DE60032178T2

DE60032178T2 - Katheter und Kathetersystem zum Abgeben eines Fluids an Herzgewebe

Info

Publication number: DE60032178T2
Application number: DE60032178T
Authority: DE
Inventors: Maria Wellesley PALASIS; Arthur Boston ROSENTHAL
Original assignee: Boston Scientific Ltd Barbados
Current assignee: Boston Scientific Ltd Barbados
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2020-10-14
Also published as: US6613026B1; DE60032178D1; EP1257214B1; AU1083801A; US7402155B2; EP1257214A1; US20020095124A1; WO2001041657A1; CA2396357A1

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Abgeben und Injizieren von Fluid in Herzgewebe. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Abgeben und Injizieren von Fluid in Herzgewebe unter Benutzung lateral gerichteter Injektionsöffnungen.
Hintergrund der Erfindung
Injektionskatheter können verwendet werden, um therapeutische oder diagnostische Wirkstoffe in eine Vielzahl von Organen, wie z.B. das Herz, zu injizieren. In dem Fall von Injizieren eines therapeutischen Wirkstoffes in das Herz, werden im Allgemeinen 27 oder 28 Justiernadeln benutzt, um Lösungen, die Gene, Proteine oder Arzneimittel mitführen, direkt in den Herzmuskel zu injizieren. Ein typisches Volumen eines Wirkstoffes, der an eine Injektionsstelle abgegeben wird, ist ca. 100 ml. Eine Einschränkung dieses Verfahrens des Abgebens therapeutischer Wirkstoffe an das Herz ist, dass das injizierte Fluid dazu neigt, aus der Stelle der Injektion auszutreten, nachdem die Nadel aus dem Herz gelöst wurde. Tatsächlich kann Fluid über mehrere Sekunden weiter auslaufen. In dem Fall dynamischer Organe wie dem Herz, kann mit jeder Muskelkontraktion ein ausgeprägteres Austreten auftreten.
Therapeutische und diagnostische Wirkstoffe können an einen Teil des Herzens als Teil eines perkutanen myokardischen Revaskularisation (PMR)-Verfahrens abgegeben werden. PMR ist ein Verfahren, welches darauf zielt, sicherzustellen, dass das Herz mit genügend Sauerstoff versorgt wird.
Sicherzustellen, dass der Herzmuskel angemessen mit Sauerstoff versorgt wird ist entscheidend, um das Leben des Patienten zu erhalten. Um eine angemessene Sauerstoffversorgung zu erhalten muss der Herzmuskel gut mit Blut durchblutet werden. In einem gesunden Herz wird die Durchblutung mit einem System von Blutgefäßen und Kapillaren durchgeführt. Jedoch ist es bei Blutgefäßen häufig, dass sie verstopft (blockiert) oder stenotisch (verengt) werden. Eine Stenose kann gebildet werden durch ein Atherom, welches typischerweise eine härtere, verkalkte Substanz ist, die sich an den Wänden eines Blutgefäßes bildet.
In der Vergangenheit wurden einzelne stenotische Läsionen behandelt mit einer Anzahl von medizinischen Verfahren einschließlich koronarer Bypass-Operation, Angioplastie und Atherektomie. Typischerweise umfasst eine koronare Bypass-Operation das Benutzen von vaskulärem Gewebe von einem anderen Teil des Körpers des Patienten, um einen Shunt um das blockierte Gefäß zu errichten. Angioplastie-Techniken wie z.B. perkutane transluminale Angioplastie (PTA) und perkutane transluminale koronare Angioplastie (PTCA) sind relativ nicht-invasive Verfahren zum Behandeln einer stenotischen Läsion. Diese Angioplastie-Techniken schließen typischerweise die Benutzung eines Leitdrahtes und eines Ballonkatheters mit ein. In diesen Verfahren wird ein Ballonkatheter über einen Leitdraht so vorgeschoben, dass der Ballon in der Nähe einer Verengung in einem erkrankten Gefäß positioniert wird. Der Ballon wird dann aufgeblasen und die Verengung in dem Gefäß wird geöffnet. Eine dritte Technik, die angewendet werden kann, um eine stenotische Läsion zu behandeln, ist Atherektomie. Während eines Atherektomie-Verfahrens wird die stenotische Läsion mechanisch geschnitten oder aus der Blutgefäßwand ausgeschabt.
Koronare Bypass-, Angioplastie- und Atherektomie-Verfahren haben sich alle als wirksam herausgestellt beim Behandeln von einzelnen stenotischen Läsionen in relativ großen Blutgefäßen. Jedoch wird der Herzmuskel durch ein Netzwerk kleiner Gefäße und Kapillaren mit Blut versorgt. In einigen Fällen kann eine große Anzahl stenotischer Läsionen an einer großen Anzahl von Stellen durch dieses Netzwerk von kleinen Blutgefäßen und Kapillaren hindurch auftreten. Der gewundene Pfad und kleine Durchmesser dieser Blutgefäße begrenzen den Zugang zu den stenotischen Läsionen. Die bloße Anzahl und kleine Größe dieser stenotischen Läsionen macht Techniken wie kardiovaskuläre Bypass-Operation, Angioplastie und Atherectomie undurchführbar.
Wenn Techniken, welche individuelle Läsion behandeln nicht durchführbar sind, kann perkutane myokardische Revaskularisation (PMR) benutzt werden, um die Sauerstoffversorgung des Herzmuskelgewebes zu verbessern. Ein PMR-Verfahren umfasst im Allgemeinen die Bildung von Löchern, Kratern oder Kanälen direkt in das Myokard des Herzens. In einem typischen PMR-Verfahren werden diese Löcher unter Benutzung von Hochfrequenzenergie gebildet, die von einem Katheter mit einer oder mehreren Elektroden in der Nähe seines distalen Endes abgegeben wird. Nachdem die Wunde gebildet worden ist, werden therapeutische Wirkstoffe manchmal von dem distalen Ende eines Katheters in die Herzkammer ausgestoßen.
Positive klinische Ergebnisse wurden anhand von Patienten, die PMR-Behandlungen erhielten, dargelegt. Man glaubt, dass diese Ergebnisse teilweise durch Blut, das innerhalb der Herzkammer durch Kanäle in Herzmuskelgewebe gebildet durch PMR, fließt, verursacht werden. Man glaubt auch, dass ansteigender Blutfluss zu dem Herzmuskel teilweise verursacht wird durch die Heilungsreaktion auf Wundbildung. Insbesondere glaubt man, dass die Bildung neuer Blutgefäße in Reaktion auf die neu erzeugte Wunde auftritt. Diese Reaktion bezeichnet man manchmal als Angiogenese. Nachdem die Wunde gebildet worden ist, werden manchmal therapeutische Wirkstoffe, die Angiogenese vorantreiben sollen, in die Herzkammer injiziert. Eine Einschränkung dieses Verfahrens ist, dass der therapeutische Wirkstoff durch den Blutfluss durch das Herz schnell weggetragen werden kann.
Zusätzlich zum Fördern von erhöhtem Blutfluss glaubt man auch, dass PMR den Zustand eines Patienten durch Denervation verbessert. Denervation ist die Eliminierung von Nerven. Die Bildung von Wunden während eines PMR-Verfahrens resultiert in der Eliminierung von Nervenenden, die vorher Schmerzsignale an das Gehirn als Ergebnis von hiberniertem Gewebe sendet.
Derzeit erhältliche Injektionskatheter sind nicht insbesondere geeignet für akkurate Abgabe kleinerer Volumen von therapeutischen Wirkstoffen an Herzgewebe. Verbesserte Vorrichtungen und Verfahren sind erwünscht, die Probleme behandeln, die mit Ansammlung des Wirkstoffes in dem Herzgewebe wie oben diskutiert, zusammenhängen. Dies ist insbesondere wahr für Wirkstoffe, die Gene, Proteine, oder andere angiogene Wirkstoffe mitführen, welche sehr teuer sein können, selbst in kleinen Dosen.
WO-A-9949926 offenbart einen Katheter und ein System, wie in den Präambeln der vorliegenden Ansprüche 1 bzw. 10 definiert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt einen Katheter zum Abgeben eines Fluids an eine Injektionsstelle im Herzgewebe wie in Anspruch 1 definiert, bereit, und ein Kathetersystem zum Abgeben eines Fluids an Herzgewebe wie in Anspruch 10 definiert. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die vorliegende Erfindung behandelt die Aufgaben, die mit Retention des Fluids in das Herzgewebe verbunden sind. Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden, um Gene, Proteine oder Arzneimittel direkt in den Herzmuskel zu Zwecken von myokardischer Revaskularisation, abzugeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Draufsicht eines Kathetersystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
1B ist eine vergrößerte Detailansicht des distalen Endes des Katheters, bildlich dargestellt ist in 1A;
2 ist eine weitere vergrößerte Ansicht des distalen Endes des Katheters, bildlich dargestellt in 1A;
3 ist eine laterale Querschnittsansicht, vorgenommen entlang der Linie 3-3 von 2 genommen.
4 ist eine laterale Querschnittsansicht, vorgenommen entlang der Linie 4-4 in 2;
5 ist eine vereinfachte längslaufende Querschnittsansicht des Eindringelements;
6A–6C stellen bildlich eine Abfolge von Schritten zum Benutzen des Systems, bildlich dargestellt in 1A, dar; und
7A–7C stellen bildlich eine Abfolge von Schritten zum Benutzen der Ausführungsform des Systems, das bildlich in 1A dargestellt ist, dar, einschließlich einem stabilisierenden Saugkopf.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die folgende detaillierte Beschreibung sollte mit Bezug auf die Zeichnungen gelesen werden, in denen ähnliche Elemente in verschiedenen Zeichnungen gleich nummeriert sind. Die Zeichnungen, die nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sein müssen, stellen veranschaulichende Ausführungsformen dar und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken. 1 bis 6 zeigen keinen Saugkopf gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nun beziehend auf 1A, welche bildlich eine Draufsicht eines Kathetersystems 10 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Kathetersystem 10 schließt einen Katheter 12 mit ein, der einen länglichen Schaft 14 hat. Ein Verteiler 16 ist verbunden mit dem proximalen Ende des länglichen Schafts 14. Der längliche Schaft 14 schließt ein distales Ende 18 ein, welches in 1B detaillierter bildlich dargestellt ist.
Eine unter Druck stehende Fluidquelle 20 ist verbunden mit dem Katheter 12 durch den Verteiler 16. Optional kann eine Vakuumquelle an den Seitenarm des Verteilers 16 gekoppelt sein. Die unter Druck stehende Fluidquelle 20 kann eine konventionelle Spritze oder eine automatisierte Druckquelle wie z.B. ein Hochdruckinjektionssystem umfassen. Ein Beispiel eines Hochdruckimjektionssystems ist in US Patent Nr. 5,520,639 offenbart. Das System kann gasbetrieben sein wie z.B. mit Carbondioxid oder es kann mechanisch betrieben sein mit einer Feder beispielsweise, um die Lösung vorwärts zu treiben. In ähnlicher Weise kann Vakuumquelle 22 eine konventionelle Spritze oder andere geeignete Vakuummittel wie z.B. eine Vakuumflasche umfassen.
Nun in Bezug auf 1B, die eine vergrößerte Detailansicht des distalen Teils 18 des länglichen Schafts 14 bildlich darstellt. Das distale Teil 18 des länglichen Schafts 14 beinhaltet ein Eindringelement 24, welches koaxial in einer länglichen äußeren Hülle 28 gelagert ist. Das Eindringelement 24 umfasst eine Vielzahl von Injektionsöffnungen 26, die neben dem distalen Ende davon liegend gelagert sind. Die Injektionsöffnungen 26 sind über Eindringelement 24 und Verteiler 16 in Fluidkommunikation mit der unter Druck stehenden Fluidquelle 20.
In Bezug auf 2, beinhaltet das Eindringelement 24 ein geschärftes distales Ende 30 um leichte Penetration von Gewebe zu vereinfachen. Die Injektionsöffnungen 26 erstrecken sich durch die Wand des Eindringelements 24. Die Injektionsöffnungen 26 haben jeweils eine Achse, die in einem Winkel mit der Längsachse des Eindringelements 24 steht. Die Achse jeder Injektionsöffnung 26 kann orthogonal zu der Achse des Eindringelements 24 oder jeder andere erwünschte Winkel sein. Der Winkel der Achse jeder Injektionsöffnung 26 bestimmt zum Teil den Penetrationswinkel des Fluids, wie detaillierter beschrieben mit Bezug auf 6A–6C.
Mit Bezug auf 3 wird eine laterale Querschnittsansicht entlang Linie 3-3 in 2 gezeigt. Der Schaft 14 beinhaltet ein ringförmiges Lumen 36, das definiert ist zwischen dem Inneren der Hülle 28 und dem Äußeren des Eindringelements 24. Das ringförmige Lumen 36 kann benutzt werden, um Fluide zu Zwecken von fluoroskopischer Visualisierung und/oder Aspiration zu infundieren. Alternativ kann das ringförmige Lumen 36 benutzt werden um die Anwendung von Ansaugen zu Stabilisierungszwecken zu vereinfachen, wie detaillierter in Bezug auf 7A–7C diskutiert werden wird.
Der längliche Schaft 14 hat Eigenschaften (Länge, Profil, Flexibilität, Druckfähigkeit, Lenkfähigkeit usw.), die geeignet sind zur Navigation von einer entfernten Zugangsstelle zur Behandlungsstelle innerhalb des menschlichen Körpers. Zum Beispiel kann der längliche Schaft 14 Eigenschaften haben, die geeignet sind zur intravaskulären Navigation zu Koronargewebe von einer entfernten Zugangsstelle in der Oberschenkelarterie. Alternativ dazu kann der längliche Schaft 14 Eigenschaften haben, die geeignet sind zur transthorakalen Navigation zu dem Koronargewebe von einem entfernten Zugangspunkt in der oberen Thorax. Die Fachleute werden erkennen, dass der Schaft 14 eine breite Variation an Dimensionen, Materialien, Konstruktionen usw. haben kann, abhängig von der bestimmten Anatomie, die durchquert wird.
Nun in Bezug auf 4, die eine laterale Querschnittsansicht, vorgenommen entlang Linie 4-4 in 2, bildlich darstellt. Eindringelement 24 beinhaltet ein internes Lumen 38 in Fluidkommunikation mit den Injektionsöffnungen 26. Die Injektionsöffnungen 26 sind in Fluidkommunikation mit der unter Druck stehenden Fluidquelle 20 über Lumen 38 des Eindringelements 24, so dass das Fluid leicht von der unter Druck stehenden Fluidquelle 20 durch den Schaft 14 und in das Herzgewebe, das behandelt wird, abgegeben werden kann. Fluidkommunikation zwischen der unter Druck stehenden Fluidquelle 20 und den Injektionsöffnungen 26 kann definiert werden als eine direkte Verbindung zwischen dem proximalen Ende des Eindringelements 24 und der Quelle 20 über Verteiler 16. Solch Fluidkommunikation kann auch teilweise definiert werden durch eine dazwischen liegende Röhre, die verbunden ist mit dem proximalen Ende des Eindringelements 24.
Das Eindringelement 24 kann eine Länge haben, die leicht größer als die Länge der äußeren Hülle 28 ist, mit einer Eindringlänge von ungefähr 1 bis 10 mm. Der Innendurchmesser des Eindringelements 24 sollte lang genug sein, um die gewünschte Flussrate des Fluids aufzunehmen, aber ausreichend klein, um die Menge von Fluidrest, der in dem Lumen 38 bleibt, nachdem das Verfahren vollendet ist, zu verringern. Zum Beispiel kann das Eindringelement 24 einen Innendurchmesser im Bereich von 1 bis 250 Mikrometern haben und einen Außendurchmesser im Bereich von 10 Mikrometern bis 1,25 mm haben. Das Eindringelement 24 kann aus Edelstahl oder anderem geeignetem Material wie z.B. Nickeltitaniumlegierung gebildet sein. Die Injektionsöffnungen 26 können einen Durchmesser im Bereich von ungefähr 1 bis 500 Mikrometern haben.
Nun in Bezug auf 6A–6C, die Betrieb des Kathetersystems 10 bildlich darstellen. Das Herzgewebe 60 (d.h. Myokard) kann zugänglich gemacht werden vom Inneren des Herzens durch beispielsweise Navigieren des Katheters 12 durch das vaskuläre System in eine Herzkammer. Alternativ kann das Herzgewebe 60 auch zugänglich gemacht werden von dem Äußeren des Herzes durch beispielsweise transthorakal minimal invasiven Eingriff, in dem der Katheter 12 navigiert wird durch die obere Brusthöhle, die in der Nähe des Epikardiums des Herzens liegt.
Unabhängig von der Annäherung wird das distale Teil 18 des Katheters 12 neben der gewünschten Behandlungsstelle des Herzgewebes 60 positioniert unter Verwendung von konventionellen Visualisierungstechniken wie z.B. Röntgenstrahl, fluoroskopische oder endoskopische Visualisierung. Während des Positionierens des Katheters 12 kann das Eindringelement 24 teilweise zurückgezogen werden in die äußere Hülle 28, so dass nur das distale Ende 30 des Eindringelements 24 exponiert ist oder vollständig zurückgezogen werden, so dass das gesamte Eindringelement 24 innerhalb der äußeren Hülle 28 enthalten ist.
Mit dem distalen Teil 18 positioniert neben dem Herzgewebe 60, wie gezeigt in 6A, wird das Eindringelement 24 vorgeschoben in das Herzgewebe 60, bis das distale Ende 30 des Eindringelements 24 eine ausreichende Tiefe erreicht, um die Injektionsöffnungen 26 vollständig in dem Gewebe 60 zu positionieren, wie in 6B gezeigt. Diese Position kann bestätigt werden durch Injizieren von radiopakem Kontrastmittel oder eingefärbtem Farbstoff durch das innere Lumen 38 des Eindringelements 24, so dass das Kontrastmittel oder der Farbstoff aus den Injektionsöffnungen 26 austreten.
Einmal in Position, kann Fluid 62 von der unter Druck stehenden Fluidquelle 20 durch das Lumen 38 des Eindringelements und durch die Injektionsöffnungen 26 und in das Herzgewebe 60 infundiert werden. Nachdem das Fluid 62 über die Injektionslumen in die Injektionsöffnungen 26 abgegeben worden sind, kann das Eindringelement 24 in die äußere Hülle 28 zurückgezogen werden. Nach dem Rückzug kann der gesamte Katheter 12 von dem Patienten entfernt werden.
Der Druck, angewandt durch die unter Druck stehende Fluidquelle 20, um das Fluid 62 in das Herzgewebe 60 abzugeben, kann abhängig von dem gewünschten Ergebnis variieren. Zum Beispiel kann ein relativ niedriger Druck von ungefähr 1010 Pa–101000 Pa (0,01 bis 1 ATM) verwendet werden, um das Fluid 62 in das Herzgewebe 60 abzugeben und dadurch Trauma an dem Gewebe neben der Injektionsstelle zu minimieren. Alternativ kann ein relativ hoher Druck von ungefähr 1,01 × 10⁶ Pa–3,04 × 10⁷ Pa (10 bis 300 ATM) verwendet werden, um die Tiefenpenetration des Fluids 62 in das Herzgewebe 60 zu erhöhen und/oder die Lösung durch das injizierte Gewebe zu verteilen.
Die Penetrationstiefe des Fluids 62 in das Gewebe 60 beeinflusst Fluidretention, das Volumen des behandelten Gewebes 60 und den Grad des Traumas des Gewebes 60. Die Penetrationstiefe des Fluids 62 ist vorgeschrieben teilweise durch die Austrittgeschwindigkeit des Fluids 62, die Größe des Fluidstroms 62 und den Eigenschaften des Gewebes 60. Die Austrittsgeschwindigkeit wiederum hängt ab von dem angewandten Druck der unter Druck stehenden Fluidquelle 20, dem Zug oder Druckabfall entlang der Länge des Lumens 38 und den Öffnungen 36, und der Querschnittsfläche oder Größe der Öffnungen 26. Die Größe des Fluidstroms 62 hängt auch ab von der Größe der Öffnungen 26. Daher, angenommen, dass die Behandlungsstelle die Eigenschaften des Gewebes 60 vorgibt, kann die Pentrationstiefe ausgewählt werden durch Regulierung des angewandten Drucks der unter Druck stehenden Fluidquelle 20, der Größe und Länge des Lumens 38 und der Querschnittsfläche der Öffnungen 26. Durch Regulieren dieser Parameter können Fluidretention, behandeltes Gewebevolumen und Grad des Traumas verändert werden wie sie für die bestimmte klinische Anwendung benötigt werden.
Wie aus der Illustration von 6C gewürdigt werden kann, wird innerhalb des Herzgewebes 60 durch Injizieren des Fluids 62 in eine Richtung unterschiedlich zu der Richtung der Penetration des Eindringelements 24, das Fluid 62 zurückgehalten werden. Retention des Fluids 62 in dem Herzgewebe 60 wird hauptsächlich erreicht durch Bilden von Injektionsöffnungen in einem Winkel relativ zu der Richtung der Penetration des Eindringelements 24, d.h. zu der Längsachse des Eindringelements 24. Zusätzlich zum Bereitstellen besserer Retention des Fluids 62 innerhalb des Herzgewebes 60, erlaubt diese Anordnung auch, dass ein größeres Volumen von Herzgewebe 60 mit einer einzigen Hauptpenetration behandelt wird.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein geringes Volumen (einige Mikroliter, aber weniger als 100 Mikroliter pro einzelner Injektion) Lösung an das Herz abgegeben, so dass es die abgegebene Lösung innerhalb des Zeitrahmens der Injektion absorbieren kann. Im Gegensatz zu größeren Volumeninjektionen ist das Herz mehr im Stande diese geringen Volumina zu absorbieren. Der Effekt der geringen Volumeninjektion ist, Ausscheidung durch das Gewebe zu minimieren. Um die gesamte Dosis von Virus abzugeben, kann es wünschenswert oder notwendig sein, die Injektion zu konzentrieren (d.h. dieselbe Anzahl von viralen Teilchen oder Mikrogramm von Protein, typischerweise in 100 μl abgegeben, in einem Volumen von 10 μl abzugeben) oder die Konzentration des Virus gleich der zu halten, die typischerweise abgegeben wird, aber die Anzahl von Injektionen von 10 (typisch) auf 20, 30 oder mehr zu erhöhen.
Jede Injektion kann also in einer verlängerten Art und Weise abgegeben werden, so dass das Herz die Lösung, wenn sie injiziert wird, absorbieren kann (Abgaberate ≤ Rate der Gewebeabsorption). Zum Beispiel kann die Injektion bei einer definierten Flusshöhe unter Verwendung einer Spritzpumpe abgegeben werden. Die Injektionszeit wird abhängen von dem abzugebenden Volumen. Zum Beispiel können niedrige Volumina (wenige Mikroliter) in unter einer Minute geliefert werden, während größere Volumina (10 bis 100 μl oder mehr) über mehrere Minuten abgegeben werden können. In diesem Fall kann es hilfreich sein, ein Ver fahren miteinzubeziehen, welches sanft den Injektionskatheter an die Herzwand befestigt, zum Beispiel Absaugung oder Vakuum.
Daher, um dieses Ergebnis zu erreichen, können die Injektionsöffnungen 26 bei einem Winkel zu der Längsachse des Eindringelements 24 gebildet werden. Vorzugsweise sind die Achsen der Injektionsöffnungen 26 im Allgemeinen lateral zur Längsachse des Eindringelements 24. Jedoch können die Achsen der Injektionsöffnungen 26 bei einem Winkel von 5 bis etwa 90 Grad relativ zu der Achse des Eindringelements 24 gebildet werden, um im Wesentlichen dasselbe Ergebnis zu erhalten. Auch bevorzugt dringt das Eindringelement 24 in das Herzgewebe 60 in einer Richtung ein, die im Allgemeinen orthogonal zu der Oberfläche des Herzgewebes 60 benachbart zur Injektionsstelle ist.
Nun in Bezug auf 7A–7C, die Betrieb einer Ausführungsform des Kathetersystems 10 gemäß der Erfindung bildlich darstellen. In dieser besonderen Ausführungsform beinhaltet das distale Teil des Katheters 12 einen Saugkopf 70, der verbunden ist mit dem distalen Kopf der äußeren Hülle 28. Der Saugkopf 70 umfasst ein flexibles schlauchartiges Element, das eine allgemeine konische Form hat. Der Saugkopf 70 hat eine Innenfläche, die in Fluidkommunikation mit dem inneren Lumen 36 der äußeren Hülle 28 ist. Wie vorher erwähnt, ist das innere Lumen 36 der äußeren Hülle 28 in Fluidkommunikation mit der Vakuumquelle 22. Durch Antreiben der Vakuumquelle 22 wird Saugung an den Saugkopf über das innere Lumen 36 der äußeren Hülle 28 angewendet.
Der Saugkopf ist benachbart zum Herzgewebe 60 positioniert, wie bildlich in 7A dargestellt. Der Saugkopf 70 erfasst die Oberfläche des Herzgewebes 60 und stabilisiert dadurch das distale Teil 18 des Katheters 12. Dies ist insbesondere hilfreich, wenn Gewebe in einem dynamischen Milieu behandelt wird, z.B. wenn das Herz schlägt. Ohne Stabilisierungsmittel wie einen Saugkopf 70 kann es schwierig sein, das distale Teil 18 in einer relativ starren Position zu halten, wenn die Behandlungsstelle nicht stationär ist.
Nachdem Saugung auf den Saugkopf 70 angewendet worden ist und dadurch das distale Teil 18 des Katheters 12 stabilisiert ist, wird das Eindringelement 24 vorgeschoben in das Herzgewebe 60, wie bildlich dargestellt in 7B. Wenn die Injektionsöffnungen 26 des Eindringelements 24 vollständig eingebettet sind in dem Herzgewebe 60, kann Fluid 62 in das Herzgewebe 60 über die Injektionsöffnungen 26 wie vorher beschrieben, abgegeben werden.
Nachdem das Fluid 62 an das Herzgewebe 60 abgegeben worden ist, kann das Eindringelement 24 in die äußere Hülle 28 zurückgezogen werden. Nach Zurückziehen des Eindringelements 24 wird die Saugung, die durch den Saugkopf 70 angewendet wird, beendet, um das distale Teil 18 des Katheters von dem Herzgewebe 60 zu befreien. Das gesamte Kathetersystem 12 kann dann von dem Patienten entfernt werden.
Aus dem vorhergehenden wird offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung einen Katheter und ein Kathetersystem bereitstellt zum Abgeben und Injizieren von Fluid in Herzgewebe um Abgabeeffizienz zu verbessern.
Dies wird erreicht durch Verwenden von Injektionsöffnungen, die Fluid in eine Richtung leiten, die unterschiedlich zu der Richtung der Penetration des Eindringelements ist. Daher wird Fluidausfluss von der Injektionsstelle reduziert und das Fluid über ein größeres Gewebevolumen verteilt.
Obwohl Behandlung des Herzens hierin als Beispiel benutzt wird, sind die medizinischen Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung nützlich zum Behandeln von jeglichem Säugetiergewebe oder -organ. Nicht-beschränkende Beispiele schließen ein Tumore; Organe einschließlich, aber nicht begrenzt auf, das Herz, Lunge, Gehirn, Leber, Niere, Blase, Harnröhren und Harnleitern, Auge, Darm, Magen, Bauchspeicheldrüse, Eierstock, Prostata; quergestreifte Muskulatur; glatter Muskel; Brust, Knorpel und Knochen, ein.
Die Bezeichnungen „therapeutische Wirkstoffe" und „Arzneimittel" sind hierin austauschbar verwendet und schließen pharmazeutisch aktive Verbindungen, Zellen, Nucleinsäuren mit und ohne Trägervektoren wie Lipiden, Verdichtungswirkstoffe (wie Histone), Virus, Polymere, Proteine und ähnliches, mit oder ohne Zielsequenzen ein.
Spezielle Beispiele von therapeutischen Wirkstoffen, die in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden, schließen zum Beispiel, Proteine, Oligonucleotide, Ribozyme, Antisense-Gene, DNA-verdichtende Wirkstoffe, Gen-/Vektor-Systeme (d.h. alles, das die Aufnahme und Abgabe von Nucleinsäuren zulässt), Nucleinsäuren (einschließlich, zum Beispiel rekombinante Nucleinsäuren; nackte DNA, cDNA, RNA; genomische DNA, cDNA oder RNA in einem nicht-infektiösen Vektor oder in einem viralen Vektor, dem Peptid-Zielsequenzen beigefügt sein können; Antisense-Nucleinsäure (RNA oder DNA); und DNA-Chimere, die Gensequenzen einschließen und für Fährproteine wie membrantranslokalisierende Sequenzen („MTS") und Herpes simplex Virus-1 („VP22")) codieren, und virale, Liposome und kationische Polymere, die ausgewählt sind aus einer Anzahl von Typen abhängig von der gewünschten Anwendung. Andere pharmazeutisch aktive Materialien schließen antithrombogene Wirkstoffe wie Heparin, Heparin-Derivate, Urokinase und PPACK (Dextrophenylalaninprolinargininchlormethylketon); Antioxidantien wie Probucol und Retinolsäure; angiogenische und anti-angiogenische Wirkstoffe; Wirkstoffe, die Glattmuskelzellproliferation blockieren, wie Rapamycin, Angiopeptin, und monoklonale Antikörper, die imstande sind Glattmuskelzellproliferation zu behindern; entzündungshemmende Wirkstoffe wie Dexamethason, Prednisolon, Corticosteron, Budesonid, Ostrogen, Sulfasalazin, Acetylsalicylsäure, und Mesalamin; Kalziumeintrittsblocker wie Verapamil, Diltiazem und Nifedipin; antineoplastische/antiproliferative/antimitotische Wirkstoffe wie Paclitaxel, 5-Fluoruracil, Methotrexat, Doxorubicin, Daunorubicin, Cyclosporin, Cisplatin, Vinblastin, Vincristin, Epothilone, Endostatin, Angiostatin und Thymidinkinase-Inhibitoren; anti mikrobielle Substanzen wie Triclosan, Cephalosporine, Aminoglykoside, und Nitorfurantoin; anästhetische Wirkstoffe wie Lidocain, Bupivacain, und Ropivacain; Nitratoxid (NO)-Geber wie Lisidomin, Molsidomin, L-Arginin, NO-Proteinzusätze, NO-Kohlenhydrataddukte, polymere oder oligomere NO-Addukte; Anticoagulantien wie D-Phe-Pro-Arg-Chlormethylketon, eine RGD-peptidhaltige Verbindung, Heparin, Antithrombinverbindungen, Thrombozytenrezeptorantagonisten, Anti-Thrombin-Antikörper, Anti-Thrombozytenrezeptor-Antikörper, Enoxaparin, Hirudin, Warafinnatrium, Dicumarol, Aspirin, Prostaglandininhibitoren, Thrombozyteninhibitoren und Tick-Thrombozyten-Faktoren; vaskuläre Zellwachstumspromotoren wie Wachstumsfaktoren, Wachstumsfaktorrezeptorantagonisten, transkriptionale Aktivatoren und translationale Förderer, vaskuläre Zellwachstumshemmer, wie z.B. Wachstumsfaktorhemmer, Wachstumsfaktorrezeptorantagonisten, Transkriptionsrepressoren, Translationsrepressoren, Replikationsinhibitoren, inhibitorische Antikörper, Antikörper, gerichtet gegen Wachstumsfaktoren, bifunktionale Moleküle bestehend aus einem Wachstumsfaktor und einem Cytotoxin, bifunktionale Moleküle bestehend aus einem Antikörper und einem Cytotoxin; cholesterinsenkende Wirkstoffe; vasodilierende Wirkstoffe; Wirkstoffe, die mit endogenen vascoaktiven Mechanismen wechselwirken; Überlebensgene, die vor Zelltod schützen wie antiapoptische Bcl-2-Familie-Faktoren und Akt Kinase; und Kombinationen davon ein.
Beispiele von Polynucleotidsequenzen, die verwendbar sind in der Praxis der Erfindung schließen DNA oder RNA-Sequenzen, die eine therapeutische Wirkung haben nachdem sie durch eine Zelle aufgenommen wurden, ein. Beispiele therapeutischer Polynucleotide schließen Antisense-DNA und RNA ein; DNA codierend für eine Antisense-RNA; oder DNA codierend für tRNA oder rRNA, um fehlerhafte oder mangelhafte endogene Moleküle zu ersetzen. Die Poylnucleotide der Erfindung können auch für therapeutische Proteine oder Polypeptide codieren. Unter einem Polypeptid versteht man jegliches Translationsprodukt eines Polynucleotids, unabhängig von Größe und davon, ob es glykosyliert ist oder nicht. Therapeutische Proteine und Polypeptide schließen als Hauptbeispiel jene Protei ne oder Polypeptide ein, die fehlerhafte oder mangelhafte Arten kompensieren können in einem Tier oder jene, die durch toxische Effekte handeln, um schädliche Zellen von dem Körper einzuschränken oder zu entfernen, ein. Zusätzlich schließen die Polypeptide oder Proteine, die nützlich sind in der vorliegenden Erfindung, ohne Einschränkung, angiogene Faktoren und andere Moleküle ein, die zuständig sind dafür, Angiogenese zu erzeugen, einschließlich saure oder basische Fibroblastwachstumsfaktoren, vaskuläre Endotheliumwachstumsfaktor, hif-1, Epidermwachstumsfaktor, transformierender Wachstumsfaktor α und β, Thrombozyten-abgeleiteter endotheler Wachstumsfaktor, Thrombozyten-abgeleiteter Wachstumsfaktor, Tumornekrosefactor α, Hepatocytenwachstumsfaktor und Insulin wie Wachsumsfaktor; Wachstumsfaktoren, Zellzyklusinhibitoren einschließlich CDK Inhibitoren; Anti-Restenose Wirkstoffe einschließlich p15, p16, p18, p19, p21, p27, p53, p57, Rb, nFkB und E2F-Köder, Thymidinkinase („TK") und Kombinationen davon und andere Wirkstoffe, die verwendbar sind zum Eingreifen in Zellproliferation einschließlich Wirkstoffe zum Behandeln von bösartigen Tumoren; und Kombinationen davon. Noch andere nützliche Faktoren, die als Polypeptide oder als DNA, die diese Polypeptide codiert, bereitgestellt werden können schließen monozyte Chemolockstoff-Proteine („MCP-1 ") und die Familie von knochenmorphogenen Proteinen („BMPs") ein. Die bekannten Proteine schließen ein BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6 (Vgr-1), BMP-7 (OP-1), BMP-8, BMP-9, BMP-10, BMP-11, BMP-12, BMP-13, BMP-14, BMP-15 und BMP-16 ein. Derzeit sind bevorzugte BMPs jegliche von BMP-2, BMP-3, BMP-4, BMP-5, BMP-6 und BMP-7. Diese dimerischen Proteine können als Homodimere, Heterodimere, oder Kombinationen davon, allein oder zusammen mit anderen Molekülen bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können Moleküle, die imstande sind, einen Aufstrom- oder Abstrom-Effekt eines BMPs einzuleiten, bereitgestellt werden. Solche Moleküle schließen jegliche der „Igel"-Proteine oder der DNA, die sie codiert, ein.
Die vorliegende Erfindung ist auch verwendbar beim Abgeben von Zellen als dem therapeutischen Wirkstoff. Zellen können von menschlicher Herkunft (autolog oder allogen) sein oder von einer Tierquelle (xenogen), genetisch aufbereitet, wenn erwünscht, um Proteine von Interesse an eine Abgabe- oder Transplantationsstelle abzugeben. Die Abgabemedien werden gebildet, wenn sie gebraucht werden, um Zellfunktion und Lebensfähigkeit beizubehalten.
Die Fachleute werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung in einer Anzahl von Formen, anders als die speziellen Ausführungsformen, die hier beschrieben und erwähnt sind, manifestiert sein können. Dementsprechend können Abwandlungen von Form und Detail gemacht werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben, abzuweichen.

Claims

Katheter (12) zum Abgeben eines Fluids an eine Injektionsstelle im Herzgewebe, welcher einen Schaft (14) mit einem proximalen Ende, einem distalen Ende (18) und einem sich darin erstreckenden Infusionslumen (38) aufweist, das distale Ende (18) des Schafts ein Eindringelement (24) mit einer Injektionsöffnung (26) beinhaltend, wobei das Eindringelement (24) geeignet ist zum Eindringen ins Herzgewebe an der Injektionsstelle in eine erste Richtung und wobei die Injektionsöffnung (26) Fluid in eine zweite Richtung leitet, welche von der ersten Richtung verschieden ist, und weiterhin eine Hülle (28) umfassend, welche um den Schaft (14) angeordnet ist, wobei die Hülle (28) ein proximales Ende, ein distales Ende und ein darin angeordnetes Lumen (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter (12) weiterhin einen Saugkopf (70) umfasst, welcher mit dem distalen Ende der Hülle (28) verbunden ist, wobei der Saugkopf (70) geeignet ist zum Halten des distalen Endes des Katheters (12) an die Injektionsstelle, während das Eindringelement (24) in die Injektionsstelle eindringt.
Katheter (12) nach Anspruch 1, wobei der Saugkopf (70) an das Lumen (36) gekoppelt ist, welches durch die Hülle (28) bestimmt ist.
Katheter (12) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Injektionsöffnungen (26) benutzt wird.
Katheter (12) nach Anspruch 1, wobei etwa 2 bis etwa 100 Injektionsöffnungen (26) benutzt werden.
Katheter (12) nach Anspruch 1, wobei jede der Mehrzahl von Injektionsöffnungen (26) einen Durchmesser von ungefähr 1 bis 500 Mikrometern hat.
Katheter (12) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Richtung im Allgemeinen lateral zu der ersten Richtung ist.
Katheter (12) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Richtung bei einem Winkel von in etwa 5 bis 90 Grad relativ zu der ersten Richtung ist.
Katheter (12) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Eindringelement (24) einen äußeren Durchmesser im Bereich von ungefähr 10 Mikrometern bis 1,25 mm hat.
Katheter (12) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Eindringelement (24) eine exponierte Länge im Bereich von ungefähr 1 bis 10 mm hat.
Kathetersystem (10) zum Abgeben eines Fluids an Herzgewebe, welches einen Katheter (12) umfasst mit einem proximalen Ende, einem distalen Ende (18) und einem sich darin erstreckenden Infusionslumen (38), das distale Ende (18) des Katheters (12) ein axiales Eindringelement (24) in eine erste Richtung und eine Mehrzahl von lateralen Injektionsöffnungen (26) in eine zweite Richtung beinhaltend, und weiterhin eine Hülle (28) umfassend, welche um den Katheterschaft angeordnet ist, wobei die Hülle (28) ein proximales Ende, ein distales Ende und ein darin angeordnetes Lumen (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kathetersystem (10) weiterhin eine unter Druck stehende Fluidquelle (20) umfasst, welche ein Fluid darin enthält; das proximale Ende des Katheters (12) verbunden ist mit der unter Druck stehenden Fluidquelle (20); das Infusionslumen (38) in Fluidverbindung ist mit dem Fluid, welches in der unter Druck stehenden Fluidquelle (20) enthalten ist; jede der Injektionsöffnungen (26) in Fluidverbindung ist mit dem Infusionslumen (38), so dass Fluid von der unter Druck stehenden Fluidquelle (20) durch die Injektionsöffnungen (26) an das Herzgewebe abgegeben werden kann; und einen Saugkopf (70), welcher mit dem distalen Ende der Hülle (28) verbunden ist, wobei der Saugkopf (70) geeignet ist zum Halten des distalen Endes des Katheters (12) gegen die Injektionsstelle, während das Eindringelement (24) in die Injektionsstelle eindringt.
Kathetersystem (10) nach Anspruch 10, wobei der Saugkopf (70) an das Lumen (36) gekoppelt ist, welches durch die Hülle (28) bestimmt ist.
Kathetersystem (10) nach Anspruch 10, wobei die unter Druck stehende Fluidquelle (20) unter Druck gesetzt wird auf einen relativ geringen Druck von weniger als ungefähr 1,01 × 10⁵ Pa (1 ATM) zum Reduzieren von Gewebeverletzungen.
Kathetersystem (10) nach Anspruch 10, wobei die unter Druck stehende Fluidquelle (20) unter Druck gesetzt wird auf einen relativ hohen Druck von mehr als ungefähr 1,01 × 10⁷ Pa (100 ATM) zum Erhöhen von Gewebedurchdringung.
Kathetersystem (10) nach Anspruch 10, welches weiterhin umfasst: eine Vakuumquelle (22), wobei das proximale Ende der Hülle (28) in Fluidverbindung mit der Vakuumquelle (22) ist.
Kathetersystem (10) nach Anspruch 10, wobei die zweite Richtung bei einem Winkel von etwa 5 bis etwa 90 Grad relativ zu der ersten Richtung ist.