DE69426210T2

DE69426210T2 - Transdermale iontophoretische abgabe von medikamenten in mikroträgern

Info

Publication number: DE69426210T2
Application number: DE69426210T
Authority: DE
Inventors: Gunter A. Hofmann
Original assignee: Genetronics Inc
Current assignee: Genetronics Inc
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1994-12-13
Publication date: 2001-05-17
Anticipated expiration: 2014-12-14
Also published as: AU691237B2; JP3554935B2; CA2185024C; AU1435495A; CA2185024A1; EP0751802A1; US5464386A; ATE197128T1; WO1995026781A1; EP0751802B1; DE69426210D1; JPH10502827A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die Medikamentenabgabe und insbesondere auf eine Vorrichtung für die transdermale Abgabe von Medikamenten und anderen Molekülen,

STAND DER TECHNIK

Das Konzept der transdermalen Abgabe von Medikamenten als eine Möglichkeit zum Abgeben von Medikamenten und ähnlichem ohne der physikalischen Durchdringung des Gewebes ist seit vielen Jahren bekannt. Eine transdermale Medikamentenabgabe hat den Vorteil, dass sie in hohem Maße präzise und reproduzierbar ist, ähnlich zum intravenösen Spritzen, aber nicht invasiv, da keine Nadel benötigt wird. Das erste Hautpflaster, das geregelte Mengen eines Medikaments kontinuierlich abgab, wurde vor etwa 10 Jahren eingeführt. Das Verfahren beinhaltet das Platzieren eines Pflasters, das ein Medikament enthält, auf der Oberfläche der Haut, so dass das Medikament durch die Haut absorbiert wird. Das Medikament wird an den Blutkreislauf in therapeutischen Mengen abgegeben, was eine bequeme Einrichtung vorsieht, um das Medikament über längere Zeitdauern abzugeben. Diese herkömmliche transdermale Medikamentenabgabe ist ein passives System und ist für die meisten Anwendungen nicht zufriedenstellend.
Aufgrund der deutlichen Barriereeigenschaften der Haut war diese passive transdermale Medikamentenabgabe auf Medikamente beschränkt, die eine hochwirksame niedrige tägliche Dosis haben und direkt die Haut durchdringen können. Die Haut ist im hohen Maße widerstandsfähig gegenüber dem Durchdringen durch die meisten Chemikalien, einschließlich Medikamenten. Die äußere Schicht, das Stratum Corneum (SC), dient als eine im hohen Maß schützende Barriere gegen physikalische und bakterielle Durchdringung und Durchdringung durch die meisten Chemikalien.
Das Stratum Corneum (SC) besteht hauptsächlich aus einer dünnen Schicht von toten Zellen, die miteinander durch bestimmte fettartige Materialien (Lipide) verbunden sind. Dies stellt ein Haupthindernis zur Abgabe von Medikamenten, immunisierenden Mitteln und Genen auf transdermalem Weg dar. Das Stratum Corneum (SC) besteht aus einer dünnen Schicht von toten Zellen mit einem hohen elektrischen Widerstand, was zu einem hohen Widerstand gegenüber normaler Elektroporenbildung führt. Dieser Widerstand gegenüber nomaler Elektroporenbildung wurde in dem Weaver et al Patent, U. S. 5,019,034, mit dem Titel "Control of Transport of Molecules Across Tissue Using Electroporation" erkannt. Weaver sucht und schlägt Elektroporenbildung als eine Alternative zur herkömmlichen Spritzen- und Pistoleninjektion von Medikamenten vor. Er beschreibt einen Vorschlag zum Verwendung von elektrischen Pulsen mit hoher Spannung und kurzer Dauer auf die Gewebeoberfläche, um eine Elektroporenbildung des Gewebes herzustellen, das die Wände der Schweißdrüsenröhren umfasst, so dass Medikamenten und Medikationen ermöglicht wird, durch die Schweißdrüsenleitungen iontophoretisch in das Gewebe zu dringen. Er schlägt auch die Verwendung von synthetischem Gewebe vor, das die Eigenschaften zur Elektroporenbildung hat.
Ich habe entdeckt, dass diese Schicht durch das Zuführen von kurzen elektrischen Feldpulsen mit hoher Spannung perforiert werden kann, was das erzeugt, was geeignet auf den dielektrischen Zusammenbruch des Stratum Corneums zurückgeführt werden kann, das Poren bildet, die den Durchgang von Molekülen ermöglichen können. Es muß jedoch einige Kraft vorhanden sein, um die Moleküle durch die Poren in das darunterliegende Gewebe zu bewegen.
Ein anderes Patent von Interesse ist dasjenige von Grasso, U. S. 4,955,378, das den Tiel "Apparatus and Methods for Performing Electrofusion at Specifiec Anatomical Sites" trägt. Er beschreibt ein Verfahren zum Verschmelzen von biologischen Partikeln mit lebendem Gewebe, vorzugsweise auf Corneas und in cervikalen Gebieten. Das Gewebe besteht aus lebenden Zellen, die in der Lage sind, vollständig mit den biologischen Partikeln oder lebenden Zellen zu verschmelzen. Dieses Patent betrifft nicht das Problem des transdermalen Transports von Medikamenten und wendet sich nicht an dieses Problem oder löst es, von immunisierenden Mitteln und Genen, das durch den Widerstand des Stratum Corneums hervorgerufen wird. Auch erkennt er nicht die Notwendigkeit für eine Einrichtung, um die Medikamente, immunisierenden Mittel oder Gene in oder über oder durch die Gewebeoberfläche zu zwingen, oder schlägt ein Mittel vor.
Es ist wünschenswert, dass verbesserte Verfahren und Vorrichtungen für die transdermale Abgabe von Medikamenten, immunisierenden Mitteln und Genen verfügbar sind.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur transdermalen Abgabe von Medikamenten durch Elektroinkorporation von Mikroträgern vorzusehen. Der Ausdruck "Elektroinkorporation" bedeutet das Aufnehmen von externen Materialien, wie Medikamenten, Proteinen und Antikörpern durch lontophorese. Der Ausdruck "Mikroträger", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf mikroskopische Partikel zur Verwendung in einer Vorrichtung der Erfindung.
In Übereinstimmung mit dem Hauptaspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die eine Quelle von hohen Spannungspulsen und Elektroden zum Aufbringen auf eine Gewebeoberfläche zur molekularen Abgabe über das Gewebe durch Iontophorese umfaßt, durch: eine Menge von mikroskopischen Partikeln zum Tragen von Molekülen, die über eine Gewebeoberfläche abgegeben werden sollen; eine Menge von Molekülen, die über die Gewebeoberfläche abgegeben werden sollen, die in den mikroskopischen Partikeln enthalten sind; ein Fluid, das eine Menge der mikroskopischen Partikel enthält, die mit einem ausgewählten Gebiet der Gewebeoberfläche in Kontakt zu bringen sind; und eine Einrichtung zum Aufbringen eines elektrischen Felds mit einer ausreichenden Amplitude, um eine Elektroporenbildung des ausgewählten Gebiets des Gewebes zu induzieren und um den Transport der Moleküle von den mikroskopischen Partikeln in das Gewebe zu ermöglichen. Medikamente oder Gene sind in Mikroträgern enthalten, die Mikroträger werden in physikalischen Kontakt mit der Gewebeoberfläche gebracht und ein gepulstes elektrisches Feld wird zwischen den Mikroträgern und dem Gewebe durch Elektroden aufgebracht. Dies bildet Poren an der Schnittstelle der Mikroträger und dem Gewebe, so dass die Mikroträger, die Mikroträger, die größer sind als die Poren, mit dem Gewebe verschmelzen und einen Kanal bilden, durch den Medikamente und Gene, die unter Druck sind, durch das Gewebe eindringen.
In einem anderen Aspekt der Erfindung sind die Mikroträger kleiner als die Poren in dem Stratum Corneum (SC), so dass die Mikroträger, die Moleküle der Medikamente, immunisierenden Mittel und Gene enthalten, durch das SC in das Gewebe eindringen, wo die Moleküle diffundiert werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Aufgaben, Vorteile und Merkmale dieser Erfindung werden deutlicher entnehmbar von der folgenden detaillierten Beschreibung, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Kopfanordnung der Ausführungsform aus Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine diagrammartige Veranschaulichung eines Mikroträgers ist, der mit Molekülen von Medikamenten, immunisierenden Mitteln oder Genen beschickt ist;
Fig. 4 eine diagrammartige Veranschaulichung einer Vielzahl von Mikroträgern ist, die auf die Oberfläche des Stratum Corneums angewendet werden;
Fig. 5 eine diagrammartige Veranschaulichung eines Schritts des Aufbringens von Elektroden und einem gepulsten elektrischen Feld zwischen den Mikroträgern der Haut oder dem Stratum Corneum ist;
Fig. 6 eine diagrammartige Veranschaulichung der Bildung von Poren an der Schnittstelle der Mikroträger und dem Stratum Corneum ist;
Fig. 7 eine diagrammartige Darstellung der Verschmelzung der Mikroträger mit dem Stratum Corneum und des Durchgangs der Medikamente oder Gene durch Kanäle in das Stratum Corneum ist;
Fig. 8 eine diagrammartige Veranschaulichung des Bildens von Poren und des Durchgangs von Mikroträgern durch die Poren in das Stratum Corneum ist; und
Fig. 9 eine diagrammartige Darstellung der Mikroträger unter dem Stratum Corneum ist und eine Darstellung des Durchgangs von Medikamenten, immunisierenden Mitteln oder Genen von den Blasen in die Haut unter dem Stratum Corneum ist;
Fig. 10 eine diagrammartige Veranschaulichung eines Equipotentials und einer Feldlinienverteilung um Elektroden auf der Oberfläche des Stratum Corneums ist;
Fig. 11 eine diagrammartige Veranschaulichung der Feldlinien um eine Mikroblase ist und durch eine Pore in dem Stratum Corneum; und
Fig. 12 eine diagrammartige Veranschaulichung wie Fig. 11 für einen festen Mikroträger ist.

BESTE WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung macht sich den dielektrischen Zusammenbruch des Stratum Corneums (SC) zunutze, um Medikamente und Gene, die in blasenförmigen Gebilden enthalten sind, über die SC-Oberfläche in das darunterliegende Gewebe und möglicherweise in den Blutkreislauf zu transferieren. Wenn es wünschenswert ist, kann eine nachfolgende Elektroporenbildung aufgebracht werden, um das Aufnehmen von Medikamenten, Genen, DNA oder ähnlichem in Zellen in das lebende Gewebe von Menschen oder anderen lebenden Organismen zu verbessern. Verschiedene Techniken, die die Elektroporenbildung einschließen, werden verwendet, um Moleküle, wie Medikamente und DNA, in Mikropartikel (Mikroträger) mit einer Größe bis zu einigen um Durchmesser einzusetzen. Der Ausdruck Mikropartikel (Mikroträger), wie er hier verwendet wird, meint jeden geeigneten Träger-, wie Mikroblasen, die Liposome sein können, Erythrocytenstreifen oder andere blasenförmige Gebilde, und feste Träger. Die Mikroträger werden dann auf das SC aufgebracht und Elektroden werden über die Mikroträger aufgebracht. Elektrische Feldpulse werden dann verwendet, um einen dielektrischen Zusammenbruch des Stratum Corneums oder einer anderen Gewebeoberfläche zu erzeugen, was Durchgänge bildet, durch die entweder die Medikamente oder Moleküle oder die Mikroträger oder die Medikamente oder andere Moleküle in das darunter liegenden Gewebe durchgelangen können. Die Mikroträger, wenn sie größer sind als die Poren, werden mit der Oberfläche der Haut verschmolzen, und die elektrischen Felder bewirken den dielektrischen Zusammenbruch des SCs und der Mikroblasen, so dass die Moleküle von den Mikroblasen durch die Poren gelangen. Wenn der Mikroträger oder die Blasen kleiner sind als die Poren, durch die sie gelangen, wird das Stratum Corneum dann durchbrochen und die Moleküle werden in das Gewebe diffundiert.
Die Elektroporenbildung beinhaltet das temporäre Bilden von Poren in Gewebe oder Zellmembranen, wobei ein kurzer Puls von elektrischen Felder mit hoher Spannung verwendet wird. Wenn diese Poren einmal in der Haut oder dem anderen Gewebe geformt sind, können Moleküle durch die Haut oder das Gewebe in gewünschte Orte in dem Gewebe dringen. Wenn Poren in Zellmembranen geformt sind, können D NA und andere Moleküle in die Zellen durch diese Poren in den Zellwänden eindringen. Danach bleiben sie in der Zelle eingekapselt und die Zellwände dichten sich selbst wieder ab. Die D NA oder ein anderes Gen oder Medikament kann dann innerhalb der Zelle wirken, um die Zelleigenschaften zu verändern. Unter Bezug auf Fig. 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung, die beim Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, veranschaulicht. Die Einrichtung umfasst einen manuell positionierbaren Applikator, der im allgemeinen durch die Referenzziffer 10 bezeichnet wird, der mit einem Signalgenerator 12 verbunden ist, und eine Fluidmediumquelle 14. Der Applikator 10 hat eine Kopfanordnung 16, die Mikroträger mit Genen, immunisierenden Mitteln oder Drogen und elektrischen Pulsen auf ein vorab gewähltes Oberflächengewegegebiet eines Patienten anwendet und aufbringt. Einzelheiten der Kopfanordnung sind in Fig. 2 veranschaulicht.
Die Kopfanordnung umfasst eine Elektrodenreihe 18, die von einem Träger oder einem Applikator getragen wird oder daran befestigt ist, wie einem Schaumelastomer 20 mit offenen Poren, das durch flexible, halbsteife oder feste dielektrische, ebene Stützelemente 22 getragen wird. Benachbarte parallele Segmente der Leiter dienen als gegenüberliegende Elektroden zum Aufbringen von dem elektrischen Feld auf die Gewebeoberfläche. Die Elektroden sind vorzugsweise klein und eng beabstandet, wie mit etwa 0,2 mm Breite bei etwa 0,2 mm Abstand. Der Applikator kann auch ein kleines Stück mit Elektroden auf einer Oberfläche davon sein.
Der Applikator 10 (Fig. 1) umfasst ferner einen Handgriffbereich 24 und einen Armbereich 26, auf den die Kopfanordnung 16 montiert ist. Die Kopfanordnung 16 ist mit einem Y-förmigen distalen Ende 26a durch ein Paar von Stiften 28 verbunden. Diese Stifte ermöglichen es, dass der Kopf sich beugt und mit der Krümmung der Hautoberfläche übereinstimmt.
Die Anschlussenden der Leiter 18 und 19 sind mit dem Signalerzeuger 12 durch ein elektrisches Kabel 30 verbunden. Ein Fluidmedium, das bläschenförmige Gebilde führt, die die Moleküle oder Medikamente enthalten, ist innerhalb der Fluidmediumquelle 14 vorhanden, die eine geeignete motorisierte Pumpe oder Druckquelle umfassen kann, die nicht gezeigt ist. Die Fluidmediumquelle 14 ist mit dem Elastomerschaum 20 durch ein flexibles Rohr 32 verbunden, das sich zu dem Applikator 10 zu dem Schaumapplikator erstreckt. Ein Betätigerknopf 33 auf dem Handgriff 24 des Applikators kann niedergedrückt werden, um ein Ventil (nicht gezeigt) zu aktivieren und eine geeignete Menge des Fluidmediums an das Schaumelastomer 20 zu liefern. Das Elastomer 20 sieht ein schwammartiges Substrat zum Halten einer vorbestimmten Menge des Fluidmediums in Kontakt mit der Gewebeoberfläche vor. Der Signalerzeuger 12 erzeugt kurze Spannungspulse, die auf die Elektroden 18 und 19 aufgebracht werden, indem ein Knopf 34 gedrückt wird, der einen Schalter betätigt, damit der Schalkreis geschlossen wird.
Die Erfindung kann auch durch andere katheterartige Vorrichtungen und Verfahren, die in dem US-Patent 5,318,514 beschrieben sind, durchgeführt werden, wobei ein dehnbarer Bereich des Katheters Elektroden trägt, die die Gewebeoberfläche berühren, um Pulse mit hoher Spannung aufzubringen. Dies sieht eine bequemere Vorrichtung zur Abgabe von Medikamenten und Genen über die Gewebeoberflächen und Membranen, wie in Körperhohlräumen, vor. Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um das Problem, das durch den Widerstand des Stratum Corneums hervorgerufen wird, zu überwinden. Sie ist jedoch auf das Einführen von Molekülen, wie Medikamenten und Genen, über andere Gewebeoberflächen in Körperhohlräumen und offenen Wunden anwendbar. Bestimmte Modifikationen können notwendig sein auf die vorgestellte Vorrichtung für andere Anwendungen.
Unter Bezug auf Fig. 3 wird das Verfahren durchgeführt, indem zuerst die Medikamente oder Gene 36, die transdermal abgegeben werden sollen, in Mikroträgern 38, wie Mikroblasen als Träger, eingekapselt werden. Diese Mikroblasen können Liposome sein, Erythrozytenstreifen oder andere blasenartige Gebilde. Die Mikroträger können auch von einer Matrixgestalt sein, wobei das Medikament oder die anderen Moleküle innerhalb der Matrix eingekapselt sind. Dies ermöglicht das Vorsehen einer zeitlichen Freigabefunktion. Das Einkapseln der Moleküle kann durch irgendeinen von einer Anzahl von bekannten Vorgängen durchgeführt werden, einschließlich der Elektroporenbildung.
Die beschickte Mikroblase, wie sie in Fig. 4 veranschaulicht ist, wird dann in Kontakt mit der Gewebeoberfläche oder dem Stratum Corneum 40 einer Hautschicht 42 durch eine geeignete Einrichtung gebracht und zwischen Paare von eng beabstandeten Elektroden 44 und 46 positioniert. Dies kann durch die Vorrichtung aus Fig. 1 durchgeführt werden, wobei ein Fluid, das die Mikroblasen trägt und durch den Schwamm 20 aufgebracht wird, zwischen den Elektroden 18 auf der Oberfläche des Applikators positioniert würde. Es kann auch durch ein Stück ausgeführt werden, das eine Struktur ähnlich dem Pad und Elektroden hat, wie es in Fig. 2 gezeigt ist.
Danach wird ein kurzer Spannungspuls zwischen die Elektroden aufgebracht, so dass die elektrischen Felder von einer ausreichenden Amplitude erzeugt werden, um einen dielektrischen Zusammenbruch zu induzieren, der Poren in dem Stratum Corneum formt und in der Mikroblase, und bewirkt, dass die Moleküle in der Mikroblase durch die Poren in das darunterliegende Gewebe gelangen. Die Mikroblase kann einiges des Drucks aufbringen, um die Moleküle durch die Poren zu bewegen. Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, wird das elektrische Feld so aufgebracht, dass nützliche elektrische Feldlinien senkrecht zu der Gewebeoberfläche oder der Oberfläche des Stratum Corneums sind. Typische elektrische Parameter für das Stratum Corneum sind eine Feldstärke von 20 bis etwa 60 kV/cm, die mit mäßigen Spannungen von 20 bis 120 V mit einer Pulslänge von 10 Mikrosekunden (usec) bis 10 Millisekunden (msec) erzeugt werden können. Dieses elektrische Feld induziert einen dielektrischen Zusammenbruch in dem Stratum Corneum und in der Wand der blasenförmigen Gebilde oder Mikroblasen. Andere Gewebeoberflächen benötigen typischerweise eine geringere Feldstärke.
Der dielektrische Zusammenbruch in sowohl dem Stratum Corneum als auch den Mikroblasen erzeugt oder öffnet Poren 60 und 52, wie es in Fig. 6 veranschaulicht ist. Diese Poren öffnen sich weiter auf und können sich in einem Kanal verbinden und einen Kanal 54 erzeugen, durch den der Inhalt der Mikroblasen sich entleert und in die Dermis, die unter dem Stratum Corneum liegt, wie es in Fig. 7 veranschaulicht ist. Interner Druck innerhalb der Mikroblasen kann als die Antriebskraft wirken, um die Moleküle durch den Kanal oder die Kanäle zu treiben. Da das Stratum Corneum im wesentlichen aus totem Material besteht, schließt sich der Kanal nicht genauso schnell wie in einem lebenden Gewebe. Dies ermöglicht, das die Medikament oder Gene durch die Oberflächenschicht in das darunter liegende Hautgewebe diffundieren.
Andere Formen eines Abgabesystems könnten verwendet werden, wie ein kleines System, das ein Pflaster verwendet, das auf den Arm oder ein anderes Körperteil gespannt ist oder damit momentan verbunden ist, das eine wiederaufladbare Pulsleistungsquelle, die durch Batterie versorgt wird, enthält, mit einem Behälter, der Mikroblasen in Suspension enthält, wobei die Medikamente eingekapselt sind. Der Applikator hätte die Basiskomponenten wie die Einrichtung aus Fig. 1, so dass beim Drücken eines Knopfes eine vorbestimmte Menge von Mikroblasen in die Haut zwischen den Elektroden geliefert wird. Die Mikroblasen werden gegen die Haut zu einem guten mechanischen Kontakt gepresst. Beim Aktivieren eines anderen Knopfes oder Schalters wird ein elektrischer Puls an die Elektroden abgegeben, der die Mikroblasen mit dem Stratum Corneum verschmilzt. Eine große Anzahl der Mikroblasen werden dann mit der Haut verschmolzen und beginnen das Pumpen oder Zwingen des Medikamentes durch das Stratum Corneum.
Ein besonderes Pflaster, das die Basisstruktur des Pflasters 20 hat, kann auch auf die Gewebeoberfläche aufgebracht werden. Die Mikroblasen können in dem Pflaster enthalten sein, das ebenfalls die Elektrodenstruktur zum Erzeugen des elektrischen Feldes enthält. Die Elektrodenstruktur kann ähnlich der von Fig. 2 und innerhalb des Pflasters sein. Die Elektrodenstruktur ist mit zwei Elektroden außerhalb des Pflasters verbunden, so dass ein Pulsgenerator momentan mit diesen außenseitigen Elektroden verbunden werden kann, um einen Spannungspuls vorzusehen. Das Pflaster ist vorzugsweise mit einer Klebemittelgrenze versehen, um es an die Haut oder das Gewebe haftend zu machen. Es ist ebenfalls vorzugsweise mit einer Schutzabdeckung versehen, die abgezogen werden kann, bevor das Pflaster an der Haut oder dem Gewebe haftend gemacht wird.
Wenn das Medikament in die Zellen transportiert werden soll, wird ein zweiter Puls mit geeigneter Spannung und Dauer nach dem Vorsehen einer geeigneten Diffusionszeit aufgebracht, um die Poren in die Zellen zu öffnen. Dies ermöglicht, dass die Zellen das Medikament oder die Moleküle wie bei der Elektroporenbildung aufnehmen. Die Parameter zum Zellenporenbilden im Körper sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen in Lösung und sind den Fachleuten bekannt oder für sie verfügbar. Solche Parameter sind auch in Publikationen verfügbar, die von Genetronics Inc., San Diego, California, verfügbar sind.
Ein Medikamentenabgabezeitprofil kann erzeugt werden, indem Mikroblasen verschiedener Größe gemischt werden. Der Fluss kann dann durch die Porengröße und die Anzahl der abgegebenen Mikroblasen kontrolliert werden. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung könnte auch lontophorese als eine zusätzliche Antriebsquelle verwenden. Die Iontophorese macht sich den Vorteil von Ionenladungen zunutze, um eine Wanderung der Ionen oder Moleküle durch vorhandene Durchgänge oder Poren in dem Gewebe zu bewirken. Die Kombination könnte Elektroporenbildung verwenden, um die Kanäle und Poren zu öffnen, und dann Iontophorese benützen, um eine Wanderung der Medikamente oder Gene weiter in ausgewähltes Gewebe zu induzieren.
Die vorliegende Ausführungsform der Erfindung wurde in Experimenten wie folgt vorgeführt:
1. Markiertes Calcein wurde auf der Haut einer nackten Maus platziert.
2. Markiertes Calcein wurde auf der Haut der Maus platziert, dann über Elektroporenbildung behandelt.
3. Markiertes Calcein wurde in Liposome eingekapselt, dann auf die Haut der Maus platziert.
4. Markiertes Calcein wurde in Liposome eingekapselt, dann auf der Haut der Maus platziert und mit der Haut elektrisch verschmolzen.
Die Ergebnisse dieses begrenzten Experiments zeigen, dass die beste Durchdringung der Haut in die darunterliegende Haut oder Gewebe in Beispiel 4 zu sehen war, mit dem in Liposome eingekapselten Calcein, das mit der Haut elektroverschmolzen war.
Unter Bezug auf Fig. 8 und 9 ist eine andere Ausführungsform veranschaulicht, wobei ähnliche Strukturen durch gleiche Referenzziffern mit Strich identifiziert werden. In dieser Ausführungsform werden Mikroträger 38' ausgewählt, dass sie klein genug sind, um durch die Poren 50' zu gelangen. Zur gegenwärtigen Zeit bin ich der Auffassung, dass die Maximalgröße etwa 9 um oder geringfügig größer ist. Der dielektrische Zusammenbruch in dem Stratum Corneum ermöglicht den Trägern, dass sie durch die offenen Poren 50' gelangen, wie es in Fig. 8 veranschaulicht ist. Diese Poren öffnen sich auf und ermöglichen den Trägern, dass sie durchgelangen und in die Dermis, die unter dem Stratum Corneum liegt, wie es in Fig. 9 veranschaulicht ist. Enzyme innerhalb der Dermis wirken, dass die Wände der Träger abgebrochen werden, sobald sie in sie eindringen, wobei Öffnungen 52' geformt werden, und bewirken, dass sie die Moleküle in die Dermis frei geben. Da das Stratum Corneum hauptsächlich aus totem Material besteht, schließt sich der Kanal nicht genauso schnell, wie in einem lebenden Gewebe. Dies ermöglicht, dass die Träger, die Medikamente oder Gene enthalten, durch die Oberflächenschicht in das darunterliegende Hautgewebe gelangen, wo die Moleküle in das Gewebe diffundiert werden.
Andere Formen eines Abgabesystems könnten verwendet werden, wie eines kleinen Systems, das auf den Arm oder ein anderes Körperteil gespannt ist oder damit temporär verbunden ist, das eine wiederaufladbare Pulsleistungszufuhr, die batteriebetrieben ist, enthält mit einem Behälter, der blasenförmige Gebildet in Lösung enthält, wobei das Medikament eingekapselt ist. Der Applikator hätte die Basiskomponenten wie die Einrichtung aus Fig. 1, so dass beim Drücken eines Knopfes eine vorgewählte Menge von blasenförmigen Gebilden an die Haut zwischen die Elektroden geliefert wird. Die Mikroträger werden gegen die Haut zu einem guten mechanischen Kontakt gedrückt. Das Aktivieren eines anderen Knopfes oder Schalters liefert einen elektrischen Puls an die Elektroden, was die Mikroträger durch das Stratum Corneum liefert.
Ein spezielles Pflaster kann ebenfalls auf die Gewebeoberfläche aufgebracht werden. Die Mikroträger können in dem Pflaster enthalten sein, das auch die Elektrodenstruktur enthält, dass das elektrische Feld erzeugt wird. Die Elektrodenstruktur kann ähnlich zu der in Fig. 2 sein und innerhalb oder auf einer Oberfläche des Pflasters. Die Elektrodenstruktur ist mit zwei Elektroden außerhalb des Pflasters verbunden, so dass ein Pulsgenerator temporär mit diesen außenseitigen Elektroden verbunden werden kann, um einen Spannungspuls vorzusehen. Das Pflaster ist vorzugsweise mit einer haftenden Kante versehen, damit es auf der Haut oder dem Gewebe haftet. Es ist auch vorzugsweise mit einer Schutzabdeckung versehen, die abgezogen werden kann, bevor das Pflaster auf der Haut oder dem Gewebe angeheftet wird.
Wenn das Medikament in die Zellen transportiert werden soll, wird ein zweiter Puls nach dem Vorsehen einer geeigneten Diffusionszeit aufgebracht, um die Poren in den Zellen zu öffnen. Dies ermöglicht, dass die Zellen das Medikament oder die Moleküle durch Elektroporenbildung aufnehmen.
Ein zeitliches Medikamentenabgabeprofil kann erzeugt werden, indem Mikroträger verschiedener Größe gemischt werden. Der Fluss kann dann durch die Porengröße und die Anzahl der abgegebenen blasenförmigen Gebilde geregelt werden. Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung könnte auch lontophorese als eine zusätzliche Antriebsquelle verwenden. Die lontophorese macht sich den Vorteil von Ionenladungen zunutze, um eine Wanderung der Ionen oder Moleküle durch vorhandene Durchgänge oder Poren in dem Gewebe zu bewirken. Die Kombination könnte eine Elektroporenbildung verwenden, um die blasenförmigen Gebilde durch das SC zu liefern und dann lontophorese verwenden, um die Wanderung der Medikamente, immunisierenden Mittel oder Gene weiter in ausgewähltes Gewebe voranzutreiben.
Die vorliegenden Ausführungsform der Erfindung wurde im Experiment wie folgt demonstriert:
1. Markiertes Calcein wurde in kleine Liposome von etwa 300 nm im Durchmesser geladen, ebenso wie in große Liposome von 9 um Durchmesser. Diese wurden auf der Haut von haarfreien Mäusen platziert und Elektroden wurden auf die Liposome platziert, um elektrische Felder mit Komponenten senkrecht zu der Haut zu erzeugen. Ein Puls von etwa 60 V und 1,2 ms Pulslänge wurde aufgebracht.
Eine Untersuchung durch Fluoreszenzmikroskopie brachte hervor, dass Calcium in der Epidermis und Dermis nach dem Puls vorhanden war, nicht nur in den Haarfollikeln, sondern auch dazwischen. Eine weitere Untersuchung durch Transmissions-Elektromikroskopie "TEM" brachte hervor, dass ganze Liposome vorhanden waren nach dem Puls unter das SC. Dies gibt an, dass Liposome, die eine mittlere Größe von etwa 300 nm oder 9 um hatten, das Stratum Corneum während des Pulses durchquert hatten.
3. Weitere Studien und Untersuchungen durch die TEM gaben an, dass Liposome sich zersetzten und ihren Inhalt in das Gewebe in der Dermis frei gaben. Weitere Tests zeigen, dass Calcein in den Blutkreislauf innerhalb von Minuten nach dem Puls eindrang. Eine weitere Analyse machte deutlich, dass beim Starten mit einer Menge von Calcein auf der Haut von 25 ug zu einer Menge, die in dem Blut gefunden wurde, von etwa 300 ng pro ml führte. Unter Annahme einer Gesamtmenge von Blut von etwa 5 ml war die Gesamtmenge von Calcein in dem Blut etwa 1,5 ug. Dies berechnet sich zu einer Effizienz von 1,5 pro 25, was etwa 6% ist.
Beim graphischen Darstellen von diesem über der Zeit zeigte die Darstellung, dass die Konzentration von Calcein in dem Blut dramatisch während der ersten fünf Minuten anstieg, mit einem Peak bei 15 Minuten, und dann graduell entlang einer nahezu konstanten Steigung während 90 Minuten abfiel. Unter Bezug auf Fig. 10 ist eine Equipotentiallinienverteilung und eine elektrische Feldlinienverteilung um Elektroden von etwa 0,2 mm in der Breite, die etwa 0,2 mm beabstandet sind, veranschaulicht. Die Elektroden 44, 46 und 48 sind auf der Oberfläche des SCs veranschaulicht. Das Stratum Corneum ist mit einem hohen Widerstand intakt. Die gleichen Potentiallinien sind in dem Stratum Corneum konzentriert, was zu einer hohen Feldkraft führt. Das Stratum Corneum 40 schirmt die darunter liegende Epidermis 42 von dem Feld ab.
Unter Bezug auf Fig. 11 ist ein Feldplot um ein Liposom 58 von etwa 300 um Durchmesser am Eingang zu einen Loch 60 in dem SC gezeigt. Beladene Liposome fahren eine Coulomb-Kraft (Kraft auf geladene Partikel durch ein elektrisches Feld) und können in das SC und die Epidermis nach dem Zusammenbruch des SCs gezogen werden. Ungeladene Liposome, wie kleine Liposome, die in meinen Experimenten verwendet worden sind, erfahren keine Coloumb-Kraft in einem homogenen elektrischen Feld. Sie werden in dem elektrischen Feld polarisiert und einer Kraft unterworfen, die durch das nicht homogene Feld in den Poren des SCs bewirkt wird. Diese "dielektrophoretische" Kraft ist proportional zu dem Produkt der Feldstärke und dem Gradienten des Felds.
Unter Bezug auf Fig. 12 ist ein ähnlicher Feltplot um einen festen Partikel 62 am Eingang zu einem Loch oder einer Pore 64 in dem SC dargestellt. Diese Feldverteilung um ein Liposom und einen festen Partikel in der Nähe einer Pore in dem SC ist im wesentlichen die gleiche.
Das folgende einfache Modell beschreibt die nicht geladene Liposomenbewegung durch eine Pore, die durch die elektrophoretische Kraft antreibt:
1. Dielektrischer Zusammenbruch des SCs: E 20 kV/cm
2. Dielektrophoretische Kraft FD auf neutrale Partikel:
a = Polarisierbarkeit
V = Volumen
E = Feldstärke
3. Stokes-Kraft FS bestimmt die Geschwindigkeit v:
FS = 6πrνη
r = Radius des Partikels
ν = Geschwindigkeit
η - Viskosität des Mediums
4. Pulsdauer bestimmt die Eindringtiefe d:
d = VTN
T = Pulslänge
N = Anzahl der Pulse
5. Beispiel:
2r = 9 um
E = 36 kV/cm
3 Pulse bei 1 msek jeweils
Eindringtiefe d = 129 um
Eine genauere Schätzung würde eine Kenntis der Gestalt des elektrischen Felds in den Poren in dem SC voraussetzen. Elektroinkorporation wird als gut arbeitend erachtet mit festen blasenförmigen Gebilden ebenso wie mit blasenförmigen Gebilden mit einer Membran.
Dielektrophorese ebenso wie Elektrophorese als eine Antriebsquelle durch das SC verlangt nicht ein blasenförmiges Gebildet mit einer Membran. Dies unterscheidet sich von dem Elektrofusionsmechanismus, bei dem eine Membran wesentlich ist. Es wird erwartet, dass Elektroinkorporation auf eine große Vielzahl von blasenförmigen·Gebilden oder Mikrosphären angewendet werden kann, die Medikamente in einer Matrix enthalten. Es wird geschätzt, dass die blasenförmigen Gebilde klein genug sein müssen, um durch die Poren oder Öffnungen zu gelangen, die in dem SC und der Haut geformt sind. Zur gegenwärtigen Zeit denke ich, dass dies etwa 9 um oder geringfügig größer ist.
Die folgende Studie wurde ausgeführt:
Abgegebene Chemikalie: Calcein (MW 623)
Tiermodell: Rasierte Maus
Analyse: Fluoreszenz-Mikroskopie
Das Bild zeigt Gewebe zu einer Tiefe von etwa 1,500 um
Stratum Corneum ganz oben.

Experimentelle Bedingungen:

1. Topisches Calcein
2. Topisches Calcein plus Elektroporenbildung
3. Liposom-Calcein (24 Stunden Inkubation)
4. Liposom-Calcein plus Elektrofusion (5 Minuten Inkubation nach der Elektroporenbildung)
Folgerungen:
1. Geringe Durchdringung, wenn überhaupt
2. Kleinere Durchdringung in der Nähe der Oberfläche
3. Größere Durchdringung in Haaransätze, keine Aufnahme in das Blut
4. Größere Durchdringung in Gewebezwischenhaaransätzen, erfassbar im Blut in weniger als 15 Minuten.
Die Ergebnisse dieses begrenzten Experiments zeigten, dass die beste Durchdringung der Haut in die darunter liegende Haut oder das Gewebe in Beispiel 4 zu sehen war mit dem in Liposom eingekapselten Calcein und elektrischen Pulsen.
Ich habe meine Erfindung durch besondere Ausführungsformen dargestellt und beschrieben, es ist jedoch zu verstehen, dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen dabei gemacht werden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, abzuweichen.

Claims

1. Vorrichtung (10), umfassend eine Quelle von Pulsen hoher Spannung (12) und Elektroden (44, 46, 48) zum Aufbringen auf eine Gewebeoberfläche zur molekularen Abgabe über das Gewebe hinweg durch iontophoretische Abgabe, gekennzeichnet durch:

eine Menge von mikroskopischen Partikeln (38) zum Tragen von Molekülen (36), die über eine Gewebeoberfläche (40) abgegeben werden sollen;

eine Menge von Molekülen (36), die über die Gewebeoberfläche (40) abgegeben werden sollen, die in den mikroskopischen Partikeln (38) enthalten sind;

ein Fluid, das eine Menge der mikroskopischen Partikel (38) enthält, die mit einem ausgewählten Gebiet der Gewebeoberfläche (40) in Kontakt zu bringen sind; und

eine Einrichtung (12, 44, 46, 48) zum Aufbringen eines elektrischen Felds mit ausreichender Amplitude, um eine Elektroporenbildung (50, 52, 54) des ausgewählten Gebiets (40) des Gewebes zu induzieren und um einen Transport der Moleküle von den mikroskopischen Partikeln in das Gewebe (42) zu ermöglichen, wobei eine Feldstärke von etwa 10 bis etwa 60 kV/cm mit einer Pulslänge von 10 us bis 10 msec durch die Einrichtung (12, 44, 46, 48) aufgebracht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mikroskopischen Partikel (38) von einer Größe sind, dass ein Durchgang durch Poren (50, 52), die durch die Porenbildung hervorgerufen wurden, verhindert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mikroskopischen Partikel (38') von einer Größe sind, dass sie durch Poren (50', 52'), die durch die Porenbildung gebildet sind, gelangen.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mikroskopischen Partikel eine Matrixkonstruktion (38') haben und die Moleküle (36) in der Matrix eingebettet sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mikroskopischen Partikel (38) eine elektrische Ladung haben.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, wobei die mikroskopischen Partikel (38) eine Membran haben, die Mikroblasen bildet, und die Moleküle (36) in den Mikroblasen eingebettet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einrichtung zum Aufbringen des elektrischen Felds eine Vielzahl von nah beabstandeten Elektroden (44, 46) umfasst, die auf die Oberfläche des Gewebes (42) aufgebracht werden, und das Feld als Pulse von 10 bis einigen hundert Volts mit einer Pulslänge zwischen 10 usec und 100 msec aufgebracht wird.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mikroskopischen Partikel (38) so konstruiert sind, dass die Moleküle (36) innerhalb einer Matrix eingebettet sind, um eine zeitabhängige Freisetzungsfunktion zu ermöglichen.

9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (44, 46) parallele Streifen sind, die leiten, die auf dem Substrat befestigt sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Substrat zum Halten des Fluids, das die mikroskopischen Partikel enthält, wobei das Substrat vorzugsweise schwammartig ist.