010-03-11
Also published as: WO2010025904A2; EP2362755A1; US20120107896A1; CN102143718A

Abstract

Es wird u. a. bereitgestellt ein Verfahren zur Behandlung eines lebende Zellen enthaltenden biologischen Materials, wobei mittels eines Plasmas und mindestens einer reaktiven Spezies Agenzien zumindest teilweise in einen Teil der lebenden Zellen und/oder einen Teil der extrazellulären Matrix verbracht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung eines lebende Zellen enthaltenden biologischen Materials.
Die Elektroporation ist eine Methode zur Behandlung eines lebende Zellen enthaltenden, biologischen Materials, insbesondere um Zellmembranen permeabel zu machen, um beispielsweise und insbesondere DNA in Zellen einzuschleusen (Transformation). Die Elektroporation wird häufig in der Molukularbiologie verwendet, wobei im Bereich der Lebensmittel- und Bioverfahrenstechnik die Elektroporation zur Verbesserung von Massentransportprozessen oder zur Inaktivierung von Mikroorganismen eingesetzt werden kann.
Durch ein elektrisches Feld, das in der Regel durch einen schnell entladenden Kondensator erzeugt wird, werden in der behandelten Zellmembran mikroskopisch kleine Löcher erzeugt, die sich innerhalb von Millisekunden wieder schließen. Dieser Effekt der Elektroporation ist seit vielen Jahrzehnten bekannt. Die Poreninduktion bedingt einen Verlust der Semipermeabilität der Zellmembran und die Freisetzung intrazellulärer Bestandteile. Zur Elektroporation benutzt man einen sog. Elektroporator, also ein Gerät, das ein elektrisches Feld erzeugt. Der Elektroporator weist in der Regel einen Platz für eine Küvette oder andere Aufbewahrungsmedien auf, in die man ein beispielsweise und insbesondere eine Zellsuspension pipettiert, wobei sich die entsprechenden Elektroden in der Zellsuspension befinden. Allerdings muß man bei der Elektroporation darauf achten, daß die angestellten Spannungen und Stromstärken und somit die verbrachten Leistungen nicht derart hoch sind, daß irreparable Schäden an den Zellmembranen auftreten.
In DE 602 173 93 T2 wird offenbart ein Verfahren zur Behandlung eines Zellen enthaltenden biologischen Materials, wobei mittels Elektroporation Agenzien in die Zellen verbracht werden. Nachteilig hierbei ist die relativ geringe Effizienz der Einbringung.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem liegt daher darin, ein effizientes gattungsgemäßes Verfahren bereitzustellen, das eine irreversible Schädigung der Zellmembrane an lebenden Zellen nahezu ausschließt.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Verwendung nach Anspruch 24 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung eines lebende Zellen enthaltenden biologischen Materials wird ein Plasma, vorzugsweise und beispielsweise mittels einer dielektrisch behinderten Entladung, erzeugt, wobei mittels dieses Plasmas und mindestens einer reaktiven Spezies Agenzien zumindest teilweise in einen Teil der lebenden Zellen und/oder einen Teil der extrazellulären Matrix verbracht werden.
Aus den speziellen Eigenschaften des Plasmas ergeben sich Einsatzgebiete im medizinischen und kosmetischen Bereich, insbesondere bei der Anwendung auf Haut oder aber auch für innere Anwendungen. Zu den dabei nutzbaren Effekten gehören:
Förderung der Aufnahmefähigkeit des behandelten biologischen Gewebes/der behandelten Zellen für Substanzen und Wirkstoffe; Förderung der Einlagerung (Depoteffekt) für Substanzen und Wirkstoffe in das zu behandelnde Gewebe/der behandelten Zellen; Förderung der Mikrozirkulation und Resorption von Stoffen/Substanzen; Lokal anaesthsierende Wirkung; Induktion einer spontanen Gewebereaktion mit Anregung zellulärer Reparaturmechanismen.
Unter einer dielektrisch behinderten Entladung wird erfindungsgemäß eine solche verstanden, bei der eine Entladung über eine Elektrode stattfindet, wobei zwischen Elektrode und dem zu behandelnden Zellareal ein Dielektrikum, vorzugsweise in Form bestimmter Festkörperdielektrika, somit als Kondensator wirkend, verwendet wird.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei der reaktiven Spezies um mindestens eine aus der Gruppe freie Radikale, Ionen, durch das Plasma angeregte Moleküle, Ionen, Radikale, Atome, wobei unter dem Begriff ”durch das Plasma angeregte Moleküle” solche zu verstehen sind, deren Schwingungsfreiheitsgrade angeregt sind oder auf höheren Schwingungsniveaus sich befinden, wobei Translations-, Biege- sowie Dreh- und Torsionsschwingungen hiervon mit erfaßt sind und/oder mindestens ein Elektron auf ein höher energetisches Niveau gehoben worden ist.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei der reaktiven Spezies um eine aus der Gruppe atomarer Stickstoff, atomarer Sauerstoff, Edelgase, atomarer Wasserstoff, OH-enthaltende Moleküle, CH-enthaltende Moleküle, CO-enthaltende Moleküle, NH-enthaltende Moleküle, Alkohole, Ester, Aldehyde, Ketone, Amine, Amide, Ammoniak, Stickoxide, Halogene, wie insbesondere Fluor, Chlor, Brom und Jod.
Erfindungsgemäß können Agenzien mit Hilfe des Plasmas und reaktiver Spezies, die durch das Plasma angeregt werden können – jedoch nicht müssen –, zumindest teilweise in lebende Zellen und/oder die entsprechende extrazelluläre Matrix verbracht werden, wobei durch die Plasmaanwendung und im Vorhandensein mindestens einer reaktiven Spezies, beispielsweise und insbesondere bei Radikalen oder Ionen, eine vorübergehende Lockerung der Zell-Zell-Verbindungen und des Gewebeverbandes ermöglicht wird. Dadurch ist die Passagefähigkeit in der Regel bei relativ häufig vorkommender Erhöhung der Speicherfähigkeit (Depotwirkung) gegeben. Es kann somit zu einer vorübergehenden subletalen Erhöhung der Aufnahmefähigkeit einzelner Zellen für Agenzien kommen, bei gegebenenfalls vorhandener Stimulation der Zellen, was wiederum zu einer Aktivierung von Reparaturmechanismen führt. Neben der lokalen Wirkung ist auch die Applikation sytemisch wirkender Substanzen möglich, die durch Förderung des Eindringens und Speicherns von Stoffen in die Dermis aus dem dermalen Depot in die Blutbahn gelangen können.
Beispielsweise und insbesondere, da in der Praxis sich als vorteilhaft herausgestellt, handelt es sich bei den Agenzien um solche aus der Gruppe Peptide, Hormone, Hormon-Analoga, Corticoide, Immunsupressiva, Vitamine, Anti-Histamin-Präparate, Anti-Phlogistika, Schmerzmittel (NSAID, Opioide), Lokalanaesthetika, Heparin-Präparate, Antibiotika, anti-mikrobiell wirkende Substanzen, Desinfektionsmittel, Kosmetika, kolloidale Pflegemittel, Hauttönungsmittel, dsDNA (doppelstrang), ssDNA (einzelstrang), miRNA (micro RNA), siRNA (small interfering RNA), shRNA (short hair pin RNA) und Ionen.
Vorteilhafterweise wird beim erfindungsgemäßen Verfahren eine Vorrichtung mit einer flexiblen, also reversibel formveränderbaren, Wirk-Oberfläche verwendet, die während der Behandlung unmittelbar an das Plasma angrenzt.
Erfindungsgemäß ist unter dem Begriff Wirk-Oberfläche eine Oberfläche der Vorrichtung zu verstehen, die während der Behandlung – also bei existierendem Plasma – unmittelbar an das Plasma angrenzt und aufgrund der allgemeinen Materialeigenschaften das Material eine Dielektrizitätskonstante von ungleich Null aufweist, so daß eine dielektrische Behinderung der Gasentladung und somit eine entsprechende Wirkung stattfindet. Das Dielektrikum selbst ist vom Aggregatzustand her fest und kann, muß jedoch nicht, mit einem oder mehreren Materialien beschichtet sein, welche erst eine gewisse Flexibilität ermöglicht, beispielsweise, wenn das Dielektrikum zwar fest jedoch als Pulver vorliegt und dieses Pulver aufgebracht bzw. eingebracht ist in ein kautschukähnliches Material, welches viskoelastische Eigenschaften aufweist und entsprechend geformt werden kann.
Somit ist eine mechanische Anpaßbarkeit an die örtlichen Gegebenheiten möglich bei gleichzeitiger Wirkung hinsichtlich der Behinderung einer dielektrischen Behinderung hinsichtlich einer entsprechenden Gasentladung. Selbstverständlich ist es auch denkbar, daß ein körniges oder pulverförmiges festes Dielektrikum auf einem flexiblen Träger sich befindet/angeordnet ist.
Es ist jedoch auch denkbar, daß ein an sich festes – im Sinne von Nichtbiegsamkeit – vorhandenes Feststoffdielektrikum mit einer Beschichtung versehen ist, die als solche flexibel ist bzw. die Flexibilität als solche erst ermöglicht bzw. verbessert, so daß in Bezug auf die Wirkung des Feststoffdielektrikums und seiner Ausgestaltung im erfindungsgemäßen Sinne eine flexible Wirk-Oberfläche bereitgestellt wird.
Das Grundprinzip der Vorrichtung beruht darauf, ein zu behandelndes Objekt einem mittels einer Elektrode und Gegenelektrode erzeugten Plasmas zu unterwerfen, wobei vorteihafterweise zwischen dem zu behandelnden Objekt und der Elektrode ein Dielektrikum angeordnet ist, so daß ein Plasma mittels einer dielektrisch behinderten Gasentladung erzeugt wird, wobei dieses dann auf das zu behandelnde Objekt angewandt wird und dabei Agenzien in lebende Zellen und/oder eine extrazelluläre Matrix verbracht werden. Es ist dabei erfindungsgemäß, daß zumindest ein Teil der Agenzien vor, während oder nach der Plasma-Einwirkung auf das lebende Zellen enthaltende biologische Material appliziert wird.
Durch dieses Anregungsprinzip entsteht zwischen Elektrode und Behandlungsareal eine kalte Gasentladung (Plasma). Dadurch wird es ermöglicht, Oberflächen und/oder Hohlräume in einem geringen Abstand (0,1–50 mm), also berührungslos und/oder anliegend in einem lokal eng begrenzten Bereich und/oder durch Aneinanderreihung mehrerer flexibler Elektroden oder einer gewebeartigen Struktur auch großflächig mit unterschiedlicher Topologie zu behandeln. Aus den speziellen Eigenschaften des Plasmas ergeben sich neben einer Anwendung zur Behandlung und Desinfektion der entsprechenden Oberflächen und/oder Hohlräume auch Einsatzgebiete im medizinischen Bereich, insbesondere bei der Anwendung auf Haut ober aber auch für innere Anwendungen.
Die dabei nutzbaren Effekte setzen sich beispielsweise aus einer geringen Dosis UV-Bestrahlung im nützlichen UV-A- bzw. UV-B-Wellenlängenbereich und aus den reaktiven Gasspezies in der Gasentladung (Plasma) zu sammen. Damit kombiniert das Verfahren mehrere wirkungsvolle Effekte, woraus eine Minderung des Juckreizes, eine Förderung der Mikrozirkulation, eine immunmodulatorische Wirkung und eine bakterizide und fungizide Wirkung resultiert, was wiederum bei einer Applikation für zumindest einen Teil von Schuheinlagen sehr nützlich ist. Gleichzeitig kann die Vorrichtung auch zum Behandeln von Oberflächen und/oder Hohlräumen, insbesondere von Haut, verwendet werden, da dadurch die Behandlung von Hautkrankheiten mit begleitendem, intensiven Juckreiz aber auch die Behandlung von chronischen Wundheilungsstörungen auf der Basis von Mikrozirkulationsstörungen ermöglicht wird.
Bei der Vorrichtung und beim erfindungsgemäßen Verfahren wird mit Spannungen im Bereich von 100 bis 100.000 Volt gearbeitet. Die angelegte Spannung (siehe 13) kann sinusförmig (a), pulsförmig (b1, b2, c1, c2, d1, d2) (unipolar oder bipolar), die Form eines Hochfrequenzpulses (e) oder die Form einer Gleichspannung (f) aufweisen. Auch Kombinationen von unterschiedlichen Spannungsformen sind einsetzbar. Die Elektrode kann aus elektrisch gut leitenden Materialien bestehen, wobei die Gegenelektrode aus den selben Materialien bestehen und/oder das zu behandelnde Objekt bildet die Gegenelektrode. Üblicherweise bestehen die Festkörperdielektrika aus Gläsern, Keramiken oder Kunststoffen.
Die Wechselspannungfrequenz beträgt üblicherweise 1 bis 100.000.000s^–1. Die Einwirkzeiten der Plasmabehandlung richten sich nach dem Einsatzgebiet und können von einigen Millisekunden über mehrere Minuten bis hin zu einigen Stunden betragen.
Beispielhafte elektrische Parameter in Abhängigkeit von der Elektrodenfläche A sind:

a) A(Keramik) = 0,79 cm2; U = 10 kV; f(P) = 385 Hz; E(Entladung) = 033 mJ;
b) A(Keramik) = 2 cm2; U = 10 kV; f(P) = 385 Hz; E(Entladung) = 0,55 mJ;

A = Elektrodenfläche, V = angelegte Spannung, f(P) = Wechselfrequenz für die Plasma-Erzeugung und E(Entladung) = Energie der Entladung zur Erzeugung des Plasmas.

Vorteilhaft ausgestaltet ist eine Ausführungsform, wenn die Vorrichtung eine flexible Wirk-Oberfläche aufweist, die während der Behandlung unmittelbar an das Plasma angrenzt, insbesondere, wenn das Feststoffdielektrikum mit einer flexiblen Oberfläche ausgestattet ist, was beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden kann, daß das Dielektrikum als Granulat und/oder als Pulver ausgestaltet ist. Dies kann jedoch auch dadurch realisiert werden, daß das Dielektrikum, beispielsweise als feines Pulver, an und/oder in einer flexiblen Hohlfaser, beispielsweise aus Gläsern, Keramiken oder Kunststoffen angeordnet ist oder das Dielektrikum selbst eine flexible Hohlfaser darstellt. Die Hohlfaser kann einen Innendurchmesser von 0,5 μm bis 2000 μm besitzen. Die Wandstärken liegen im Bereich von 10 μm bis 2000 μm. Die Länge der Hohlfasern und die damit verbundene effektive aktive Länge kann von einigen Millimetern bis zu einigen Metern betragen. Die Sicherstellung der elektrischen Verbindung von einem Anschluß zur Elektrode bzw. Gegenelektrode erfolgt insbesondere und beispielsweise über eine metallische Kontaktierung am Ende der Hohlfaser. Diese ist beispielsweise und insbesondere derart in die Hohlfaser eingebracht, daß sie diese verschließt, wenn notwendig auch gasdicht, und somit eine leitende Verbindung ermöglicht. Hohlfaser, Kontaktierung und Anschluß sind derart in einer Halte rung untergebracht, daß eine sichere Verbindung von der Spannungsversorgung zur Kontaktierung ermöglicht wird.
Aufgrund der Flexibilität der Wirk-Oberfläche kann die Vorrichtung auch in schwierigen Situationen wie beispielsweise Hohlräumen – wie bei offenen Wunden – deart appliziert werden, daß eine gleichmäßige und homogene Einwirkung des Plasmas auf die zu behandelnde Oberfläche gewährleistet ist.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Elektrode zumindest teilweise direkt an der Oberfläche des Dielektrikums anliegt, um eine möglichst hohe Feldstärke des zwischen Elektrode und Gegenelektrode aufgebauten elektrischen Feldes im Dielektrikum und bei Anordnung der zu behandelnden Oberfläche eines bestimmten Objektes/Subjektes, beispielsweise bei Haut, sich zwischen Elektrode und Gegenelektrode befindend, auf zubauen.
In diesem Zusammenhang und als alternative Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn die Elektrode zumindest teilweise mittels eines Spacers beabstandet zur Oberfläche des Dielektrikums ist. Da auf diese Weise bei Ausgestaltung des Spacers als leitfähiges Material und somit nicht als Dielektrikum, so daß bei entsprechender Auslegung des Spacers hinsichtlich seiner elektrischen Leitfähigkeit zwischen der elektrischen Leitfähigkeit der Elektrode (sehr gut leitend) und der elektrischen Leitfähigkeit des Dielektrikums (schlecht bis isolierend wirkend) liegt, um auf diese Weise die elektrischen Feldvektoren zu homogenisieren, was zu einer besseren und gleichmäßigeren flächenmäßigeren Ausbreitung des Plasmas führt.
In diesem Kontext ist es vorteilhaft, wenn die Elektrode zumindest teilweise als Beschichtung am Dielektrikum anliegt, da auf diese Weise insbesondere bei Ausgestaltung des Dielektrikums als flexibler Hohlleiter eine hochgradig flexible Ausgestaltung realisiert wird.
Denkbar ist jedoch auch, daß die Elektrode vollmaterialig ausgestaltet ist, so daß bei Ausgestaltung des Dielektrikums als flexible Hohlfaser die Elektrode als Vollmaterial sicher in der flexiblen Hohlfaser angeordnet ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Elektrode als Granulat und/oder als Pulver ausgestaltet ist, um auf diese Art und Weise die Flexibilität (beispielsweise Biegbarkeit) zumindest eines Teils der Vorrichtung zu gewährleisten.
Denkbar und vorteilhaft ist es jedoch auch, wenn die Elektrode im Betriebszustand ein ionisiertes Gas ist, so daß bei einer entsprechenden Ausgestaltung des Dielektrikums an und/oder in einer flexiblen Hohlfaser bzw. als Hohlfaser selbst eine besonders hohe Flexibilität (u. a. Biegbarkeit) der Faser gegeben ist, da kein Kernmaterial als Feststoff vorliegt.
Bei der Applikation des Plasmas auf eine Oberfläche ist es besonders vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Gegenelektrode aufweist, da auf diese Art und Weise die Applikation und Führung des Plasmas besser gesteuert werden kann, im Gegensatz zu Ausführungsformen, bei denen das zu behandelnde Objekt quasi als Gegenelektrode fungiert.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung eine insbesondere flexible Gasabsaugeinrichtung und/oder eine insbesondere flexible Gaszuführungseinrichtung aufweist, um auf diese Weise das erzeugte Plasma mittels Gasentladung gezielt steuern zu können, um beispielsweise im Einzelfall eventuell unerwünschte Sauerstoffradikale oder Stickoxide so schnell wie möglich zu entfernen bzw. um gezielt Gase zuzuführen, um beispielsweise das Behandlungsareal zu kühlen und/oder gezielt Reaktionen auf der Oberfläche und/oder in den Hohlräumen hervorzurufen und/oder das Plasma zu stabilisieren. Unter dem Begriff ”flexibel” ist die Ausrichtbarkeit und/oder die Platzierbarkeit der entsprechenden Einrichtung im Sinne einer reversiblen Formveränderbarkeit zu verstehen, um unterschiedlichen topischen Anforderungen zu entsprechen. Dabei kann es sich beispielsweise bei der Gaszuführungs- als auch der Gasabsaugeinrichtung im wesentlichen um biegsame Schläuche handeln.
Die Gasabsaugeinrichtung bzw. die Gaszuführungseinrichtung kann beispielsweise auch aus flexiblen Hohlfasern gebildet werden, da dies besonders vorteilhaft ist, um dadurch die Flexibilität des Gesamtsystems zu erhalten und/oder zu verbessern.
Schließlich ist es von Vorteil, wenn mindestens die eine Hohlfaser mit sich oder mit mindestens einem anderen Stützelement, beispielsweise in Form von einer Faser, ein im textilwirktechnischen Sinn gewebeartiges Element, beispielsweise in Form eines Flieses, bilden, da auf diese Art und Weise eine relativ große zu behandelnde Oberfläche dennoch bei unterschiedlicher Topographie gleichmäßig behandelt werden kann. Ein solches gewebeartiges Element, beispielsweise in Form eines Flies, kann in Geweben, und/oder Heilvorrichtungen wie Verbände oder Prothesen eingearbeitet werden.
Die Gewebeform kann ihrem Zweck entsprechend gestaltet sein. Mögliche Formen sind beispielsweise und insbesondere rund oder eckig aufgebaut. Die Oberfläche eines solchen gewebeartigen Elementes kann eine aktive Fläche von 10 mm² bis hin zu 1 m² und mehr aufweisen.
Denkbar und vorteilhaft ist es jedoch auch, wenn flexible Elektroden, insbesondere flexible Gaszuführung und/oder insbesondere flexible Gasabsaugung derart angeordnet sind, daß eine freie Plasmaflamme ausgebildet wird. Die flexiblen Elektroden können dabei einseitig oder beidseitig dielektrisch behindert (abgeschirmt) sein. Mit dieser Ausführungsform ist es möglich, Oberflächen und/oder Hohlräume mit einem größeren Abstand als die anderen genannten Ausführungsformen (bis einige cm) mit einem Plasma zu beaufschlagen. Diese Ausführungsform arbeitet unabhängig von der Leitfähigkeit der Oberfläche sowie von dessen Oberflächenstruktur.
Die flexiblen Elektroden ermöglichen zudem, daß die Plasmaflamme durch Aktuatoren und/oder einer Positioniereinheit in X- und/oder Y-Richtung (in einem beliebigen kartesischen System gewählt) ablenkbar ist. Dies ist besonders vorteilhaft, da somit die Plasmaflamme über die Oberfläche geführt werden kann.
Es ist jedoch auch denkbar, daß eine Flexibilität nicht erforderlich ist, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch eine feste (starre) Oberfläche, beispielsweise in Plattenform, aufweist, die während der Behandlung unmittelbar an das Plasma angrenzt, insbesondere wenn das Dielektrikum selbst eine feste Oberfläche aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu verwendet werden einen vektorfreien Transfer von dsDNA, ssDNA, miRNA, siRNA, shRNA oder Genen zu ermöglichen. Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff Vektor DNA-Moleküle verstanden, die nach Einbau von Fremd-DNA zu deren Einschleusen und Vermehrung in einer Wirtszelle dienen.
Im folgenden werden mögliche Vorrichtungen für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von in den Figuren dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen weiter erläutert und beschrieben.
1 stellt skizzenartig das Funktionsprinzip einer Ausführungsform aus dem Stand der Technik dar;
2. stellt skizzenartig das Funktionsprinzip einer weiteren Ausführungsform aus dem Stand der Technik dar;
3 stellt skizzenhaft das Funktonsprinzip einer dritten Ausführungsform aus dem Stand der Technik dar;
4 stellt skizzenhaft im Querschnitt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform dar;
5 stellt im Querschnitt skizzenhaft eine zweite Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren dar;
6 stellt im Querschnitt und skizzenhaft eine dritte Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren dar;
7 stellt im Querschnitt und skizzenhaft eine vierte Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren dar;
8 stellt skizzenartig und im Querschnitt eine fünfte Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren dar;
9 stellt skizzenhaft und im Querschnitt eine sechste Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren dar;
10 stellt eine skizzenhaft und im Querschnitt eine siebte Ausführungsform für das erfindungsgemäße Verfahren dar;
11 stellt skizzenartig und im Querschnitt eine medizinische Applikation dar;
12 stellt als Funktionsskizze eine übliche Applikation für ein erfindungsgemäßes Verfahren dar;
13 stellt skizzenartig verschiedene Spannungsformen dar, die an die Elektrode angelegt werden können;
14–17 stellen skizzenhaft und im Querschnitt achte bis elfte Ausführungsformen dar.
In 1 ist das Funktionsschema einer Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren – wie aus dem Stand der Technik bekannt – zu erkennen, bei der eine Elektrode (1) und das zu untersuchende Objekt O (leitend) als Gegenelektrode 7 fungierend bei einer Wechselspannung von einigen tausend Volt mit einer Frequenzen bis in den Megehertzbereich ein elektrisches Feld erzeugen, bei dem Luft durch eine entsprechende Gasentladung zu einem Plasma 2 zwischen den Elektroden umgewandelt wird, so daß das zu behandelnde Objekt als Gegenelektrode 7 direkt topisch mit dem Plasma behandelt wird.
Das in 2 gezeigte Prinzip (Stand der Technik) unterscheidet sich lediglich von dem in 1 offenbarten dahingehend, daß das zu behandelnde Objekt zwischen einer Elektrode 1 und einer Gegenelektrode 7 angeordnet ist und sich somit mitten im erzeugten Plasma findet.
In 3 (Stand der Technik) ist zu erkennen, daß über eine röhrenförmige Zuführung eines zu ionisierenden Gases mittels Elektrode 1 und Gegenelektrode 7 über eine Gasentladung ein entsprechender Plasmastrahl 2 entsteht, der direkt auf ein zu behandelndes Objekt geleitet wird.
Bei den in den 1 bis 2 dargestellten Prin zipien befindet sich grundsätzlich zwischen Elektrode und dem zu behandelnden Objekt ein entsprechendes Festkörperdielektrikum, wobei in 2 darüber hinaus auch zwischen Gegenelektrode 7 und dem zu behandelnden Objekt ein entsprechendes Festkörperdielektrikum 3 vorhanden ist.
Die folgenden Figuren erläutern beispielhaft verschiedene erfindungsgemäße Ausführungsformen.
In 4 besteht das dielektrische Material aus Glas, Keramik oder Kunststoff und ist als flexible Hohlfaser 5 ausgestaltet, wobei die Innenwandung der Hohlfaser 5 beschichtet ist mit einem elektrisch leitenden Material wie beispielsweise Metalle, dotierte Halbleiter oder leitende Metalloxidschichten (ITO) (Indium-Tin-Oxid), wobei die Beschichtung als Elektrode 1 fungiert. Bei einer solchen Ausgestaltung wird in der Regel bei Anwendung lediglich einer Hohlfaser 5 das zu behandelnde Objekt als Gegenelektrode fungieren.
Die in 5 aufgezeigte Ausführungsform unterscheidet sich zu der in 4 lediglich dahingehend, daß die Elektrode 1 als Vollmaterial ausgestaltet ist und aus leitenden Materialien wie Metalle und/oder Metall-Legierungen oder ähnliches besteht.
Die in 6 aufgezeigte Ausführungsform unterscheidet sich zu denen in den 4 und 5 dargestellten dahingehend, daß die Elektrode 1 als Pulver, bestehend aus leitenden Materialien wie Metalle und/oder Metall-Legierungen oder ähnliches, ausgestaltet ist.
Die in 7 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich zu den vorherigen dadurch, daß die Elektrode als ionisiertes Gas, beispielsweise Edelgase oder andere Inertgase oder Gasgemische davon oder aus anderen ionisierbaren Gasen besteht, wobei das ionisierte Gas beispielsweise dadurch erzeugt wird, daß durch das Anlegen einer Hochspannung größer als die Durchbruchspannung das Gas ionisiert (Plasma) wird. Das ionisierte Gas ist nun elektrisch leitend und kann somit als Elektrode genutzt werden.
Die in 8 aufgezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von den in den 4, 5, 6 und 7 aufgezeigten dadurch, daß zwei entsprechende Hohlfasern 5 aus dielektrischem Material und jeweils mit vollmaterialigen Elektroden benachbart zueinander in Längsrichtung angeordnet sind, so daß bei Anlegen einer entsprechenden Spannung die obere Elektrode als Elektrode 1 und die untere Elektrode als Gegenelektrode 5 fungieren, so daß sich durch die geometrische Anordnung dieser beiden Hohlfasern eine bestimmte Geometrie des Plasmas einstellt, wobei darüber hinaus auch mehrere Hohlfasern denkbar sind, um eine entsprechende Geometrie des Plasmas zu erzeugen.
9 unterscheidet sich zu den in den 4, 5, 6 und 7 aufgezeigten Ausführungsformen dahingehend, daß in Längsrichtung benachbart zur Hohlfaser 5 eine entsprechende Absaugeinrichtung 6 angeordnet ist, so daß ggf. unerwünschte Komponenten, beispielsweise erzeugte Sauerstoffradikale, schnell von dem zu behandelnden Objekt entfernt werden, beispielsweise, um empfindliche Hautpartikel nicht zu reizen.
14 unterscheidet sich zu denen in den 4, 5, 6 und 7 aufgezeigten Ausführungsformen dahingehend, daß in Längsrichtung benachbart zur Hohlfaser 5 eine entsprechende, flexible Gasabsaugeinrichtung 6 und eine flexible Gaszuführungseinrichtung 8 angeordnet ist, so daß ggf. unerwünschte Komponenten, beispielsweise erzeugte Sauerstoffradikale, schnell von dem zu behandelnden Objekt entfernt werden aber auch um ge zielt Gase zuzuführen, um beispielsweise das Behandlungsareal zu kühlen und/oder gezielt Reaktionen hervorzurufen.
In 10 ist zu erkennen, daß mehrere Hohlfasern 5 aus dielektrischem Material oder mit einer dielektrischen Beschichtung aus Glas, Keramik oder Kunststoff und mit Elektroden versehen, beispielsweise in Form einer inneren Beschichtung (s. Ausführungsform der 4) im Verbund mit weiteren Stützelementen 9 in Form von Fasern ein gewebeartiges Element 10 bilden, so daß auch bei schwierigen Topologien (s. 11) eine entsprechend adäquate und angepaßte Formung und somit Applikation möglich ist.
Schließlich ist in 12 skizzenhaft eine übliche Applikation bezüglich eines Teils eines Hautareals H (in diesem Fall ist die Haut H das zu behandelnde Objekt O), als Gegenelektrode und Objekt fungierend, dargestellt.
In den 15 bis 17 sind unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt, die sich zu den vorherigen dadurch unterscheiden, daß Elektrode/Elektroden und/oder Gaszuführungseinrichtung derart angeordnet sind, daß eine freie Plasmaflamme ausgebildet wird. Die aus der flexiblen Vorrichtung austretende freie Plasmaflamme des Plasmas 2 kann zur direkten topischen Applizierung verwendet werden.
Bei der in 15 dargestellten Ausführungsform ist das Plasma in Bezug auf Elektrode 1 und Gegenelektrode 7 dielektrisch in direktem Kontakt gehindert durch entsprechende Festkörperdielektrika 3.
Bei den Ausführungsformen in den 16 und 17 ist lediglich eine einfache dielektrische Behinderung dahingehend gegeben, daß das Plasma an einem unmittelbaren direkten Kontakt mit der Elektrode 1 durch das Festkörperdielektrikum 3 gehindert wird, jedoch einen direkten Kontakt mit der Gegenelektrode 7 aufweist, da diese sich im Plasma selbst befindet und beispielsweise als elektrisch leitend flexibler Draht ausgestaltet ist.
Die Ausführungsform in 17 unterscheidet sich im wesentlichen von der in 16 dahingehend, daß die Elektrode 1 spiralförmig als Außenelektrode um das Festkörperdielektrikum (hier: Hohlfasermaterial) angeordnet ist, um eine gewisse mechanische Flexibilität zu erhalten bzw. zu unterstützen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, daß die in den 15 bis 17 gezeigten Ausführungsformen mit einer Gasabsaugungseinrichtung wie in 14 gezeigt ausgestattet sein kann.

O: Objekt
H: Haut
1: Elektrode
2: Plasma
3: Festkörperdielektrikum
4: Wirkoberfläche
5: Hohlfaser
6: Gasabsaugeinrichtung
7: Gegenelektrode
8: Gaszuführungseinrichtung
9: Stützelement
10: Gewebeartiges Element
11: Halterung
12: Kontaktierung
13: Anschluß, elektrischer
14: Gaseinlaß
15: Gasauslaß
16: Gasfluß

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 60217393 T2 [0004]

Claims

Verfahren zur Behandlung eines lebende Zellen enthaltenden biologischen Materials, wobei mittels eines Plasmas und mindestens einer reaktiven Spezies und des im Plasma herrschenden Stromflusses Agenzien zumindest teilweise in einen Teil der lebenden Zellen und/oder einen Teil der extrazellulären Matrix verbracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plasma erzeugt wird mittels einer dielektrisch behinderten Entladung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der reaktiven Spezies um eine aus der Gruppe freie Radikale, Ionen, durch das Plasma angeregte Moleküle, Ionen, Radikale, Atome handelt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der reaktiven Spezies um eine aus der Gruppe atomarer Stickstoff, atomarer Sauerstoff, Edelgase, atomarer Wasserstoff, OH-enthaltende Moleküle, CH-enthaltende Moleküle, CO-enthaltende Moleküle, NH-enthaltende Moleküle, Alkohole, Ester, Aldehyde, Ketone, Amine, Amide, Ammoniak, Stickoxide, Halogene handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Agenzien um solche aus der Gruppe Peptide, Hormone, Hormon-Analoga, Corticoide, Immunsupressiva, Vitamine, Anti-Histamin-Präparate, Anti-Phlogistika, Schmerzmittel, Lokalanaesthetika, Heparin-Präparate, Antibiotika, anti-mikrobiell wirkende Substanzen, Desinfektionsmittel, Kosmetika, kolloidale Pflegemittel, Hauttönungsmittel, dsDNA, ssDNA, miRNA, siRNA, shRNA, Gene, Ionen handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Behandlung von Oberflächen verwendet wird, mittels einer Elektrode (1) über ein Feststoffdielektrikum (3) durch eine dielektrisch behinderte Gasentladung erzeugten Plasma (2), wobei die Vorrichtung eine reversibel formveränderbare Wirk-Oberfläche (4) aufweist, die während der Behandlung unmittelbar an das Plasma (2) angrenzt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (3) eine reversibel formveränderbare Oberfläche (4) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (3) an und/oder in einer flexiblen Hohlfaser (5) angeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (3) eine flexible Hohlfaser (5) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur Behand lung von Oberflächen verwendet wird, mittels einer Elektrode (1) über ein Feststoffdielektrikum (3) durch eine dielektrisch behinderte Gasentladung erzeugten Plasma (2), wobei die Vorrichtung eine feste Wirk-Oberfläche (4) aufweist, die während der Behandlung unmittelbar an das Plasma (2) angrenzt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (3) eine feste Oberfläche (4) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (3) als Granulat und/oder als Pulver ausgestaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) zumindest teilweise direkt an der Wirk-Oberfläche des Dielektrikums (3) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) zumindest teilweise mittels eines Spacers beabstandet zur Wirkoberfläche des Dielektrikums ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) zumindest teilweise als Beschichtung am Dielektrikum (3) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) vollmaterialig ausgestaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) als Granulat und/oder als Pulver ausgestaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (1) im Betriebszustand ein ionisiertes Gas ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Gegenelektrode (7) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Gasabsaugeinrichtung (6) und/oder eine Gaszuführungseinrichtung (8) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasabsaugeinrichtung (6) und/oder die Gaszuführungseinrichtung (8) flexibel ausgestaltet sind/ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine Hohlfaser (5) mit sich oder mit mindestens einem anderen Stützelement (9) ein gewebeartiges Element (10) bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode und/oder die Gaszuführungseinrichtung und/oder Gasabsaugeinrichtung derart angeordnet ist/sind, daß eine freie Plasmaflamme ausgebildet wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 23 zum vektorfreien Transfer mindestens eines Agens aus der Gruppe dsDNA, ssDNA, miRNA, siRNA, shRNA, Gen.