DE69928924T2

DE69928924T2 - Kanüle zur selektiven, druckabhängigen verabreichung von therapeutischen substanzen

Info

Publication number: DE69928924T2
Application number: DE69928924T
Authority: DE
Inventors: M. Stephen WIENER; F. Robert HOYT; R. John DELEONARDIS; R. Randall CLEVENGER; J. Robert LUTZ; V. Douglas CHRISTINI; Brian Safer
Original assignee: US Department of Health and Human Services
Current assignee: US Department of Health and Human Services
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: AU756562B2; DE69928924D1; CA2333039A1; US8409166B2; JP2002536029A; US20110263974A1; EP1079887A1; WO1999059666A1; ATE312641T1; AU4093099A; EP1079887B1; US20080269718A1; KR20010052377A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft die selektive Zuführung von therapeutischen Mitteln, wie etwa Arzneistoffen oder Genvektoren, an spezifische Organe, Gewebekompartments oder Zelltypen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Lokale Zuführung von therapeutischen Mitteln an Zielorgane oder -gewebe ist eine sehr wünschenswerte Technik für die Zuführung von Arzneistoffen mit minimalen Nebenwirkungen. U.S.-Patent Nr. 5,087,244 ist ein Beispiel für solch eine gezielte Arzneistoffzuführung, bei der ein endovaskulärer Katheter einen flexiblen Ballon aufweist, der aufgeblasen wird, um mit den Innenwänden des Gefäßes in Kontakt zu kommen. Der Arzneistoff wird dann durch winzige Löcher im Ballon, der in innigem Kontakt mit den Wänden des Gefäßes steht, zugeführt. U.S.-Patent Nr. 5,282,785 offenbart einen weiteren endovaskulären Arzneistoffzuführungskatheter, bei dem ein expandierbarer Ballon einen perforierten Arzneistoffzuführungsteil des Katheters in innigen Kontakt mit einem radial beschränkten Abschnitt der Gefäßwand bringt, für transmurale Zuführung von Arzneistoffen durch den angrenzenden Katheter und die Lumenwand. Siehe auch U.S.-Patent Nr. 5,662,609, gemäß dem ein Katheter mit einem Paar expandierbarer Ballons verwendet wird, um einen Abschnitt eines Blutgefäßes zwischen den Ballons zur Behandlung über Infusionen zu isolieren, und U.S.-Patent Nr. 5,674,192, in dem ein einzelner expandierbarer Ballon verwendet wird, um für Behandlung mit einem Teil der Gefäßwand in Kontakt zu kommen.
U.S.-Patente Nrn. 4,781,677 und 5,514,088 offenbaren beide die Behandlung von Gallensteine durch direkte Infusion eines Lösemittels (wie etwa Methyl-tert-butylether) in die Gallenblase durch einen Katheter, der in diesem Organ positioniert ist.
U.S.-Patent Nr. 5,720,720 offenbart Mikroinfusion von Arzneistoffen (wie etwa chemotherapeutischen Mitteln) mit hohem Durchfluß in das Hirnparenchym. Bei Verwendung dieses Ansatzes wird ein Katheter in einen Hirntumor eingeführt, und ein chemotherapeutisches Mittel wird durch den Katheter mit einer ausreichenden Durchflußgeschwindigkeit eingeführt, um schnelle Diffusion der Substanz im relativ homogenen, porösen Medium des Gehirns zu bewirken.
Keines dieser Verfahren oder keine dieser Vorrichtungen offenbart jedoch selektive Zuführung von therapeutischen Substanzen (wie etwa Arzneistoffen und DNA-Vektoren) zu spezifischen mikroanatomischen Regionen oder Zelltypen in einem Organ. Dies ist ein signifikanter Nachteil, weil viele Erkrankungen Abnormitäten mit sich bringen, die auf bestimmte mikroanatomische oder zelluläre Regionen beschränkt sind. Allgemeine systemische Zuführung einer therapeutischen Substanz mit einer ausreichenden Konzentration, um diese lokalisierte Region zu erreichen, kann breit verteilte Toxizität verursachen. Allgemeine systemische Zuführung von Arzneistoffen oder Gentherapie-Vektoren kann auch viel weniger wirksam sein als ortsgerichtete Zuführung, weil ausgewählte Zuführung den Arzneistoff oder Vektor direkt in das Gewebe einbringt, wo er wirken soll. Ortsspezifische Zuführung kann bis zu einem gewissen Grad durch Verwendung von gewebespezifischen Liganden erreicht werden, aber die Verfügbarkeit identifizierter Liganden und der Grad an Spezifität bekannter Liganden kann unzureichend sein, um negative systemische Wirkungen zu verhindern. Die Entdeckung und Konstruktion solcher Liganden ist auch ein komplexer, zeitaufwendiger und teurer Prozeß.
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte regionale und gewebe- oder zellspezifische Zuführung therapeutischer (einschließlich diagnostischer) Mittel bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Verbesserte bereichs-, organ-, gewebe- und zellspezifische Zuführung von therapeutischen Mitteln wird über Infusion von therapeutischen Mitteln in Körperlumina (wie etwa die Gallenblase oder die Leber-Gallen-Gänge, Magen-Darm-Trakt, Harnorgan-Geschlechtsorgan-Trakt, Luftröhre, Arterien, Venen oder andere duktuläre Stellen) unter kontrollierten Drücken erreicht. Insbesondere ist festgestellt worden, daß die Zuführung flüssiger Mittel zu spezifischen histologischen Tiefen in den Wänden des Lumens (zum Beispiel Wänden eines Organraums) durch Kontrollieren der Bedingungen (wie etwa Druck/Durchflußgeschwindigkeit/Volumen), unter denen das Mittel dem Lumen zugeführt wird, erreicht werden kann. Verabreichung des Mittels in eine geschlossene Region des Hohlorgans, das unter Druck gesetzt werden kann, bei relativ niedrigen Drücken erlaubt spezifische Zuführung des Mittels zu Oberflächenschichten des Organs, wie etwa der apikalen Oberfläche von Epithelzellen. Verabreichung des Mittels wenigstens anfänglich oberhalb eines (einer) höheren Schwellen-Drucks/DurchflußgeschwindigkeitNolumens kann mikroanatomische Barrieren aufbrechen und das Mittel selektiv zu tieferen Schichten zuführen, wie etwa dem subepithelialen Raum. Zuführung in den subepithelialen Raum erlaubt Zugang des Mittels zur Basaloberfläche der Zellen und anderen anatomischen Strukturen (wie etwa den Gefäßsinusoiden in der Leber). Lokale Verabreichung des Arzneistoffes gemäß dieser Erfindung kann ortsspezifische (und sogar zelltypspezifische) Arzneistoffzuführung erlauben.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Bestimmung von Bedingungen (wie etwa Drücken und Durchflußgeschwindigkeiten), bei denen die Zuführung eines Mittels zu spezifischen Zelltypen oder Tiefen gelankt wird, wie etwa der apikalen Oberfläche von Oberflächenepithelzellen oder einem subepithelialen Raum. Im Falle einer Gefäßstelle würde die Zuführung zur apikalen Oberfläche von Endothelzellen oder zu spezifischen Gewebekompartments, wie etwa der Gefäßintima oder -media erfolgen. In bestimmten Ausführungsformen umfaßt dieses Verfahren das Isolieren eines geschlossenen Organraumes (wie etwa des Lumens der Gallenblase, des Leber-Gallen-Baumes oder eines Parotis- oder Pankreas-Ganges), so daß er ein geschlossenes Drucksystem bildet. Ein Testfluid mit einer vorgewählten Viskosität (wie etwa physiologische Kochsalzlösung) wird dann in das geschlossene System mit einer vorgewählten Durchflußgeschwindigkeit (oder in einem vorgewählten Volumen) eingebracht, um einen Schwellendruck zu bestimmen, bei dem mikroanatomische Barrieren (wie etwa feste Verbindungen zwischen Zellen) im geschlossenen System aufgebrochen werden. Eine therapeutische Substanz kann dann anschließend als Teil eines Fluidstromes, während dem der Peakdruck nicht überschritten wird, verabreicht werden, um im wesentlichen subepitheliale oder systemische Verabreichung der Substanz zu vermeiden. Alternativ kann der Peakdruck überschritten werden, um die Substanz gezielt zu subepithelialen (einschließlich systemischen) Regionen zuzuführen.
In anderen Ausführungsformen folgt auf eine erste Verabreichung eines Testfluids eine zweite Verabreichung des Testfluids, um einen zweiten Peakdruck zu bestimmen (der niedriger ist als der erste Peakdruck). Die therapeutische Substanz wird dann in das Organ als Teil eines Fluidstromes, während dem der zweite Peakdruck nicht überschritten wird, verabreicht, um optimale Vermeidung systemischer Verabreichung des Arzneistoffes zu erreichen. Alternativ wird die therapeutische Substanz in den Organraum als Teil eines Fluidstromes, während dem der zweite Peakdruck erreicht oder überschritten wird, verabreicht, um selektive systemische Verabreichung zu erreichen. In besonderen Ausführungsformen, in denen das Hohlorgan der Leber-Gallen-Trakt ist, wird selektive Verabreichung, während der der Peakdruck nicht überschritten wird, die Substanz selektiv zu Cholangiozyten (Epithelzellen, die den Trakt auskleiden) lenken, während selektive Verabreichung in einem Strom, während dem der Peakdruck erreicht oder überschritten wird, die Substanz auch zu den Hepatozyten und zu den Sinosoiden in der Leber lenken wird (durch Wanderung der Substanz durch aufgebrochene mikroanatomische Strukturen, wie etwa feste Verbindungen, die das Lumen des Traktes vom subepithelialen Raum trennen).
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist ein Verfahren zur Zuführung von Mitteln zu einem hohlen, unter Druck setzbaren Organhohlraum, wie etwa dem Inneren eines hohlen Viskus oder dem Lumen eines Ganges, bei einem kontrollierten oder vorgewählten Druck, der entweder oberflächliche interne Zellen (wie etwa die apikale Oberfläche eines polarisierten Epithels) oder tiefere histologische Regionen (wie etwa den subepithelialen Raum) selektiv anzielt, ohne im wesentlichen die Zellen zu schädigen oder signifikante systemische Zuführung des Mittels zu bewirken. In besonderen Ausführungsformen liegt der vorgewählte Druck nur leicht über einem normalen, physiologischen intraluminalen Druck und liegt unter dem ersten Druckpeakschwellenwert (oder in spezifischeren Ausführungsformen unter dem zweiten Druckpeakschwellenwert). Der Zuführungsdruck kann zum Beispiel nicht mehr als etwa 2–5 mm Hg über dem normalen physiologischen intraluminalen Druck liegen, um spezifische Epithel-Zuführung zu erreichen. In bestimmten Ausführungsformen liegt der konstante Druck für nicht-vaskuläre Zuführung bei 5–100 mm Hg (zum Beispiel 25–75 oder etwa 50 mm Hg oder wenigstens 5, 25, 50 oder 100 mm Hg), und für vaskuläre Zuführung liegt der konstante Druck bei 5–400 mm Hg (zum Beispiel 5–200 mm Hg, 5–100 mm Hg oder wenigstens 5, 25, 50 oder 100 mm Hg). In spezifischen Ausführungsformen liegt der Zuführungsdruck unter einem Schwellendruck zum Aufbrechen mikroanatomischer Strukturen, wie etwa fester Verbindungen zwischen den Epithelzellen, die Zugang des Mittels zum subepithelialen Raum unter normalen physiologischen Bedingungen hemmen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Fluid mit einem definierten konstanten Infusionsdruck verabreicht, der so ausgewählt ist, daß er sicherstellt, daß das Infusat auf den intraluminalen Raum beschränkt wird. Alternativ kann ein konstanter Infusionsdruck ausgewählt werden, der sicherstellen wird, daß das Aufbrechen fester Verbindungen auftritt, um dadurch Zuführung zu subepithelialem oder subendothelialem Gewebekompartments entlang eines intraluminal-subepithelialen oder intraluminal-subendothelialen Druckgradienten zu erlauben. Die Verwendung von Druckgradienten, um therapeutische Mittel zuzuführen, ist besonders nützlich, weil Diffusion die Verteilung großer Makromoleküle beschränkt und dadurch mit der effektiven Zuführung von Arzneistoffen oder anderen potentiell therapeutischen Mitteln zu Zielstellen interferiert. Alternativ führt sehr hoher unkontrollierter Druck zu einer im wesentlichen ballistischen Zuführung von Arzneistoffen oder Teilchen, die für das Gewebe, das behandelt werden soll, traumatisch sein kann. Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Verwendung eines kontrollierten Druckgradienten, um nicht-teilchenförmige Moleküle (wie etwa Moleküle bis zu 500 nm im Durchmesser) selektiv zu subepithelialen oder subendothelialen Gewebekompartments zuzuführen. Wege, durch die sich Moleküle bewegen können, können, wie offenbart in der vorliegenden Erfindung, durch die Verwendung von Zuführung bei konstanter Geschwindigkeit oder konstantem Druck, um feste Verbindungen zu öffnen, geschaffen werden. Alternativ können solche Wege mit bekannten Verfahren geschaffen oder erleichtert werden, wie etwa pharmakologischem oder elektrischem Aufbrechen, und dann mit der vorliegenden Erfindung zusammen verwendet werden, um effektivere Zuführung eines therapeutischen Mittels zu subepithelialen oder subendothelialen Gewebekompartments zu ermöglichen. Ein Beispiel der pharmakologischen Schaffung eines Weges, durch den Moleküle sich entlang eines Druckgradienten bewegen können, ist die Verwendung von Zona-Occludens-Toxin (siehe U.S.-Patente Nrn. 5,864,014, 4,827,534 und 5,664,389 für Information über Zona-Occludens-Toxin).
In der Gefäßchirurgie ist die Schaffung einer Anastomose zwischen zwei Gefäßen durch eine Disparität im Durchmesser zwischen den Spender- und Empfängergefäßen oft kompliziert. In ähnlicher Weise ist die chirurgische Umkehrung einer Vasektomie oder einer Eierstockligation dadurch kompliziert, daß man Abschnitte des Vas Deferens oder der Eileiter lokalisieren muß, die ausreichend weit sind, um effektive Wiedervereinigung zu ermöglichen. Ein Mechanismus zum Erreichen der Aufweitung röhrenförmiger Strukturen wäre daher klinisch nützlich und hilfreich. Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung können verwendet werden, um eine röhrenförmige Struktur (wie etwa ein Blutgefäß oder einen Gang) oder einen Viskus auf einen vorbestimmten Querschnittszieldurchmesser aufzuweiten. Solch eine Aufweitung kann entweder in vivo oder ex vivo durchgeführt werden, mit anschließender Anastomose zwischen Spender- und Empfängerstrukturen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird diese Aufweitung mit kontinuierlicher intraluminaler Infusion von Arzneistoffen, Genvektoren oder anderen therapeutischen Mitteln zu den Spender- und/oder Empfängerstrukturen kombiniert.
Einsatz von Druck, um Moleküle zu unterschiedlichen histologischen Kompartments zuzuführen, tritt durch Schaffung eines Druckgradienten ein, insbesondere eines kontrollierten Gradienten, der so ausgewählt ist, daß die Zuführung der Moleküle zu einer vorgewählten Stelle (wie etwa einer spezifischen histologischen Schicht) in einem Organ lenkt. Dieser Gradient involviert den Aufbau eines kontrollierten Druckunterschiedes zwischen zwei Kompartments einer Struktur. So könnte im Falle einer luminalen oder duktulären Struktur ein Druckgradient zwischen dem Lumen der Röhre und tieferen Strukturen geschaffen werden. Im Falle eines Epithelorgans oder -ganges könnte dieser Druckgradient zwischen der apikalen Membranoberfläche der Epithelzelle und der Lamina propia oder der Serosa geschaffen werden. Im Falle einer Gefäßstruktur könnte dieser Druckgradient zwischen der apikalen Membranoberfläche der Endothelzelle und der Glattmuskelschicht oder der Adventitia geschaffen werden. Der Druckgradient kann aus der Anwendung eines höheren Druckes innerhalb des Lumens, als in den tieferen Strukturen vorliegt, bestehen, oder kann alternativ aus der Anwendung von höherem Druck auf der Außenseite der Struktur, als in den inneren Abschnitten der Struktur existiert, bestehen. Diese Offenbarung verkörpert spezifisch die Schaffung jedes dieser beiden Typen von Druckgradienten, so daß Infusat von der Innenseite einer Struktur zur Außenseite oder von der Außenseite zur Innenseite der Struktur getrieben werden kann. Die letztere Ausführungsform ist von besonderem Nutzen bei Strukturen, die diskrete Lumina besitzen (Gefäße, Luftröhre, Magen-Darm-Trakt, Harnblase, etc.), sowie denjenigen, die dies nicht haben (zum Beispiel Nerven). Der Druck kann durch eine äußere Manschette aufgebracht werden, die um die anatomische Struktur gelegt wird, um eine äußere Oberfläche (wie etwa einen vollständigen Umfangsbereich) der Struktur zu isolieren und unter Druck zu setzen.
Ebenso wie die Anwendung eines erhöhten intraluminalen Druckes auch verwendet werden kann, um die Aufnahme und den Transport durch Epithel- und Endothelzellen zu erhöhen, so kann die Anwendung des erhöhten äußeren Druckes auch eingesetzt werden, um die Aufnahme und den Transport durch äußere Oberflächenzellen zu erhöhen, wie etwa zum Beispiel Adventitia, Serosa, Epineurium, etc.. Spezifische Vorrichtungen sind in dieser Erfindung beschrieben, die den Aufbau eines der Druckgradienten ermöglichen.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist, daß die Verabreichung von Mitteln bei Volumina/Drücken im wesentlichen unter dem intraluminalen (physiologischen) Basislinie-Volumen/-Druck (zum Beispiel dem physiologischen Druck einer Gallenblase, bei der der Gallenblasenausführungsgang verschlossen worden ist) nur zu minimaler (oder keiner) Zuführung zu Epithelzellen (ihren wird. Intraluminaler Druck kann unter physiologische Niveaus gesenkt werden, indem ein Katheter in das Organ eingeführt wird und das Fluid (wie etwa Galle) aus dem Organ abgesaugt wird. Wenn Druck/Volumen hin zu intraluminalem Basislinien-Volumen/-Druck erhöht werden (z.B. der Druck unmittelbar nach Okklusion und Absaugung der flüssigen Inhalte des Organs, wie etwa der Galle in der Gallenblase), wird die Zuführung zu Epithelzellen ansteigen. Wenn der Druck/Volumen im wesentlichen oberhalb des Basislinien-Volumens/-Drucks liegt, wird subepitheliale Zuführung eintreten.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird eine therapeutische Substanz (wie etwa eine nicht-teilchenförmige organische Verbindung) durch Infusion in ein Körperlumen zugeführt, das mit Epithelzellen ausgekleidet ist, während die Infusionsparameter (wie etwa Durchflußgeschwindigkeit, Druck und Volumen) so kontrolliert werden, daß sie selektiv zur Zuführung der therapeutischen Substanz entweder zu den Oberflächenzellen oder ebenso zu dem (den) subepithelialen Raum und Zellen (ihren. Angemessene Infusionskontrolle kann auf verschiedene Weisen erreicht werden. Die Infusion kann zum Beispiel nur bei einem spezifizierten Druck durchgeführt werden (z.B. Druckanstieg in bezug auf eine Basislinie) oder nur bei einem Druck innerhalb eines spezifizierten Bereiches, wobei der spezifizierte Druck so ausgewählt ist, daß die Zuführung zum subepithelialen Raum entweder maximiert oder vermieden wird. In ähnlicher Weise kann Infusion bei einer gegebenen Durchflußgeschwindigkeit durchgeführt werden, bis ein spezifischer Schwellendruck (wie etwa ein Peakdruck) erreicht wird, der dann für ein gewünschtes Intervall gehalten werden kann. Nachdem der Peakdruck erreicht ist und mikroanatomische Brüche auftreten, neigt der Druck dazu, abzunehmen und sich auf einem Plateau einzustellen, selbst wenn die Infusion mit derselben Durchflußgeschwindigkeit weitergeht. Infusion kann auch durch Infundieren eines spezifizierten Volumens mit einer spezifizierten Geschwindigkeit kontrolliert werden, so daß das Volumen entweder ausreichend für die Zuführung zu nur Oberflächenzellen gefüllt wird oder ausreichend für die Zuführung zu tieferen Räumen und Zellen überfüllt wird.
Es gibt auch Fälle, in denen systemische Zuführung von Arzneistoffen über Hochdruckinfusion gewünscht ist. Das Verfahren der Offenbarung könnte als ein Ersatz für invasive vaskuläre Verfahren verwendet werden, wie etwa direkte intraarterielle Zuführung chemotherapeutischer Substanzen. Anstelle intravaskulärer Zuführung (und dem begleitenden Problem der Thrombose) kann direkte Zuführung zu Organen durch Einführung des Mittels in einen hohlen, unter Druck gesetzten Viskus oder Gang (wie etwa den Leber-Gallen-Baum oder Parotis-Gang) bei einem Druck erreicht werden, der dazu gedacht ist, subepitheliale Zuführung bereitzustellen. Vermeidung intravaskulärer Verabreichung (wie etwa bei Leberarterieninfusion) für gezielte Zuführung eliminiert die Probleme endothelialer Schädigung und begleitender Morbidität, während sie auch breiter verteilte systemische Zuführung vermeidet, die inhärent ist, wenn irgendein Arzneistoff direkt in das kardiovaskuläre System zugeführt wird. Es ist auch möglich, intrabiliäre Zuführung mit temporärem Verschluß venöser oder lymphatischer Drainage zu kombinieren, um das Organ weiter zu isolieren und breit verteilte systemische Verabreichung eines Arzneistoffs zu verhindern, selbst wenn er mit einem ausreichenden Druck eingebracht wird, um subepitheliale Zuführung des Arzneistoffes bereitzustellen.
Besondere Kontrollparameter können auf verschiedene Weise bestimmt werden. Ein Basislinienvolumen oder Schwellendruck eines Körperlumens kann zum Beispiel durch Messungen in einer Probenpopulation bei vorbestimmten Infusionsgeschwindigkeiten bestimmt werden. Die gemessene Basislinie kann weiter mit demographischen Daten, wie etwa Größe und Gewicht, korreliert werden. Die Infusion wird dann gemäß diesen vorbestimmten Variablen kontrolliert, zum Beispiel durch Einbringen spezifizierter Volumina der ausgewählten Durchflußgeschwindigkeiten, von denen vorhergesagt wird, daß sie einen Schwellendruck übersteigen (oder nicht übersteigen), bei dem mikroanatomisches Aufbrechen eintritt.
In einer weiteren Ausführungsform kann zunächst ein inertes Infusat verwendet werden, um einen kritischen Druck aufzubauen, bei dem Zuführung zu tief zu den Oberflächenzellen gelegenen Räumen beginnt. In dieser Ausführungsform wird ein inertes Infusat in ein gegebenes Körperlumen mit einer gegebenen Geschwindigkeit infundiert, und der intraluminale Druck wird verfolgt, bis ein Druckschwellenpeak erreicht und überschritten wird, wobei zu diesem Zeitpunkt die Infusion gestoppt wird. Die Infusion von inertem Infusat kann dann wenigstens einmal wiederholt und der Peakdruck erneut gemessen werden. Der zuletzt gemessene Peakdruck wird dann als Druckniveau genommen, bei dem Infusat beginnen wird, in den zu Oberflächenzellen tiefen Raum einzutreten. Wenn die Zuführung nur zu Oberfächenzellen gewünscht ist, läuft die Infusion des therapeutischen Mittels dann über eine Infusion ab, während der der zuletzt gemessene Peakdruck nicht überschritten wird. Wenn die Zuführung zu den Oberflächenzellen tiefen Räumen und Zellen gewünscht ist, läuft die Infusion des therapeutischen Mittels über eine Infusion ab, bei der der Infusionsdruck, wenigstens früh in der Infusion, den zuletzt gemessenen Peakdruck erreicht oder übersteigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung könnte die zugeführte therapeutische Substanz ein Arzneistoff sein. Signifikante Beispiele schließen Chemotherapiemittel, entzündungshemmende Arzneistoffe und jedes Mittel mit potentiell unerwünschten systemischen Wirkungen ein (einschließlich Krebschemotherapeutika, wie etwa Cytoxan, und Behandlungen für Leber-Gallen-Zirrhose, die die Verabreichung von Coricosteroiden erfordern). Alternativ könnte das therapeutische Mittel ein DNA-Vektor zur Verwendung in der Gentherapie sein, wie etwa ein adenoviraler Vektor, der ein Gen für die Korrektur einer genetischen Störung trägt, wie etwa Mukoviszidose. Der Vektor kann auch spezifisch auf bestimmte Zellen abzielen, einschließlich (a) die Epithelzellen oder die spezifisch auf bestimmte Zellen abzielen, einschließlich (a) die Epithelzellen oder die subepithelialen Zellen (oder beide); (b) Endothelzellen, Schaumzellen einer atherosklerotischen Plaque und/oder Glattmuskelzellen; (c) Zellen der äußeren Oberflächenschicht einer Struktur und/oder tieferen Zellen (oder beiden); (d) Nervenzellen oder Gliazellen; oder anderen Zelltypen innerhalb einer Struktur, wodurch zusätzliche Spezifität bereitgestellt wird. Der Vektor kann sogar spezifisch auf Rezeptoren abzielen, die nur auf bestimmten Oberflächen bestimmter polarer Zellen zu finden sind (wie etwa die basalen oder apikalen Oberflächen polarer Epithelzellen), so daß der Vektor von den bestimmten polaren Zellen nur aufgenommen wird, wenn die Zuführung zu dem zur bestimmten Oberfläche benachbarten Raum vorgenommen wird.
Eine nützliche Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung betrifft die apikal-epitheliale oder Cholangiozyten-spezifische Zuführung von genetischem Material im Leber-Gallen-System bei relativ niedrigen, unterhalb des Schwellenwertes liegenden Zuführdrücken. Solche oberflächliche Zuführung der therapeutischen Substanzen ist besonders bei Erkrankungen wie primärer Gallenstauungszirrhose, sklerosierender Cholangitis und AIDS-assoziiertem Gallentrakt-Erkrankungen, wie etwa MAI und Cryptosporidium-Infektion, gewünscht. Alternativ kann, bei höheren, oberhalb des Schwellenwertes liegenden Drücke, kombinierte, hepatozytische und cholangiozytische Zuführung ebenfalls durchgeführt werden oder sogar Zuführung zur subepithelialen Schicht (wie etwa der Lamina propia im Falle der größeren intra- und extrahepatischen Gallengänge oder zu den Ito-, Stellate-, Kuppfer- oder anderen subepithelialen Zellen in der Leber). Tiefere Penetration wäre zum Beispiel bei Erkrankungen wie etwa Leberzellenkarzinom und Leberfibrose erwünscht, wo das therapeutische Mittel auf Lebergewebe abzielt. Im Falle von Cholangiokarzinom könnte es wirkungsvoll sein, sowohl Cholangiozyten als auch tiefere subepitheliale Zelltypen anzuzielen. Außerhalb des Gallen-Systems könnte gelenkte subepitheliale Zuführung für die Behandlung von Erkrankungen wie Crohn-Krankheit verwendet werden, wo Zuführung entzündungshemmender Mittel zur Lamina propia erwünscht wäre. In ähnlicher Weise könnte gelenkte subepitheliale Zuführung chemotherapeutischer Mittel, wie etwa Cytoxan, oder entzündungsfördernder Mittel, wie etwa Interleukin-8 (IL-8), bei der Behandlung von Harnblasenkarzinomen verwendet werden.
Auf eine bestimmte innere oder äußere Schicht beschränkte Zuführung könnte ebenfalls unter bestimmten Umständen nützlich sein. Intraluminale Zuführung, beschränkt auf die Zellen, die das Lumen eines Viskus oder einer anderen duktulären Struktur (Epithelzellen) oder vaskulären Struktur (Endothelzellen) auskleiden, könnte nützlich sein. Ein Beispiel für die Zuführung zu nur dem Epithel wäre die Verabreichung eines entzündungsfördernden Mittels, wie etwa Interleukin-8 (IL-8), das nur Epithelzellen anzielt, bei der Behandlung bestimmter maligner Zustände. In ähnlicher Weise kann eine Zuführung, die auf Endothelzellen beschränkt ist, bei der Behandlung bestimmter Gefäßerkrankungen verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung schließt eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen ein, die eine Zugangskanüle und einen Katheter oder eine Zugangsöffnung für gezielte Zuführung von therapeutischen Mitteln umfaßt. Die Kanüle schließt distale und proximate Enden ein und enthält ein Lumen, das so konfiguriert ist, daß es ein Trokar mit scharfer Spitze enthält, der die Wand eines gewünschten Körperlumens durchdringt, zum Beispiel die Wand eines Hohlorgans, wie etwa die Gallenblase oder der Darm. Die Kanüle schließt weiter ein Paar Ballons ein, die axial entlang der Kanüle mit Abstand voneinander angeordnet sind, so daß nach dem Aufblasen die zwei Ballons in Eingriff mit gegenüberliegenden inneren und äußeren Flächen des Organs kommen. Nachdem der innere Ballon aufgeblasen ist, wird der Katheter leicht herausgezogen, bis der erste Ballon glatt gegen die Innenwand des Körperlumens anliegt. Der zweite Ballon wird dann aufgeblasen, während ausreichend Zug aufrechterhalten wird, um den ersten Ballon glatt anliegend gegen die Innenfläche des Körperlumens zu halten. Die zwei aufgeblasenen Ballons drücken somit gegen die inneren und äußeren Oberflächen der Wand des Körperlumens, wodurch der Katheter an Ort und Stelle gehalten und gegen Lecks abgedichtet wird.
Das Verfahren der vorliegenden Offenbarung kann die Abdichtung, Evakuierung und Spülung des angezielten Körperlumens einschließen, gefolgt von Infusion der therapeutischen Substanz unter kontrollierten Bedingungen wie oben. Nach der Infusion kann jedes restliche Infusat abgesaugt werden, wodurch das Potential systemischer Effekte verringert wird.
Der Druck selbst kann auch Zelltransportprozesse erleichtern und dies kann für verbesserte Zuführung genutzt werden. Intraluminale Infusion mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Druck kann zum Beispiel eingesetzt werden, um die Aufnahme über die apikale Membranoberfläche von Epithel- und/oder Endothelzellen zu verstärken. Alternativ kann intraluminale Infusion mit konstanter Geschwindigkeit und konstantem Druck auch eingesetzt werden, um Transzytose von Molekülen von der apikalen zur basalen oder basolateralen Zelloberfläche zu verstärken.
Eine besondere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist die Verwendung intraluminaler Zuführung bei konstantem Druck in Kombination mit Verfahren zum Messen der Aufweitung eines Viskus, Ganges oder Gefäßes. Solche Verfahren können die Verwendung intraluminalen Ultraschalls einschließen, die zur Beurteilung von Gewebekompartmentdurchmessern beschrieben worden ist. Intraluminaler Ultraschall oder andere Verfahren können mit druckvermittelter Zuführung kombiniert werden, um die Evaluierung der Zuführungstiefe eines therapeutischen Mittels zu ermöglichen.
In einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung kann eine Verabreichung bei konstantem Druck verwendet werden, um die innere Oberflächenschicht einer Lumenstruktur zusammenzudrücken, wie etwa einer atherosklerotischen Plaque in einem Blutgefäß. Sehr hohe intraluminale Drücke können auch verwendet werden, um epitheliale oder endotheliale Denudation zu bewirken.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht der Epithelzellen, die die Gallenblase (A), die kleinen Gallengänge (B) und die Leber (C) auskleiden.
2A und 2C sind schematische Ansichten ortsspezifischer Zuführung zur apikalen Oberfläche einer Epithelzelle in einer Gallenblase bei relativ niedrigen Gallen-Drücken;
2B und 2D zeigen ortsspezifische Zuführung zum subepithelialen Raum bei höheren Gallen-Drücken.
3A ist eine schematische Ansicht ortsspezifischer Zuführung zur apikalen Oberfläche eines Hepatozyten in der Leber bei relativ niedrigen, unter dem Schwellenwert liegenden Leber-Gallen-Drücken, während 3B eine schematische Ansicht der Zuführung zu den subepithelialen Schichten ist, nachdem der Schwellendruck überschritten ist.
4 ist eine schematische Ansicht eines Systems zur Infusion von Flüssigkeit unter Druck in das geschlossene duktuläre System des Leber-Gallen-Baumes, für ortsspezifische Zuführung von Arzneistoffen und anderen Mitteln.
5 ist ein Graph, der gemessenen Gallen-Innendruck nach Okklusion des Hauptgallenganges in einem einzelnen Tier (5A) und in einer Gruppe von Tieren ( 5B) zeigt.
6 ist ein Graph, der gemessenen Gallen-Innendruck während einer Infusion nach Okklusion des Hauptgallenganges zeigt, der Druckveränderung als eine Funktion der Zeit bei einer Infusionsgeschwindigkeit von 240 μl pro 2 Minuten zeigt.
7 ist ein zu 6 ähnlicher Graph, zeigt aber den durchschnittlichen Gallen-Innendruck als eine Funktion des infundierten Volumens, für Infusionsgeschwindigkeiten von 0,06, 0,66, 2,00, 8,00 und 16,00 μl/s von 0,9% NaCl.
8A ist ein Histogramm, das den maximalen Gallen-Innendruck während retrograder Gallen-Infusion und den Druck, wenn die Infusion abgeschlossen ist, in Tieren mit einem okkludierten Hauptgallengang zeigt. 8B ist ein Graph der Gallen-Innendruckveränderung gegen die Zeit für eine Vielzahl von Infusionsgeschwindigkeiten, der zeigt, daß der Gallen-Innendruck im Anschluß an den Abschluß einer Infusion schnell auf den Vorinfusionsdruck abfällt, was veranschaulicht, daß Infusionen mit größeren Volumina schneller zu niedrigeren Wiederherstellungsdrücken führen.
9A ist ein Graph von Gallen-Innendruck gegen Zeit für drei aufeinanderfolgende Infusionen von 80 μl über 2 Minuten, der veranschaulicht, daß wiederholte Infusionen einen Schwellendruckpeak bei einem niedrigeren Druck als die anfängliche Infusion erreichen. 9B ist ein Histogramm, das veranschaulicht, daß Schwellenpeakdrücke für wiederholte Infusionen nach der zweiten Infusion sich nicht signifikant vom Peakdruck der zweiten Infusion unterscheiden.
10A ist ein Graph, der Druckveränderung gegen die Zeit für Infusate mit unterschiedlichen Viskositäten (21,90 und 1,05 Centipoise); 10B ist ein Histogramm, das den Effekt der Viskosität auf den Peak-Gallen-Innendruck bei unterschiedlichen Volumina und Infusionsgeschwindigkeiten veranschaulicht. 10C ist ein Graph einer linearen Regressionsanalyse der Beziehung zwischen Viskosität und Peak-Gallen-Innendruck bei zwei Infusionstemperaturen.
11 ist ein Histogramm, das bevorzugte Zuführung von β-gal-Adenovirus zu Cholangiozyten statt zu Hepatozyten sowohl vor als auch nach dem Abklemmen der unteren Vena cava zeigt.
12 ist ein Graph von Galleninnendruck über Zeit während der Infusion von 80 μl Infusat mit 0,06 μl/s und mit 0,66 μl/s.
13 ist ein Histogramm, das den Prozentanteil an Cholangiozyten- und Hepatozyten-Kernen zeigt, die positiv auf Gentransfer sind, wobei intravenöse (iv) Verabreichung mit intrabiliärer Infusion mit Durchflußgeschwindigkeiten von 0,06 μl/s und 0,66 μl/s vergleicht, was zeigt, das die niedrigere Durchflußgeschwindigkeit zu bevorzugter Zuführung zu Cholangiozyten führte.
14 ist ein schematisches Diagramm, das einige der potentiellen histologischen Wege veranschaulicht, die durch retrograde Gallen-Infusion unter hohem Druck genommen werden können.
15 ist eine etwas schematische, perspektivische Ansicht einer Gallen-Baum-Zugangskanüle (wobei ihr Trokar entfernt ist), die für ortsspezifische Zuführung von Mitteln in die Gallenblase verwendet werden kann.
16 ist eine Ansicht der Kanüle von 15, wobei sie diese aber zusammengebaut und eingeführt durch die Wand der Gallenblase zeigt, mit einem gegen die Innenwand der Gallenblase aufgeblasenen Ballon.
17A ist eine zu 16 ähnliche Ansicht, die aber die Kanüle zeigt, bei der der Trokar entfernt und die Kanüle gegen die Wand der Gallenblase angehoben ist. 17B zeigt einen äußeren Ballon, der aufgeblasen ist, um die Abdichtung der Öffnung zu unterstützen, durch die der Trokar eingeführt ist. 17C ist noch eine weitere Ausführungsform, in der auch eine Silikon-Unterlegscheibe unter den Trokar zwischen den Ballons eingebracht ist, um die Versiegelung der Öffnung zu unterstüzen und das Gallen-System als ein geschlossenes Drucksystem zu halten.
18 ist eine zu 17B ähnliche Ansicht, die aber eine Kappe zum selektiven Verschließen der Kanüle zeigt.
19 ist eine zu 18 ähnliche Ansicht, die aber die distale Spitze eines Katheters durch den Trokar eingeführt zeigt, um einen okklusiven Ballon im Gallenblasenausfihrungsgang zu positionieren, für Druckisolierung der Gallenblase.
20A ist eine zu 19 ähnliche Ansicht, die einen Mehrfachlumenkatheter zeigt, der in die Gallenblase eingeführt ist für druckkontrollierte mehrfache Spülung und Drainage der Gallenblase.
20B ist ein Querschnitt durch den Katheter von 20A, der die mehreren Kanäle des Katheters und ihre Fließverbindung mit dem Äußeren des Katheters zeigt.
21 ist eine Ansicht einer Spitze einer alternativen Ausführungsform des Katheters, in der es mehrere konzentrische Zuführkanäle durch den Katheter gibt.
22 ist eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform des Katheters, in der eine Reihe von Bändern auf dem Katheter kleine Öffnungen haben, durch die Material in die Gallenblase eingeführt werden kann und durch die sie drainiert werden kann.
23 ist eine alternative Ausführungsform des Katheters, in der eine distale Spitze mit mehreren Lumina in einen Gallengang hineinbewegt worden ist, um einen Leberläppchengallengang zu okkludieren (und das duktuläre System eines Leberläppchens durch Druck wirkungsvoll abzudichten).
24 ist eine vergrößerte Ansicht der Spitze des Katheters von 24, die die mehreren Lumina zur Durchführung unterschiedlicher Aufgaben zeigt, wie etwa Infusion von Druckmedien, Zuführung von Vektoren und Erfassen von Druck an der Katheterspitze.
25 ist ein Graph von Druck gegen Zeit in der Gallenblase bei Infusionsdurchflußgeschwindigkeiten von 10 μl/30 Sekunden (durchgezogene Linie) und 20 μl/30 Sekunden (gestrichelte Linie).
26 ist eine Mikrofotografie, die Zuführung von Adenovirus zur Lamina propia der Gallenblase zeigt.
27 ist ein Graph von Druck gegen Zeit für die Zuführung einer Infusion in den Hauptlebergang (durchgezogene Linie), der Galle aus der gesamten Leber drainiert, und von einem kleineren Gang, der nur ein Drittel der Leber drainiert (gestrichelte Linie).
28A–D, 29A–E und 20A–C sind Elektronenmikrofotografien, die Belege für das Aufbrechen fester Verbindungen zeigen, das mit Verfahren der vorliegenden Erfindung erreicht wird.
31A ist ein Graph des Musters von Druckveränderungen, die im Anschluß an retrograde Gallen-Infusion bei chronisch cholestatischen Tieren beobachtet werden. 31B ist ein Histogramm, das die Effekte wiederholter retrograder Gallen-Infusion auf den intraluminalen Druck in normostatischen und chronisch cholestatischen Tieren vergleicht.
32 ist ein Histogramm, das den Plasmagehalt eines Tracermoleküls im Anschluß an retrograde Gallen-Infusion unter sowohl normostatischen als auch cholestatischen Bedingungen zeigt.
33A–D sind Querschnittsdiagramme der Harnblase, die die Reaktion der Harnblase auf ihre Füllung zeigen.
34 ist ein Teilquerschnitt einer Harnblase, vorbereitet für eine Untersuchung, wie hierin beschrieben, und der die Verwendung eines Foley-Katheters gemäß eines Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt.
35 ist ein Diagramm eines Beispiels einer Infusionsvorrichtung mit konstantem Druck.
36 ist ein Graph der Blasenwanderung, die bei einer Harnblasen-Infusion beobachtet wird, die mit der Infusionsvorrichtung von 35 durchgeführt wird.
37 ist ein Graph von Durchflußgeschwindigkeit gegen Zeit bei einer Harnblasen-Infusion mit konstantem Druck.
38 ist ein Graph der Unterschiede im Druck (aufgebrachter Druck gegen Blaseninnendruck) gegen Zeit und Durchflußgeschwindigkeit gegen Zeit.
39 ist ein Graph von Durchflußgeschwindigkeit gegen Zeit für eine Reihe von unterschiedlichen Blasen.
40 ist ein Graph von Durchflußgeschwindigkeit über Blasenvolumen gegen Zeit für die Blasen von 39.
41 ist ein Graph von Durchflußgeschwindigkeiten muriner Gallen-Infusionen als eine Funktion des aufgebrachten Druckes in normostatischen und chronisch cholestatischen Tieren.
42 ist ein Graph von Widerstand (aufgebrachter Druck/Durchflußgeschwindigkeit) bei unterschiedlichen konstanten Drücken muriner Gallen-Infusionen.
43 ist ein Graph von Durchflußgeschwindigkeit und Saccharosetracer-Zahlen im Plasma als eine Funktion der Zeit für Gallenblasen-Infusion mit konstantem Druck.
44 ist ein Graph von Durchflußgeschwindigkeit über Zeit bei einer Infusion mit einem konstanten Druck von 20, 30 und 40 mm Hg.
45 ist ein Graph von parazellulärer Leckage über Zeit bei einer Infusion mit konstantem Druck von 20, 30 und 40 mm Hg.
46A ist ein schematischer Querschnitt eines Katheters, der in einem Körperlumen postioniert ist, zur Verwendung in den Verfahren der vorliegenden Erfindung. 46B ist eine Längsansicht des Körperlumens und Katheters von 46A.
47 ist ein Querschnitt eines Beispiels eines Mehrlumenkatheters, der in den Verfahren der vorliegenden Erfindung nützlich ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur spezifischen Zuführung von Mitteln (wie etwa therapeutischen oder diagnostischen Arzneistoffen) in unter Druck gesetzte Körperhohlräume, wie etwa das Lumen eines Organs, einschließlich eines hohlen Viskus (z.B. Gallenblase, Dünndarm) oder eines Ganges (z.B. des Ganges des Speichel-, Parotis- oder Leber-Gallen-Systems). Die Körperhohlräume werden anatomisch, manometrisch isoliert (z.B. durch Okklusion eines oder mehrerer Gänge aus dem Organ heraus, die mit dem Magen-Darm-Trakt kommunizieren). Ein zuzuführendes Mittel wird dann durch eine Infusion in den isolierten Körperhohlraum hinein eingebracht, entweder oberhalb oder unterhalb eines Schwellendruckes/-durchflusses/-volumens, bei dem transepitheliale Zuführung des Mittels eintritt. Daher werden Mittel, die unter diesem Schwellenwert zugeführt werden, vorzugsweise zu den Zellen einer Oberflächenepithel-Auskleidung zugeführt, während Mittel, die oberhalb dieses Schwellenwertes zugeführt werden, auch in den subepithelialen Raum zugeführt werden (was periduktuläre oder sogar systemische vaskuläre Verabreichung, zum Beispiel durch die Sinusoiden der Leber einschließen kann).
Viele Hohlraumorgane im Körper (wie etwa die Gallenblase, Leber-Gallen-Gänge, Parotis-Gänge und Magen-Darm-Organe) enthalten Epithelzellen, die mit polarisierten Epithelzellen ausgekleidet sind. Diese Zellen sind in dem Sinne „polarisiert", daß sie eine apikale Oberfläche aufweisen, die dem Lumen zugewandt ist, und eine basale Oberfläche, die im wesentlichen vom Lumen isoliert ist, durch enge Verbindungen zwischen den Epithelzellen. Die Oberflächen dieser polaren Zellen sind oft auf unidirektionalen Durchgang biologischer Substanzen durch Zellen spezialisiert, zum Beispiel für die Zuführung in das Lumen hinein.
1 zeigt schematische Querschnitte der histologischen Architektur mehrerer unterschiedlicher Gewebeklassen. 1A zeigt die in Gallenblase, großen Gallengängen und Darm gemeinsame Architektur, in der polarisierte Epithelzellen 30 miteinander durch feste Verbindungen 32 verbunden sind, die die apikalen Oberflächen 34 der Zellen 30 von einer basalen Zelloberfläche 36 und einem subepithelialen Raum 38 mit einer Lamina propria isolieren. Die Architektur der kleinen Gallengänge in 1B veranschaulicht, daß die Epithelzellen (in diesen Gallengängen Cholangiozyten genannt) einen subepithelialen Raum besitzen, der durch ein Kapillargeflecht besetzt ist, aber keine Lamina propria aufweist. 1C zeigt, daß in der Leber der subepitheliale Raum 38 vom Disse'schen Raum und den Sinusoiden der Leber besetzt ist, aber keine Lamina propria.
Ungeachtet der subepithelialen Anatomie bilden feste Verbindungen zwischen Epithelzellen eine physische und funktionelle Barriere zwischen dem Lumen und dem subepithelialen Raum. Daher gibt es in allen diesen Strukturen wenigstens zwei Stellen, die für Arzneistoffzuführung angezielt werden können: die Epithelzellen, die den luminalen Raum auskleiden, und die Räume (und ihre zellulären und anderen Strukturen), die zu den Epithelzellen tief angeordnet sind. Endothelzellen, die andere Körperhohlräume und Gänge auskleiden als diejenigen, die spezifisch diskutiert sind, können ebenfalls das Ziel von druckgelenkter Zuführung von Mitteln gemäß dieser Erfindung sein. Für Veranschaulichungszwecke wird die druckgerichtete Zuführung jedoch im Leber-Gallen-Baum veranschaulicht werden.
2A veranschaulicht schematisch eine Gallenblase 40 mit einem Gallenblasenausführungsgang 42, der durch einen Clip 44 okkludiert ist. Ein Katheter 46 ist durch die Wand von Gallenblase 40 eingeführt worden, so daß die distale Spitze 48 von Katheter 46 im Lumen 49 vorliegt. Eine Positionierungs/Abdichtungseinrichtung 50 um den Katheter 46 herum hilft, den Katheter an Ort und Stelle zu halten, und hilft dabei, die Öffnung, durch die Katheter 46 eingeführt worden ist, abzudichten. Pfeil 52 veranschaulicht die Zuführung einer Flüssigkeit (wie etwa eines Arzneistoffes) unter relativ niedrigen Druckbedingungen, wobei in diesem Falle die festen Verbindungen nicht aufgebrochen werden (2C) und Zuführung im wesentlichen vollständig zur apikalen Oberfläche der Epithelzelle eintritt. 2B zeigt im Gegensatz dazu Zuführung eines flüssigen Mediums in die Gallenblase 40 hinein unter relativ hohen Druckbedingungen, die feste Verbindungen 32 aufbrechen (2D) und Zugang des flüssigen Mediums zum subepithelialen Raum ermöglichen.
3A veranschaulicht Zuführung eines Mittels zur apikalen Oberfläche der Epithelzelle in der Leber unter Zuführungsbedingungen mit niedrigem Druck, während 3B das Aufbrechen mikroanatomischer Strukturen, wie etwa der festen Verbindungen, veranschaulicht, was Zuführung zum subepithelialen Disse'schen Raum und den Sinusoiden in der Leber ermöglicht, unter Zuführungsbedingungen mit relativ höherem Druck.
Systematische Evaluation der manometrischen und histologischen Folgen retrograder Gallen-Infusion bei Mäusen wurde unter Verwendung (i) eines neuartigen Systems für simultane Cholangiomanometrie; (ii) digitaler fluoroskopischer Evaluation der Verteilung von für radioaktive Strahlung undurchlässigem Farbstoff; (iii) histologischer Evaluation der Verteilung fluoreszierender Latex-Mikrokügelchen mit zu adenoviralen und liposomalen Vektoren vergleichbaren Größen; und (iv) histologischer Evaluation des Musters des Gentransfers, erhalten im Anschluß an die Verabreichung eines rekombinanten adenoviralen Vektors, durchgeführt. Diese Evaluationen, die mehrere unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen, sind in den folgenden Beispielen beschrieben.
BEISPIEL 1
Zuführungsvorrichtung und Infusionsdaten
4 veranschaulicht eine Vorrichtung, die zum Demonstrieren des Effektes retrograder Gallen-Infusion auf den Gallen-Innendruck und ortsspezifischer Zuführung von Mitteln zu den Zellen verwendet wird. Zwanzig bis vierzig Gramm narkotisierte männliche CD-1-Mäuse (Charles River) wurden als Versuchstiere verwendet. Im Anschluß an eine Mittellinien-Laparotomie wurde die Gallenblase 40 manuell durch den Gallenblasenausführungsgang 42 drainiert. Ein Cholezystomie-Katheter 60 (silastischer Schlauch, 0,012" ID/0,025 AD) wurde durch die Wand der Gallenblase 40 eingeführt und innerhalb des Gallenblasenlumens gesichert, wobei die Katheterspitze 48 so vorgeschoben wurde, daß sie unmittelbar proximal zur Verbindung mit dem Gallenblasenausführungsgang 42 lag. Eine Packung 62 aus absorbierender Cellulose (X0-Med, Jacksonville, μl) wurde um die Eintrittstelle des Katheters in die Gallenblase gepackt, um zu verhindern, daß Galle in das Peritoneum austritt.
Eine Kanüle Nr. 23 63 wurde verwendet, um eine Öffnung im Zwölffingerdarm 64 zu erstellen und eine Sphinkterotomie am Oddi'schen Schließmuskel 66 durchzuführen (was dabei hilft, den Durchgang von Galle in den Dünndarm zu kontrollieren). Ein Katheter 68 aus Polyethylenschlauch zur Aufzeichnung des Gallen-Innendruckes (ID 0,011'', AD 0,024'') wurde durch die Zwöffingerdarmöffnung eingeführt und durch den Oddi'schen Schließmuskel 66 in den Hauptgallengang 70 vorgeschoben. Der Katheter 68 wurde dann so vorgeschoben, daß seine Spitze unmittelbar rostral zur Verbindung mit dem oberen Pankreasgang visualisiert werden konnte. Vorplatzierte 6-0-Seidenfäden wurden verwendet, um den Katheter an Ort und Stelle zu sichern. Da der Gallen-Baum ein geschlossenes duktuläres System ist, spiegelt der im Hauptgallengang (durch einen Druckmeßwertwandler 69) aufgezeichnete Druck den Druck im gesamten Leber-Gallen-System (den Gängen und Canaliculi, durch die Galle strömt) genau wider. Gallen-Innendruck wurde kontinuierlich alle 0,5–2,0 Sekunden unter Verwendung eines Niederdruckmeßwertwandlers (Digimed, Indianapolis) und eines PCs aufgezeichnet.
Retrograde Gallen-Infusionen wurden durch Verwendung des Cholezystomie-Katheters 60 und einer Mikroinfusionspumpe 72 (Harvard) verabreicht. Infusionen wanderten in einer normograden Richtung 74, wobei sie sich nacheinander den Gallenblasenausfihrungsgang 42 und Hauptgallengang 70 hinunter bewegten, bis die Spitze des Druckkatheters 68 erreicht wurde. Da der Druckkatheter weiteren normograden Fluß verhinderte, kehrte das Infusat die Richtung um und wanderte den Leber-Gang hinauf zur Leber. Daher ermöglichten Infusionen durch den Katheter 60 in die Gallenblase 40 die Zuführung des Infusats in das gesamte Leber-Gallen-System, einschließlich der Gänge und Canaliculi der Leber. Basislinienmessungen des Gallen-Innendrucks wurden kontinuierlich für 25 Minuten während der Okklusion des Hauptgallenganges ohne retrograde Gallen-Infusion aufgezeichnet. Da immer noch Galle gebildet wurde, stieg der Gallen-Innendruck allmählich von einer Basislinie von 0,8 ± 0,2 mm Hg (n = 5) an, wobei er nach 10 Minuten einen durchschnittlichen Druck von 10,0 ± 1,4 mm Hg erreichte (5). Dieser Druck blieb für wenigstens 25 Minuten ziemlich konstant, als die Aufzeichnung abgebrochen wurde.
Retrograde Gallen-Infusionen bei unterschiedlichen konstanten Infusionsgeschwindigkeiten führten zu einem charakteristischen Muster von Druckveränderungen, das in 6 veranschaulicht ist. Es gab einen progressiven Anstieg bei P im intraluminalen Druck, bis ein Peakdruck Q erreicht wurde, gefolgt von einer leichten Abnahme des Druckes und dann einem Plateaudruck R, der im wesentlichen gehalten wurde, bis die Infusion abgeschlossen war. Nach dem die Infusion bei S gestoppt wurde, durchlief der Druck sofort einen schnellen Abfall T zum Vorinfusionswert. Daher erreichte der Druck bei Q einen Schwellenwert, wo mikroanatomische Barrierestrukturen physiologisch aufgebrochen wurden, so daß das Infusat während des niedrigeren Plateaus R leichter aus der Gallenblase entweichen konnte.
7 zeigt, daß die Gallen-Innendruckveränderungen als eine Funktion des Volumens mit variierenden Infusionsgeschwindigkeiten, daher Druckveränderungen (und Schwellendrücken), von der Infusionsgeschwindigkeit und dem Infusionsvolumen abhängig waren. Größere Peakdrücke wurden bei schnelleren Infusionsgeschwindigkeiten erreicht. Der Druck stieg bei den höheren Infusionsgeschwindigkeiten mit der Zeit schneller an, und die anfängliche Steigung der Druck-Volumen-Kurve während der Befüllungsphase der Infusion neigte ebenfalls dazu, mit der Infusionsgeschwindigkeit zu variieren, wobei sie bei den schnelleren Infusionsgeschwindigkeiten niedriger war. Der Peakdruck (der ein Beispiel eines besonderen Typs von Schwellenereignis ist) war ebenfalls für höhere Infusionsgeschwindigkeiten höher.
8A ist ein Histogramm, das den Peakdruck und das Ende des Infusionsdruckes bei unterschiedlichen Infusionsvolumina und -geschwindigkeiten zeigt. Peak(schwellen)drücke waren signifikant unterschiedlich zwischen der Gruppe ohne Infusion (n = 5) und denjenigen Tieren, die Infusionen von 80 μl mit 0,66 μl/Sekunde (n = 4), 2,66 μl/Sekunde (n = 6) und 5,33 μl/Sekunde (n = 5) erhielten. Volumina von 240 μl, infundiert mit 2 μl/Sekunde (n = 4), 8 μl/Sekunde (n = 5) und 16 μl/Sekunde (n = 4), führten ebenfalls zu Peakdrücken, die signifikant verschieden von der Kontrollgruppe waren (p < 0,05). Die 80 μl-Infusion mit 0,066 μl/Sekunde (n = 5) führte zu einem Peak-Gallen-Innendruck von 14,5 ± 0,9 mm Hg, und dies war nicht signifikant verschieden von der Gruppe ohne Infusion (11,5 ± 1,5 mm Hg), war aber signifikant verschieden (p < 0,05) von den anderen Gruppen mit 80 μl-Infusion. Die Peakdrücke waren geschwindigkeitsabhängig; bei einem gegebenen Infusionsvolumen führte jede evaluierte Infusionsgeschwindigkeit zu Peakdrücken, die signifikant verschieden (p < 0,05) von denjenigen waren, die unter Verwendung der anderen Infusionsgeschwindigkeiten erhalten wurden. Der maximale beobachtete Peakdruck betrug 43,6 ± 0,6 mm Hg (240 μl, infundiert mit 16 μl/Sekunde).
Die Drücke am Ende der Infusion waren ebenfalls abhängig sowohl von der Infusionsgeschwindigkeit als auch dem Infusionsvolumen. Obgleich Infusion mit 0,66 μl/Sekunde zu einem signifikanten Anstieg des Peakdruckes führte, war der Druck am Ende der Infusion nicht länger signifikant erhöht, verglichen mit dem Peakdruck, der bei Okklusion des Hauptgallenganges allein erhalten wird. Für alle anderen Infusionsgeschwindigkeiten, die zu signifikanten Anstiegen des Peakdrucks führten, blieb der Druck am Ende der Infusion signifikant erhöht, verglichen mit dem Kontrolldruck. Nachinfusionsdrücke neigten dazu, im Anschluß an größervolumige, schnellere Infusionen niedriger zu sein (8B).
In einigen Studien durchlief ein einzelnes Tier eine Sequenz von bis zu vier Wiederholungsinfusionen mit demselben Infusionsvolumen und derselben Infusionsgeschwindigkeit. Der Druck wurde kontinuierlich überwacht und jede Infusion war durch ungefähr drei Minuten von der nächsten Infusion getrennt. 9A zeigt einen typischen zeitlichen Verlauf von drei Infusionen. 9B zeigt, daß Wiederholungsinfusionen zu signifikant kleineren Anstiegen des Druckes führten, als durch die anfängliche Infusion erzeugt wurden, für eine bestimmte Infusionsgeschwindigkeit und ein bestimmtes Infusionsvolumen. Dieser Befund war statistisch signifikant mit Ausnahme bei dem größten evaluierten Volumen und der größten evaluierten Geschwindigkeit (240 μl, infundiert mit 16 μl/Sekunde). Bei jedem (jeder) gegebenen Infusionsvolumen und -geschwindigkeit waren die Druckveränderungen, die durch die zweite, dritte und vierte Infusion erzeugt wurden, nicht signifikant verschieden voneinander, sogar wenn die zweite Infusion zu einer Druckveränderung geführt hatte, die signifikant kleiner war als diejenige, die durch die erste Infusion erreicht wurde.
Um den Einfluß der Infusat-Viskosität und -temperatur auf den intraluminalen Druck zu evaluieren, durchliefen Tiere eine retrograde Gallen-Verabreichung unter Verwendung eines Bereiches von Fluidviskositäten bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Volumina der Infusion. Lösungen mit unterschiedlicher Viskosität wurden durch Verdünnung eines für radioaktive Strahlung undurchlässigen Kontrastfarbstoffes mit 0,9% NaCl in den folgenden Verhältnissen Farbstoff zu physiologischer Kochsalzlösung hergestellt: unverdünnter Farbstoff, 9:1, 3:1, 1:1, 1:3 und physiologische Kochsalzlösung ohne Farbstoff. Das Gallen-Infusionssystem wurde modifiziert, um Infusionen mit ungefähr 37°C zuzuführen. Der Infusionskatheter wurde durch eine 3/8''-Silikonschlauchlänge geführt, die kontinuierlich mit 39°C warmem Wasser perfundiert wurde. Die Lösungen wurden auf 39°C vorerwärmt und unmittelbar vor Gebrauch aufgezogen. Die Zeit, die für die Sicherung des Katheters innerhalb des Gallenblasenlumens erforderlich war, führte zu einem Abfall um ungefähr 2°C in der Temperatur, gemessen an der Katheterspitze. Die Fluidviskosität wurde unter Verwendung eines Ostwald-Kapillarviskometers bei 22 und 37°C bestimmt.
Wenn die Infusionsviskosität erhöht wurde, war der Gallen-Innendruck in gleicher Weise erhöht. Der in 10A dargestellte Graph stellt das zeitliche Muster der Gallen-Innendruckveränderungen bei unterschiedlichen Infusionsviskositäten dar. Der Effekt der Viskosität auf den Gallen-Innendruck wurde deutlicher in späteren Stadien der Infusion. Im Anschluß an 11,5 Sekunden Infusion (240 μl; 16 μl/Sekunde) war der Gallen-Innendruck signifikant höher bei der Infusion mit höherer Viskosität (27,1 ± 2,7 mm Hg bei einer Infusionsviskosität von 0,0070 g/cm·s gegen 56,8 mm Hg ± 8,8 mm Hg bei einer Infusionsviskosität von 0,0642 g/cm·s; p < 0,05). Die Beziehung zwischen Fluidviskosität und intraluminalem Gallen-Druck hielt über einen Bereich von Infusiongeschwindigkeiten und -volumina, war aber zunehmend deutlich bei größeren Volumina und schnelleren Geschwindigkeiten der Infusion (10B). 10C ist eine lineare Regressionsanalyse des Peak-Gallen-Innendrucks als einer Funktion der Infusionsviskosität bei zwei unterschiedlichen Infusionstemperaturen. Der Gallen-Innendruck war abhängig von der Infusionsviskosität bei sowohl 22 als auch 37°C (Korrelationskoeffizienten: 22°C, r = 0,82; 37°C, r = 0,74). Obgleich Infusionen mit höherer Viskosität dazu neigten, zu größeren Anstiegen des Drucks bei 37°C statt bei 22°C zu führen, waren die linearen Regressionslinien, die in 10C dargestellt sind, nicht signifikant verschieden (p > 0,05). Wiederholungsinfusionen mit Lösungen mit unterschiedlichen Viskositäten (Daten nicht dargestellt) folgten demselben Muster, wie bei Infusionen mit physiologischer Kochsalzlösung zu sehen war, d.h. Wiederholungsinfusion führten zu signifikant niedrigeren Peakdruckveränderungen, als durch die anfängliche Infusion erzeugt wurden.
BEISPIEL 2
Studien mit für radioaktive Strahlung undurchlässigem Tracer
Ein silastischer Katheter wurde in der Gallenblase platziert, wie oben beschrieben. Gerade (1 mm × 3 mm) oder gebogene (1 mm × 5 mm) Kleinert-Kutz-Mikrogefäßclips (MVC; Pilling-Weck, Research Triangle, North Carolina) wurde dann rostral zur Verbindung des oberen Pankreasganges mit dem Hauptgallengang platziert, um das Leber-Gallen-System in ein geschlossenes Drucksystem zu verwandeln. Infusionen wurden wie in Beispiel 1 verabreicht, und die Mirkogefäßclip-Okklusion bewirkte, daß die Infusion sich retrograd in den Lebergang hinein bewegte und dann in die kleineren Lebergänge und -duktuli. Am Ende der Verabreichungsperiode (Infusion plus Verweilzeit) wurde der Clip entfernt und der Cholezystotomie-Katheter wurde herausgezogen.
Um den Einfluß venöser Leberdrainage auf die Verteilung von für radioaktive Strahlung undurchlässigem Farbstoff und Adenovirus im Anschluß an retrograde Gallen-Infusion zu evaluieren, wurde die suprahepatische untere Vena cava temporär für 5 bis 10 Minuten mit einem gebogenen Mikrogefäßclip auf einem Niveau unmittelbar zephalad zur Leber und kaudal zum postcavalen Foramen des Diaphragmas okkludiert. Digitale fluoroskopische Studien wurden mit Renograffin und einem Röntgenabbildungssystem OEC Series 9400 (OEC Diasonics, Salt Lake City) durchgeführt.
Bei einigen Tieren wurde Renograffin schnell retrograd infundiert, und digitale Fluoroskopie wurde eingesetzt, um zu bestimmen, ob, und wann, Farbstoff in den systemischen Kreislauf eintrat. Digitale Bilder, aufgenommen mit 30 Frames pro Sekunde, zeigten das schnelle Auftauchen von Farbstoff im systemischen Kreislauf. Farbstoff schien die suprahepatische untere Vena cava hinaufzuwandern, bevor sie im Herzen zu sehen war. Temporäre Obstruktion der suprahepatischen IVC verhinderte systemische Verteilung während und nach retrograder Hochdruck-Gallen-Infusion. Demgemäß schien für retrograde Hochdruck-Gallen- Infusion von für radioaktive Strahlung undurchlässigem Farbstoff, obgleich ein gewisses Ausmaß an lyphatischer Drainage möglicherweise eingetreten war, primär zur systemischer Zuführung von Infusat über venöse Leberdrainage zu führen.
Gleichzeitige Messung des Gallen-Innendrucks während der digitalen fluoroskopischen Aufzeichnung retrograder Gallen-Infusion zeigte, daß für radioaktive Strahlung undurchlässiger Farbstoff im systemischen Kreislauf erschien, wenn der Gallen-Innendruck schnell anstieg. Bei einer Infusionsgeschwindigkeit von 8 μl/Sekunde begann der Druck nach zwei Sekunden, oder nachdem 16 μl Farbstoff infundiert worden waren, anzusteigen. Farbstoff begann in den Lungen nach drei Sekunden, oder nachdem 24 μl infundiert worden waren, sichtbar zu werden. Dieses anfängliche systemische Erscheinen des Tracers weist daher darauf hin, daß der nach zwei Sekunden bei dieser Infusionsgeschwindigkeit erreichte Druck ein Druck ist, bei dem subepitheliale Zuführung des Farbstoffes eingetreten ist, und stellt ein Druckniveau dar, unterhalb dessen dieses Infusat (bei dieser Durchflußgeschwindigkeit) verabreicht werden sollte, wenn nur epitheliale Verabreichung erwünscht ist.
Die Intensität des Farbstoffes in der Leber stieg weiter an, sogar nachdem systemische Verteilung zuerst nachgewiesen war. Nach 5 Sekunden (40 μl) wurde der Farbstoff in der unteren Vena cava ausgeprägter. Nach sechs Sekunden (48 μl) wurde Peakdruck erreicht und der Farbstoff war in sowohl der Leber, der unteren Vena cava als auch den Lungen viel deutlicher. Dieser Peakdruck stellte daher ein weiteren Schwellenwert dar, bei dem vorzugsweise subepitheliale Zuführung erreicht wurde, d.h. ein Druck, der in einer Situation verwendet werden könnte, bei dem im wesentlichen nur subepitheliale Zuführung erwünscht ist. Digitale Subtraktionsfluoroskopie wurde eingesetzt, um die Leberverteilung von Farbstoff im Anschluß an Wiederholungsinfusionen beim selben Tier zu vergleichen. Mit jeder neuen Infusion wurde Leberparenchym früher und bei einem niedrigeren Druck gefüllt (Daten nicht gezeigt). Daher kann bevorzugte subepitheliale Zuführung im Anschluß an anfängliche Infusion verstärkt werden.
Das Erscheinen von beträchtlichem Farbstoff im systemischen Gefäßkreislauf ist ein Anzeichen dafür, daß der Druck im Leber-Gallen-System ein Niveau überschritten hat, bei dem primäre oder im wesentlichen ausschließlich apikale epitheliale Zuführung eintreten wird. Daher ist, nachdem Tracer im systemischen Gefäßsystem erscheint, subepitheliale Zuführung des Tracers in der Leber aufgetreten. Dieser Test kann verwendet werden, um Infusat-Drücke oder -Volumina, unter dem Peakdruck, vorherzusagen, wo systemische (statt lokaler) Verabreichung eintritt.
BEISPIEL 3
Latex-Mikrokügelchen als Modell für Vektorzuführung
Um sowohl die digitalen fluoroskopischen Studien zu erhärten als auch die Verteilung von Infusat histologisch zu evaluieren, wurden fluoreszierende Latex-Mikrokügelchen mit einem Durchmesser von 100 nm und 200 nm durch retrograde Gallen-Infusion verabreicht. Kügelchen mit diesem Durchmesser wurden ausgewählt, da sie nahe am Durchmesser von adenoviralen (80 nm) und liposomalen (200–500 nm) Vektoren liegen. Gelbgrüne (400 nm Peakanregungswellenlänge) Carboxylat-modifizierte fluoreszierende Latex-Mikrokügelchen (Molecular Probes, Eugene, Oregon) wurden in 1 X PBS verdünnt und vor Gebrauch ausgiebig beschallt. Die Kügelchenkonzentration wurde konstant bei 1 × 10¹¹ Kügelchen pro Tier gehalten, obgleich das Volumen und die Geschwindigkeit der Infusion zwischen Tieren varriert wurden. Im Anschluß an Beendigung der Infusion wurden frische gefrorene Schnitte aus der Leber und Lunge hergestellt und unter Fluoreszenzmikroskopie evaluiert. Um histologische Details vollständiger zu visualisieren, wurde einige Objektträger mit Evans-B1au (0,05% für 20 Sekunden) angefärbt, das bei einer Anregungswellenlänge von 580 nm rot erscheint. Da der Porendurchmesser der festen Verbindungen kleiner ist als 18 D im Durchmesser, können diese Latex-Kügelchen außerhalb des Gallen-Baumes in Abwesenheit von entweder (a) physikalischem Aufbrechen der Integrität der Barriere aus festen Verbindungen oder (b) Transzytose über Hepatozyten und/oder Gallen-Epithelzellen hinweg nicht hindurchgehen.
Bei retrograder Gallen-Infusion von 100 nm-Kügelchen mit einer niedrigen Infusionsgeschwindigkeit (1 × 10¹¹ Kügelchen in 80 μl Infusionsvolumen, infundiert mit einer Geschwindigkeit von 0,66 μl/Sekunde) wurden Kügelchen überall in den azinösen Zonen 1 bis 3 gefunden. Kügelchen wurden in periportalen Gallen-Gängen und -Canaliculi lokalisiert sowie in Canaliculi und Leber-Sinusoiden benachbart zu zentralen Venen. Diese Befunde zeigen, daß, bei dieser niedrigen Infusionsgeschwindigkeit und diesem niedrigem Druck, primär lokalisierte epitheliale und periduktuläre Zuführung auftrat, ohne wesentliche systemische Verabreichung.
Ein Vergleich der Verteilung, nachgewiesen im Anschluß an retrograde Gallen-Infusion unterschiedlicher Infusionsvolumina (Infusionsvolumina von 20, 80 und 240 μl; Infusionszeit jeweils 30 Sekunden). Bei dem größten infundierten Volumen waren sehr wenige Kügelchen in der Leber zu finden und die Nachgewiesenen wurden nahe an oder in zentralen Venülen gefunden. Sowohl 100 nm- als auch 200 nm-Kügelchen wurden im Lungenparenchym im Anschluß an retrograde Hochdruck-Gallen-Infusion gefunden. Diese Befunde sind konsistent mit den digitalen fluoroskopischen Studien und zeigen, daß retrograde Hochdruck-Gallen-Infusion zur Verteilung von Latex-Mikrokügelchen mit einem Durchmesser von 100–200 nm in Lebersinusoiden und anschließend systemisch führt.
Die Verteilung von Mikrokügelchen ist daher ein weiterer Test, der verwendet werden kann, um einen Druck oder ein Volumen auszuwählen, bei einer ausgewählten Infusatgeschwindigkeit und -viskosität, bei der entweder primär epitheliale oder subepitheliale Zuführung eintreten wird, in einer bestimmten Spezies, einem bestimmten Organ oder Individuum. Die Ergebnisse von solchen Tests (oder Computer- oder anderer Modellierung davon) können dann verwendet werden, um Infusatparameter in anschließenden Individuen auszuwählen.
BEISPIEL 4
Herstellung von adenoviralem Vektor und Transfer-Evaluation
Av1LacZ4 ist ein Replikations-defizitärer, Ela-deletierter, rekombinanter Adenovirus (menschlich, Typ 5), der ein rekombinantes nukleäres angezieltes E. coli-β-Galactosidase-Gen unter der Kontrolle eines Rous-Sarcoma-Virus(RSV)-Promotors exprimiert. Das Virus kann hergestellt und titriert werden, wie zuvor beschrieben in Mittereder et al., J. Virol. 70:7498–7509, 1996, der hierin durch Bezugnahme miteinbezogen ist. Frisch entfernte Gewebe wurden in 10% neutralem gepufferten Formalin für wenigstens sechs Stunden fixiert und dann in Paraffin eingebettet und titriert, wie zuvor in Mittereder et al. beschrieben. Immunohistochemischer Nachweis von β-Galactosidase-Protein wurde unter Verwendung einer modifizierten Avidin-Biotin-Komplex-Technik durchgeführt. Primärer Antikörper war Kaninchen-IgG-anti-β-Galactosidase-Antikörper oder Negativkontroll-Kaninchen-IgG-Antikörper (Cortex Biochem). Sekundärer Antikörper war Ziegen-IgG-anti-Kaninchen-IgG-Antikörper. Der Nachweis erfolgte mit Avidin-Biotin-Komplex und DAB Chromagen. Objektträger wurden mit Hämatoxylin (Biomeda) gegengefärbt.
Niveaus des Gentransfers eine Woche im Anschluß an intravenöse und retrograde Gallen-Infusion wurden evaluiert durch Bestimmung des Prozentanteils an immunohistochemisch positiven Hepatozyten- und Cholangiozyten-Kernen, beobachtet in sechs statistischen 200 X-Feldern. Niveaus des Gentransfers drei Tage im Anschluß an intravenöse und retragrader Gallen-Infusion wurden evaluiert durch Zählen des Prozentanteils von immunhistochemisch positiven Kernen, beobachtet in vier statistischen 400 X-Feldern. Transmissionselektronenmikroskopie wurde an Serum durchgeführt, das durch Herzpunktion fünfzehn Minuten im Anschluß an retrograde Hochdruck-Gallen-Infusion erhalten wurde. Teilchen mit einem Durchmesser von 80 nm und einer für Adenovirus charakteristischen Morphologie waren in niedriger Konzentration vorhanden (Daten nicht gezeigt).
Temporäre Obstruktion der venösen Leberdrainage führte zu Retention innerhalb der Leber von für radioaktive Strahlung undurchlässigem Farbstoff, der durch retrograde Hochdruckinfusion zugeführt worden war. In ähnlicher Weise erhöht die Interferenz mit venösem Leberrückfluß den Gentransfer. Tieren wurden 6 × 10⁸ biologische Plaque bildende Einheiten von β-Gal-Adenovirus intravenös durch retrograde Gallen-Infusion unter sehr hohem Druck (240 μl, 2 μl/Sekunde) mit oder ohne temporäre Lebervenen-Obstruktion für 5 Minuten oder 10 Minuten verabreicht. Lebern wurden eine Woche im Anschluß an die Vektorverabreichung entnommen und durch Immunhistochemie für Nachweis von Gentransfer evaluiert. Eine Woche im Anschluß an intravenöse Verabreichung wurde kein Gentransfer in der Leber nachgewiesen. Dies ist konsistent mit der verwendeten niedrigen Adenovirus-Dosierung und dem späten Zeitpunkt, der für die Evaluation für den Nachweis von Gentransfer verwendet wurde. Positive Hepatozyten und Cholangiozyten wurden jedoch eine Woche im Anschluß an retrograde Hochdruck-Gallen-Infusion einer identischen Dosierung von Adenovirus nachgewiesen, was die relative Wirksamkeit fokaler Zuführung, verglichen mit systemischer Verabreichung, zeigt.
Der Prozentanteil der Hepatozyten und Cholangiozyten mit positiven Kernen wurde durch temporäre Okklusion der suprahepatischen unteren Vena cava erhöht (11), daher kann temporäre Okklusion des venösen Ausflusses aus der Leber verwendet werden, um organspezifische Zuführung von Gentransfer zu verbessern (zum Beispiel Verdoppeln oder Verdreifachen der bevorzugten Zuführung zu Cholangiozyten, verglichen mit Hepatozyten, wie gezeigt in 11). Selektive Cholangiozyten-Zuführung konnte verstärkt werden durch Erhöhen der Dauer der temporären Okklusion des venösen Rückflusses aus der Leber. Der größte Anstieg im Gentransfer trat in Gallen-Epithelzellen nahe portaler Triaden ein. Positive Hepatozyten wurden ebenfalls in einer primäre periportalen Verteilung im Anschluß an Okklusion der unteren Vena Cava, kombiniert mit retrograder Gallen-Infusion, gefunden. In einigen Tiere wurde die suprahepatische untere Vena cava eine Woche nach retrograder Hochdruckinfusion von β-Gal-Adenovirus entnommen und durch Immunhistochemie evaluiert. Gentransfer wurde in Endothelzellen aus suprahepatischen Vena cavas nachgewiesen, die aus Tieren entnommen worden waren, die retrograde Hochdruck-Gallen- Infusion, kombiniert mit Okklusion der suprahepatischen unteren Vena cava, durchliefen. Dies weist darauf hin, daß retrograde Hochdruckinfusion zur Zirkulation von Adenovirus in die Vena cava hinein führte.
Um zu bestimmen, ob Gentransfer bei niedrigeren Zuführungsdrücken eintrat, wurde β-Gal-Adenovirus Tieren durch retrograde Gallen-Infusion unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Infusionsparametern verabreicht (80 μl; 0,66 μl/Sekunde (n = 4) gegen 0,066 μl/Sekunde (n = 5)). Wie zuvor in 8B gezeigt, erzeugte die Infusion von 0,9% NaCl unter diesen selben Bedingungen deutlich unterschiedliche Gallen-Innendruckkurven und -Peakdrücke. Infusion mit 0,66 μl/Sekunde führte zu einem signifikanten Anstieg des Gallen-Innendrucks (p < 0,05), während Infusion mit 0,06 μl/Sekunde nur zu einem nicht-signifikanten Anstieg des Drucks führte. 12 zeigt einen detaillierteren Vergleich der Druckveränderung als einer Funktion des Volumens, infundiert für 80 μl, infundiert mit 0,066 μl/Sekunde und 0,66 μl/Sekunde. Die Druck-Volumen-Kurven unterscheiden sich früh und bleiben für einen Großteil der Infusion verschieden.
Für Tiere, die β-Gal-Adenovirus durch retrograde Gallen-Infusion erhielten, wurde die Gesamtzeit der Okklusion des Hauptgallenganges konstant bei 25 Minuten für Kontaktzeit mit Cholangiozyten gehalten. Zum Vergleich erhielt eine zusätzliche Gruppe von Tieren intravenösen β-Gal-Adenovirus. Gewebe wurden drei Tage im Anschluß an die Virusverabreichung entnommen und auf Nachweis des Gentransfers durch β-Galactosidase-Immunhistochemie evaluiert. Die drei experimentellen Gruppen hatten deutlich unterschiedliche histologische Muster des Gentransfers. 13 ist ein Histogramm, das die Muster des Gentransfers zusammenfaßt, das durch β-Galactosidase-Immunhistochemie drei Tage im Anschluß an die Verabreichung von 3 × 10⁹ bpfu β-Gal-Adenovirus beobachtet wurde.
Intrevanöse Verabreichung (n = 4) führte zu einem vollständig sinusoidalen Muster des Gentransfers: 28,2 ± 5,0 Prozent Hepatozyten waren positiv auf Gentransfer, während keine Cholangiozyten positiv waren. Das Niveau des Gentransfers war signifikant (p < 0,05), wenn verglichen mit Vehikelinfusion (n = 6). Die Gruppe mit retrograder Gallen-Infusion bei höherem Druck (80 μl, 0,66 μl/Sekunde, n = 3) zeigte ein gemischtes Muster aus sowohl Cholangiozyten- (32,2 ± 7,3 Prozent positiv, p < 0,05) und Hepatozyten-Gentransfer (16,1 ± 1,0 Prozent positiv, p < 0,05). Die Gruppe mit dem niedrigsten Infusionsdruck (80 μl, 0,066 μl/Sekunde, n = 4) zeigte Gentransfer fast ausschließlich in Cholangiozyten (53,4 ± 4,5 Prozent positiv, p < 0,05) mit nur einem sehr niedrigen, nicht-signifikanten Prozentanteil von Hepatozyten, die positiv auf Gentransfer waren (1,9 ± 1,0 Prozent positiv, p = 0.05). Diese Ergebnisse zeigen, daß Cholangiozyten-selektiver Gentransfer durch Verringerung des Gallen-Innendrucks und dadurch Senken der Leckage von Infusat während retrograder Gallen-Verabreichung auftrat. Verringerte Leckage könnte auch erhöhten Cholangiozyten-Gentransfer durch Verlängerung der Zeit haben, die der Virus mit diesem Zelltyp in Kontakt war.
Diese Befunde zeigen, daß retrograde Gallen-Infusion über ein kritisches Füllvolumen/-druck hinaus zu Wiederverteilung von Infusat durch die Leber-Sinusoide mit anschließender venöser Leberdrainage und systemischer Gefäßverteilung des Infusats fuhrt. Die sehr niedrigen Infusionsgeschwindigkeiten (und -drücke) führten die Gene viel effizienter zu den Epithelzellen zu, bis zum wesentlichen Ausschluß subepithelialer Zuführung. Wie in 13 gezeigt, führte Zuführung bei der höheren Geschwindigkeit/Druck (0,66 μl/Sekunde) zur bevorzugten Zuführung zu den Cholangiozyten, aber nur in einem Verhältnis von etwa 2:1 Cholangiozyten zu Hepatozyten. Zuführung bei der niedrigeren Geschwindigkeit/Druck (0,06 μl/Sekunde) lieferte jedoch bevorzugte Zuführung zu Cholangiozyten, in einem Verhältnis von etwa 10:1 oder mehr Cholangiozyten zu Hepatozyten.
Gallen-Innendruckveränderungen waren abhängig von Infusionsvolumen, -geschwindigkeit und -viskosität, und die Druckkurven für jede Substanz können gemäß den Beispielen in dieser Beschreibung erstellt werden. Digitale fluoroskopische Evaluation liefert detaillierte Informationen über den Druck, bei dem der Gallen-Baum bis zum Punkt systemischer Leckage gefüllt wird. Zuführung von Infusat unter Bedingungen, die zu relativ niedrigen Gallen-Innendrücken führen, führt zu einer primäre periduktulären und canaliculären Verteilung von Mitteln, wie etwa die 100 nm- und 200 nm-Latex-Mikrokügelchen oder adenoviralen Vektoren. Im Gegensatz dazu führt retrograde Gallen-Infusion unter Bedingungen, die zu signifikanten Erhöhungen des Gallen-Innendrucks führen, zu einer sinusoidalen Verteilung infudierter Mikrokügelchen und einem gemischten Muster von Cholangiozyten- und Hepatozyten-Gentransfer.
Die histologischen Muster der Mikrokügelchen-Verteilung und des Gentransfers, die bei unterschiedlichen Infusionsvolumina und -geschwindigkeiten beobachtet werden, zeigen, daß feste Verbindungen, die bei der akuten Freisetzung von überschüssigem intraluminalen Volumen/Druck involviert waren, zwischen benachbarten Cholangiozyten auf dem Niveau von entweder kleinen Gallengängen und/oder den festen Verbindungen zwischen benachbarten Hepatozyten auf dem Niveau von Gallen-Canaliculi lokalisiert waren. 14 zeigt schematisch die potentiellen Wege, die von einer retrograden Hochdruck-Gallen-Infusion genommen werden können. Aufbrechen fester Verbindungen auf dem Niveau von Gallengängen, denen eine Lamina propria fehlt (d.h. kleineren Gängen), würde zur Leckage von retrogradem Gallen-Infusat in subepitheliale Räume führen, wo es durch Gefäßkapillaren drainiert würde, was letztendlich zu einer sinusoidalen Wiederverteilung des Infusats führen würde. Aufbrechen fester Verbindungen auf dem Niveau der Gallen-Canaliculi würde zur Leckage in den Disse'schen Raum (ihren. Infusat würde dann entweder in lymphatische Kapillaren drainiert werden, die benachbart zu diesem Raum liegen, aber jenseits der begrenzenden Platte angeordnet sind, oder würden durch Fenestrae in den vaskulären (sinusoidalen) Raum hinein wandern. Durchgang von Molekülen, die im Durchmesser größer als 100 nm sind, in den sinusoidalen Raum würde ein Aufbrechen von Fenestrae erfordern. Die 200 nm-Mikrokügelchen hatten ein ähnliches sinusoidales Verteilungsmuster im Anschluß an retrograde Gallen-Infusion wie dasjenige, das mit 100 nm-Mikrokügelchen erhalten wird. Demgemäß könnte retrograde Hochdruck-Gallen-Infusion Fenestrae auch in einer Art und Weise aufbrechen, die analog ist zu was zuvor als im Anschluß an Hochdruck-Gefäßperfusion auftretend gezeigt worden ist.
Durch Messen der Gallen-Innenvolumen/-druck-Kapazität (Veränderung des Drucks mit Veränderung des Volumens) und Bestimmung der Volumen/Druck-Schwellenwerte für das Aufbrechen von festen Verbindungen ist es möglich, Gallen-Innenverabreichungsparameter zu verwenden, die lokale Zuführung maximieren und zu nur minimaler (oder im wesentlichen keiner) systemischen Verteilung von Infusat führen (zum Beispiel eine Zuführung lokal zu systemisch von wenigstens 2:1, 3:1, 5:1, 10:1 oder sogar mehr). Diese spezifische Zuführung kann unter Verwendung einer Vielzahl einer Vielzahl von Ansätzen erreicht werden. Da Wiederholungsinfusionen darin versagen, denselben Peakdruck wie die anfängliche Infusion zu erreichen, könnte auf eine anfängliche Infusion, die spezifisch konzipiert ist, um den Druckschwellenwert für das Aufbrechen der festen Verbindungen zu messen, eine zweite Infusion folgen, die verwendet würde, um zu messen, bei welchem Volumen/Druck Infusat über aufgebrochene Verbindungen hinweg austritt (unter Verwendung von Studien mit radiographischen Tracern und histologischer Untersuchung von Geweben, wie oben beschrieben). Das therapeutische Mittel würde dann unter Verwendung eines Volumens/Drucks unterhalb dieses Leckage-Schwellenwertes zugeführt werden. Jede Infusion sollte dieselbe Fluidviskosität aufweisen und das therapeutische Molekül idealerweise nur minimale Diffusion durch geöffnete feste Verbindungen zeigen. Alternativ könnten Kapazitäts- und Aufbruch/Leckage-Schwellenwerte bestimmt und das therapeutische Mittel bei Unteraufbruchsdrücken verabreicht werden, nachdem die Reparatur der festen Verbindungen eingetreten ist (zum Beispiel nachdem ein paar Stunden vergangen sind, um zu ermöglichen, daß die festen Verbindungen wiederhergestellt werden).
Katheter oder andere Vorrichtungen machen es möglich, restliches, nicht-absorbiertes Infusat im Anschluß an eine definierte Kontaktperiode mit angezielten Zellen zu entfernen. Fokale Niederdruck-Zuführung, in Kombination mit Entfernung von nicht-absorbiertem Material, würde somit die Verwendung von therapeutisch nützlicheren Dosierungen von ansonsten toxischen Materialien ermöglichen, weil Entfernung des Infusats das Potential für dosisbeschränkende systemische Toxizität minimiert. Wiederholte Verabreichung kann auch entweder durch endoskopische und laparoskopische Ansätze oder alternativ durch Verabreichung aus neuartigen, implantierbaren Vorrichtungen eintreten, die episodische retrograden Gallen-Infusion nach kontrollierten (oder potentiell außerhalb des Patienten ablaufenden) Fahrplänen ermöglichen würden.
Vorherige Bestimmung der Gallen-Innenkapazität und des kritischen Druckschwellenwertes für das Aufbrechen der festen Verbindungen kann verwendet werden, um selektive Zuführung experimenteller therapeutischer Mittel zum sinusoidalen Leberraum zu ermöglichen. Retrograde Gallen-Infusion therapeutischer Mittel kann bei kontrolliertem Drücken vorgenommen werden, die spezifisch konzipiert sind, um feste Verbindungen von Gallen-Gängen und/oder -Canaliculi aufzubrechen und Leckage zu verursachen. Dieses Verfahren der sinusoidalen Perfusion wäre eine Alternative zu portaler venöser und hepatischer arterieller Katheterisierung. Von Methoden auf Konvektionsbasis (d.h. mit Druckgradienten) der Arzneistoffzuführung ist bereits berichtet worden, daß sie die effektive Zuführung von relativ nicht-diffundierbaren Mitteln im Anschluß an Richtungsinjektion in das Hirnparenchym erhöhen. In ähnlicher Weise liefert Zuführung auf Konvektionsbasis zum Leberparenchym durch einen nicht-vaskulären Verabreichungsweg (z.B. retrograde Gallen-Infusion) ein Verfahren zur Maximierung der Zuführung zu schlecht vaskularisierten Bereichen von erkranktem Gewebe innerhalb des Leberparenchyms.
Polarisierte Epithelia, die durch feste Verbindungen getrennt sind, findet man bei der Auskleidung duktulärer Strukturen in vielen Organen. Erkrankungen dieser Zellen sind wichtige Gründe für menschliche Morbidität und Mortalität. Demgemäß ist die Verabreichung therapeutischer Mittel durch duktuläre Strukturen unter Verwendung druckkontrollierter intraluminaler Zuführung für sowohl Leber-Gallen- als auch Nicht-Leber-Gallen-Gewebeziele und -erkrankungen relevant. Beispiele für Erkrankungen, die durch duktuläre Verabreichung therapeutischer Mittel behandelt werden können, schließen Erkrankungen der Gallen-Epithelia (Mukoviszidose, Autoimmuncholangiopathien und opportunistische infektiöse Erkrankungen, die mit AIDS assoziiert sind); Erkrankungen, wie etwa Zirrhose, die mit Leberfibrose assoziiert sind; Erkrankungen der Speichel- oder Ohrspeicheldrüse; und eine Vielzahl von Malignitäten, zum Beispiel Pankreasadenokarzinome, die schlecht vaskularisiert sind und auf herkömmliche Behandlungsmethoden nicht gut ansprechen. Das vorliegende Verfahren kann auch für die Zuführung von Mitteln zu anderen Hohlorganen angepaßt werden, wie etwa die selektive Zuführung entzündungshemmender Mittel zur Darmwand bei Erkrankungen des Darms (wie etwa Crohn-Krankheit, bei der lokale Verabreichung von Corticosteroiden oder anderen entzündungshemmenden Arzneistoffen gewünscht sein könnte). Selektive Zuführung im Darm (oder irgendeinem anderen Hohlorgan) kann durch Isolieren eines Segments des Hohlorgans (zum Beispiel zwischen ersten und zweiten aufblasbaren Ballons) erreicht werden, um denjenigen Teil des Hohlorgans in ein unter Druck setzbares Segment zu verwandeln, in das das Infusat mit einem ausgewählten Druck/Volumen/Durchflußgeschwindigkeit eingeführt werden kann.
BEISPIEL 5
Zuführungsvorrichtungen
Die vorliegende Erfindung schließt auch eine Vielzahl von Zuführungsvorrichtungen zur Verabreichung von Substanzen unter sorgfältig kontrollierten Druckbedingungen ein, die zell- und anatomische ortsspezifische Zuführung erlauben. Eine Ausführungsform einer solchen Vorrichtung ist in 15 dargestellt, die eine Gallen-Baum-Zugangskanüle 80 veranschaulicht, die einen länglichen röhrenförmigen Körper 82 einschließt, der ein zentrales Lumen 84 definiert. Erste und zweite aufblasbare Ballons 86, 88 umschreiben Körper 82 und sind mit einem ausreichenden Abstand voneinander angeordnet, um zu ermöglichen, daß die Ballons gegen die Innen- und Außenwände der Gallenblase anliegen, wenn die Ballons aufgeblasen sind. Wenn die Ballons 86, 88 abgelassen werden, liegen sie eng an der Außenfläche des Katheters an und behindern die Einführung des Katheters durch chirurgische Öffnungen nicht.
Kleine Öffnungen 90, 92, 94, 96 sind in der flachen distalen Ringfläche von Kanüle 80 vorgesehen, und jede dieser Öffnungen kommuniziert mit einem entsprechenden Durchlaß in der Wand der Kanüle 80, der seinerseits mit einer Drainageleitung 98 an einem proximaleren Abschnitt der Kanüle 80 kommuniziert. Aufblaszugänge 100 und 102 sind ebenfalls am proximalen Ende der Kanüle vorgesehen, die jeweils mit den Ballons 86, 88 zum Aufblasen und Ablassen dieser Ballons kommunizieren. Ein starrer Trokar 104 mit einer scharfen Schneidspitze 106 und einem stumpfen Griffende 108 besitzt ausreichende Abmessungen, um innerhalb von Lumen 84 von Kanüle 80 zu gleiten.
Um die Zuführungsvorrichtung zu verwenden, wird Trokar 104 in das Lumen 84 von Kanüle 80 eingeschoben, wie dargestellt in 16. Nach Erreichen von chirurgischem Zugang zur Bauchhöhle (zum Beispiel durch einen laparoskopischen oder Mittellinien-Einschnitt) wird die scharfe Spitze 106 von Trokar 104 verwendet, um Kanüle 80 durch die Wand der Gallenblase 40 einzuführen. Nach Penetration wird Kanüle 80 dann vorgeschoben, bis der erste Ballon 86 (in seinem abgelassenen Zustand) in das Innere der Gallenblase 40 eingetreten ist, aber der Vorschub wird gestoppt, bevor der zweite Ballon 88 (in seinem abgelassenen Zustand) in die Gallenblase eintritt. Der erste Ballon 86 wird dann durch Einführen von Druckfluid (wie etwa Luft) durch Zugang 100 aufgeblasen, so daß Ballon 86 sich aufweitet und an der Innenfläche der Gallenblase 40 anliegt und die Kanüle in der gewünschten Position stabilisiert. Galle wird dann aus der Gallenblase durch Drainageleitung 98 entfernt, die die Galle durch Öffnungen 90–96 abzieht, die sich auf der distalen Fläche von Kanüle 80 öffnen.
Trokar 104 wird dann aus Kanüle 80 entfernt (17A), und der zweite Ballon 88 wird auf der Außenfläche von Gallenblase 40 aufgeblasen, so daß die zwei Ballons 86, 88 helfen, die Kanüle in ihrer gewünschten Position, die in 17 dargestellt ist, zu halten. Alternativ kann, wie dargestellt in 17C, eine Silikon-Unterlegscheibe 110 über das proximale Ende von Kanüle 80 geschoben und auf der Außenfläche von Gallenblase 40 angeordnet werden, um die Öffnung in der Gallenblase herum, durch sich die Kanüle erstreckt, um weiter eine relativ atraumatische Druckdichtung bereitzustellen. Nachdem die Kanüle 80 positioniert und die Ballons aufgeblasen sind, kann eine Kappe auf dem proximalen Ende aufgesetzt werden, um selektiv Zugang zur darinliegenden Kanüle zu ermöglichen. Die dargestellte Kappe 112 ist eine Schraubkappe, mit Schraubgewinde 114, das mit einem Innenschraubgewinde (nicht dargestellt) am proximalen Lumen der Kanüle zusammenpaßt. Kappe 112 ist selektiv entfernbar (zum Beispiel durch Abschrauben derselben) und/oder kann penetrierbar sein (zum Beispiel durch eine Nadel).
Wenn Zugang zur Gallenblase gewünscht ist, wird Kappe 112 entfernt und ein länglicher, flexibler Katheter 120 mit mehreren Lumina wird durch Kanüle 80 eingeführt. Katheter 120 weist einen aufblasbaren Ballon 122 (19), benachbart zu seiner distalen Spitze 124, auf, und der Katheter wird durch Kanüle 80 vorgeschoben, bis die distale Spitze im Gallenblasenausführungsgang positioniert ist, in einer Position, daß der aufblasbare Ballon den Gallenblasenausführungsgang 42 okkludieren kann, um eine im wesentliche verschlossene Kammer innerhalb der Gallenblase zu schaffen, wie dargestellt in 19.
Eine Ausführungsform der Struktur des Katheters 120 ist in der vergrößerten Ansicht von 20A dargestellt, die vier zentrale Lumenquadranten 126, 127, 128, 129 und zwei äußere konzentrische Lumina 136, 137 einschließt. Das äußerste konzentrische Lumen 136 kommuniziert mit dem Äußeren des Katheters 120 durch Öffnungen 130. Die anderen Lumina des Katheters 120 kommunizieren mit dem Äußeren des Katheters über Öffnungen 131–135.
Die verschiedenen Lumina können für unterschiedliche Zwecke verwendet werden. Ein oder zwei der Lumina können zum Beispiel zum Erfassen des Drucks innerhalb der Gallenblase und/oder innerhalb des Leber-Gallen-Systems verwendet werden; ein weiteres der Lumina kann zum Einführen und ein anderes zum Abziehen einer therapeutischen Infusion verwendet werden. Ein weiteres Lumen kann zum Einführen und ein weiteres zum Abziehen von Spülfluid verwendet werden.
Als ein alternatives Katheterdesign können die mehreren Lumina alle konzentrische Konfiguration aufweisen (21). Als eine alternative Öffnungsanordnung, dargestellt in
22, kann ein Katheter, wie etwa derjenige mit der Spitze von 20B oder 21, mit einer Reihe von Öffnungen versehen sein, die in separaten Ringbändern angeordnet sind. Ein erstes Band 140 kommuniziert mit einem ersten und zentralen Lumen, das verwendet werden kann, um Spülfluid durch den Katheter in die Gallenblase einzuführen. Ein zweites Band 144 kommuniziert mit einem zweiten Lumen, konzentrisch mit dem ersten, das zur Entfernung von Spülfluid durch den Katheter verwendet werden kann. Ein drittes Band 148 kommuniziert mit einem dritten konzentrischen Lumen und kann zum Einführen von Arzneistoff/Vektor in den Katheter mit der vorgewählten Durchflußgeschwindigkeit/Druck verwendet werden, und ein viertes Band 152 kommuniziert mit einem vierten konzentrischen Lumen zum Abziehen vom Vektor aus der Gallenblase, nachdem er für den gewünschten Zeitraum bei einem vorgewählten Druck in Kontakt mit den geeigneten Zellen gestanden hat.
In Kathetern zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung können Lumina mit dem Katheteräußeren entweder proximal oder distal des Ballons 122 kommunizieren, abhängig von der Lokalisierung des Raumes, zu dem sich Zugang verschafft werden soll. Katheter mit zwei oder sogar einem einzigen Lumen können ebenfalls eingesetzt werden, wobei ein einziges Lumen mehreren Funktionen dient, aber ein Katheter mit einem eingebauten Druckmeßwertwandler an oder nahe der Spitze oder ein Katheter mit wenigstens zwei Lumina ist im allgemeinen bevorzugt, so daß Drucküberwachung und Infusion leicht und gleichzeitig durchgeführt werden können. Selbst ein Katheter mit einem einzigen Lumen ohne eingebauten Meßwertwandler kann potentiell eingesetzt werden, jedoch nur wenn ein empfindlicher Druckmeßwertwandler in den Infusionskreislauf einbezogen wird und wenn die Fluidströmungseigenschaften des Infusionskreislaufes derart sind, daß der Infusionsdruck an der Infusatquelle den Druck innerhalb der Gallenblase oder dem anderen Hohlorganraum genau widerspiegelt.
Natürlich sind viele andere allgemeine Katheterdesigns, die von den gegebenen Beispielen verschieden sind, den Fachleuten bekannt und können Anwendung innerhalb des Kontextes der vorliegenden Erfindung finden. Die obigen Lumenkonfigurationen werden somit nur beispielhaft und nicht zur Beschränkung vorgelegt.
23 veranschaulicht die Vielseitigkeit der Zuführungsvorrichtung, indem sie nicht nur für intraluminale Zuführung von Infusat zur Gallenblase verwendet werden kann, sondern auch ebenso in anderen Organen verwendet werden kann. Wie gut bekannt ist, bewegt sich Galle von den Leberläppchen (wie etwa Läppchen 160, 162 und 164) in einer normograden Richtung 167 durch Gallengänge 168, 170 und 172 von der Leber zum Hauptgallengang 70. 23 zeigt, daß Katheter 120 durch den Gallenblasenausführungsgang 142 in einer retrograden Richtung bis zum Lebergang vorgeschoben werden kann, bis die Spitze in einem Gallengang positioniert ist, der Galle aus einem diskreten Läppchen der Leber drainiert (wie etwa Läppchen 160). Wenn die Spitze in dieser Position ist, ist der erste Ballon in einer Position, daß er aufgeblasen werden kann, um das Leberläppchen 160 wirksam zu isolieren und es zu einem unter Druck setzbaren Hohlorganraum zu verwandeln. Auch ist ein zweiter Ballon 170 auf dem Katheter im Gallenblasenausführungsgang angeordnet, wo er Wanderung von Galle in die Gallenblase hinein verhindern kann.
Nachdem der Katheter positioniert ist, wie dargestellt in 23, kann Infusat unter Druck durch den Katheter in das Gallengangsystem von Leberläppchen 160 eingeführt werden. Der Druck kann durch eine Steuereinheit (nicht dargestellt) auf einen vorgewählten Druck (oder ein vorgewähltes Volumen) eingestellt werden, von dem festgestellt worden ist, daß er/es ortsspezifische Zuführung des Infusats zu einer gewünschten Stelle bereitstellt (wie etwa den epikalen Epithelzellen, dem periduktulären Gewebe oder dem subepithelialen/sinusoidalen Raum). In einem Fall, in dem spezifische Zuführung zu den Epithelzellen erwünscht ist, liefert ein Druckmeßwertwandler in der distalen Spitze von Katheter 120 kontinuierliche oder häufige Druckmessungen an die Drucksteuereinheit, um den Druck im duktulären System bei oder um das vorgewählte Niveau herum zu halten, das ortsspezifische Zuführung erreicht. Alternativ kann Druck über einen externen Meßwertwandler in Fließverbindung mit der Zuführungsstelle über eines der Katheterlumina gemessen werden. Für Zuführung in die Leber hinein sollte wenigstens eines, wenn nicht alle der Lumina des Katheters mit dem Äußeren des Katheters an einer Position distal des Ballons 122 (24) kommunizieren.
BEISPIEL 6
Vektortransfer zur Lamina propria der Gallenblase
Ein Doppellumenkatheter wurde chirurgisch innerhalb der Gallenblase von 20 g-Mäusen gesichert, während der Gallenblasenausführungsgäng mit einem Clip okkludiert war. Infusionen wurden unter Verwendung einer digitalen Mikroinfusionspumpe über eines der Lumina verabreicht, während Veränderungen des Gallenblasendruckes durch einen Druckmeßwertwandler über das andere Lumen gemessen wurde. Dieses System erwies sich als ziemlich empfindlich gegenüber Veränderungen des Infusionsvolumens oder der Infusionsgeschwindigkeit. Zum Beispiel führten 10 μl 0.9% NaCl, infundiert über 30 Sekunden, zu einem Druckanstieg von 3 mm Hg, während 20 μl, infundiert über 30 Sekunden, zu einem Druckanstieg von 45 mm führten (25). Gewebeelektronenmikroskopie (TEM) wurde verwendet, um den ultrastrukturellen Effekt unterschiedlicher Infusionsdrücke zu evaluieren. Bei niedrigen Drücken (wie etwa bei einem Anstieg von 3 mm Hg) schienen die festen epithelialen Verbindungen ungestört zu sein, während bei hohen Infusionsdrücken (wie etwa bei einem Druckanstieg von 45 mm Hg) feste epitheliale Verbindungen zwischen benachbarten Zellen aufgebrochen zu werden schienen (d.h. sie schienen physisch weiter als normal zu sein). Daher stellt mikrofotografische Untersuchung von festen Verbindungen noch einen weiteren Ansatz zur Auswahl von Druck/Durchfluß/Volumen-Niveaus für ortsspezifische Zuführung bereit.
Adenovirus (AV) und Adeno-assoziiertes Virus (AAV) wurden mit entweder niedrigen (80 μl/20 Minuten) oder hohen (80 μl/2 Minuten) Geschwindigkeiten/Drücken infundiert und die Gallenblasen wurden sofort entfernt und unter Verwendung von TEM untersucht. Bei niedrigen Infusionsdrücken waren virale Teilchen im Prozeß der Bindung an Villi und der Internalisierung innerhalb von intrazytoplasmatischen Vesikeln von Epithelzellen zu sehen. Bei hohen Infusionsdrücken waren virale Teilchen zusätzlich in der Lamina propria zu sehen (wie veranschaulicht in der Mikrofotografie von 26).
Um zu bestimmen, ob die Selektivität des Gentransfers auch durch Gallenblasen-Infusionsparameter beeinflußt würde, wurden äquivalente absolute Virusdosierungen von rekombinantem Adenovirus, das ein im Kern lokalisiertes LacZ-Gen exprimiert, mit niedrigen und hohen Infusionsdrücken zugeführt. Die Gewebe wurden drei Tage im Anschluß an die Infusion entfernt und unter Verwendung von Immunhistochemie auf das rekombinante β-Gal-Protein evaluiert. Ergebnisse für Zuführung von 6 × 10⁸ Plaque bildenden Einheiten von β-Galactosidase-Adenovirus waren wie folgt: Bei niedrigen Infusionsdrücken war Gentransfer auf Epithelia beschränkt (7,2% positiv). Bei hohen Infusionsdrücken wurde Gentransfer sowohl in Epithelia als auch Glattmuskelzellen in der Lamina propria nachgewiesen (7,2 bzw. 8,3 % positiv). Diese Befunde zeigen, daß Zuführung und Gentransfer zu Gallenblasen-Epithelia bei niedrigem intraluminalen Druck selektiv das Auffbrechen der Zona Occludens verhindert und das Infusion bei höherem Druck feste Verbindungen physisch aufbricht, wodurch Zuführung von Material zur Lamina propria der Gallenblase ermöglicht wird.
BEISPIEL 7
Spezifische Zuführung zu Leberläppchen
Dieses Beispiel veranschaulicht spezifische Zuführung zu Leberläppchen von Vektoren in Mäusen, unter Verwendung eines Katheters, wie dargestellt in 23. 27 zeigt, daß retrograde Gallen-Infusion von 240 μl 0,9% NaCl über 30 Sekunden zur gesamten Leber zu dramatisch niedrigerem Druck führte, als mit 240 μl 0,9% NaCl in 30 Sekunden erreicht wurde, die zu 1/3 der Leber (rechtes mediales Läppchen, rechtes laterales Läppchen, Kaudatläppchen) durch Katheterisierung und Zuführung der Flüssigkeit in den Leber-Gallen-Gang, der nur diese Läppchen der Leber versorgt, zugeführt wurden. Nachdem der Schwellendruck dieser Region der Leber bestimmt war, wurden β-Gal-Adenovirus-Gentransferverktoren zu 1/3 der Leber durch Infundieren des Adenovirus in einem Trägerstoff bei einem ausreichenden Volumen zugeführt, um den Peakdruck zu erreichen, bei dem feste Verbindungen offensichtlich aufgebrochen wurden. Selbst obgleich der duktuläre Leberdruck im Anschluß an einen anfänglichen Druckpeak (beim selben Volumendurchfluß) fiel, wurde subepithelialer Gentransfer zu Hepatozyten in den angezielten Läppchen beobachtet. Gentransfer wurde außerhalb der angezielten Läppchen nicht bemerkt.
BEISPIEL 8
DNA-Verteilung im Anschluß an retrograde Adenovirus-Gallen-Infusion bei niedrigem Druck
LacZ-Adenovirus wurde durch retrograde Gallen-Infusion aus der Gallenblase bei niedrigem Druck (80 μl Volumen; Infusionsgeschwindigkeit 0,066 μl/Sekunde) in Mäusen zugeführt. Lebergewebe aus diesen Mäusen wurde durch in-situ-Hybridiserung von DNA auf das Muster der DNA-Verteilung evaluiert, wobei festgestellt wurde, daß LacZ-DNA primär in Gallengängen lokalisiert war. Etwas DNA wurde auch in unmittelbar benachbarten periduktulären Hepatozyten nachgewiesen. Diese Verteilung entspricht der aus der Analyse der Genexpression erhaltenen Verteilung. Fokale Zuführung zu den Gallengängen und dem benachbarten periduktulären Gewebe in der azinösen Leberzone 1 ist wichtig, da es eine Reihe von wichtigen Erkrankungen gibt, die diese Stelle involvieren, einschließlich Leberfibrose.
Ein ähnliches Verteilungsmuster wurde durch Verwendung eines LacZ-Adeno-assoziierten Virus (AAV) erhalten. LacZ-DNA wurde in Gallengängen und periduktulären Hepatozyten zwei Tage im Anschluß an retrograde Gallen-Infusion bei niedrigem Druck (80 μl Volumen; Infusionsgeschwindigkeit 0,066 μl/Sekunde) gefunden. Die verabreichte Virusdosierung betrug 3 × 10¹⁰ DNAse-resistente Teilchen (DRP)/ml. Gewebe wurde durch in-situ-Hybridisierung zwei Tage im Anschluß an die Niederdruckinfusion analysiert. Gewebeimmunhistochemie fand LAcZ-Genexpression an Tag 28 in Gallengang-Cholangiozyten und benachbarten periduktulären Hepatozyten 28 Tage im Anschluß an Niederdruckinfusion von 1 × 10¹⁰ DAP von AAV.
BEISPIEL 9
Druckstudien an Kaninchen
Infusionsstudien wurden mit einem Mehrlumenkatheter mit einem Drucksensor in seiner Spitze durchgeführt. Die anderen Lumina des Katheters erlaubten Einführung und Drainage mehrerer Flüssigkeiten durch getrennte Zugänge. Infusion von 0,9% NaCl in die Kaninchen-Gallenblase, in der der Gallenblasenausführungsgang okkludiert war, führte zu charakteristischen Druckveränderungen, die sehr ähnlich waren zu denjenigen, die bei Mäuse-Gallenblasen-Infusion und retrograder Gallen-Infusion in Mäusen zu sehen ist, nämlich ein Druckanstieg, gefolgt von einem Peakdruck, dann ein variabler Abfall und ein Plateau, das während fortgesetzter Infusion mit einer im wesentlichen konstanten Infusionsgeschwindigkeit gehalten wird. Nachdem die Infusion abgebrochen worden war, fiel der Druck sofort und schnell auf die Vorinfusions-Basislinie, sogar obgleich die Okklusion des Gallenblasenausführungsganges noch aufrechterhalten wurde. Daher entwich die Flüssigkeit offensichtlich weiter durch mikroanatomische Brüche im Organ, die durch Anhebung des Gallen-Innendruckes über den Schwellendruck für mikroanatomische Brüche geschaffen worden waren.
Wie bei den Mäusestudien erzeugten Wiederholungsinfusionen niedrigere Peakdrücke als denjenigen, der mit der anfänglichen Infusion erhalten wurde. Infusion mit Material mit höherer Viskosität (Hypaque) führte zu größeren Anstiegen des Gallenblasendruckes als Infusion mit Material mit niedrigerer Viskosität unter identischen Infusionsbedingungen (d.h. identisches Volumen und identische Infusionsgeschwindigkeit). Der Druck wurde durch das Volumen der Gallenblase, das Volumen und die Geschwindigkeit der Infusion und die Viskosität des infundierten Materials bestimmt. Es war möglich, die Gallenblase zu spülen, ohne den intraluminalen Druck signifikant anzuheben, durch Verwendung von Infusionen mit niedrigem Volumen, gefolgt von Entnahmen. Die niedrigen Volumina/Drücke der Spülungen erlaubten, daß die Spülflüssigkeiten im wesentlichen ohne epitheliale oder subepitheliale Verabreichung im Lumen verblieben.
Nach Einführung eines Katheters in die Gallenblase jedes Kaninchens und Okklusion des Gallenblasenausführungsganges wurden niedrigvolumige Spülungen der Gallenblase mit sehr niedrigvolumigen Spülungen (z.B. 0,5 ml-Spülungen für eine Gallenblase mit einem Volumen von 1,5 ml) vorgenommen, die den intraluminalen Druck des Organs nicht signifikant erhöhten. Dann wurden Infusionen von Vehikel, DNA oder Liposomen, die äquivalente Dosierungen an DNA enthielten, vorgenommen. Sehr niedrige Volumina/Drücke von Infusionen wurden verwendet (Infusatvolumen von 1 ml in Gallenblasen mit einem Volumen von 1,5–2,0 ml), um zu ermöglichen, daß die Infusionen im wesentlichen ohne epitheliale oder subepitheliale Verabreichung im Lumen verblieben. Unter sehr niedrigen Druckbedingungen (zum Beispiel 1–2 mm Hg über dem Anfangsdruck) wurde kein Gentransfer mit Vehikel, DNA oder Liposomen beobachtet. Unter hohen Druckbedingungn (bei denen ein ausreichendes Volumen in die Gallenblase eingeführt wurde, um den Schwellenpeak zu erreichen, oberhalb dessen mikroanatomische Aufbrüche auftreten) wurde Gentransfer mit Liposomen-Zuführung in Gallenblasen-Epithelia und Glattmuskel in der Lamina propia der Gallenblase nachgewiesen. Bei einem Volumen/Druck im mittleren Bereich (d.h. zwischen den sehr niedrigen und hohen Druckbedingungen) ist Zuführung im wesentlichen auf die Epithelia beschränkt.
BEISPIEL 10
Minimierung der Drainage
Intraluminale Zuführung unter niedrigem Druck kann mit Verfahren zur zeitweisen Verringerung lymphatischer oder venöser Drainage kombiniert werden, um jegliche potentielle Leckage in den subepithelialen Raum zu verhindern. Alternativ wird intraluminale Zuführung unter hohem Druck mit Verfahren zur zweitweisen Verringerung lymphatischer oder venöser Drainage kombiniert, um systemische Drainage aus dem subepithelialen Raum zu verzögern und dadurch zu verringern. Lymphatische oder venöse Drainage können zeitweise vermindert werden unter Verwendung direkter Verfahren, wie etwa chirurgischer oder laparoskopischer Okklusion eines lymphatischen oder venösen Gefäßes, oder alternativ (wie in der Leber) durch Platzieren eines okkludierenden Ballonkatheters in einer oder beiden Lebervenen.
Intraluminale Zuführung unter hohem Druck wird auch verwendet, um ein nicht-vaskuläres Verfahren zur Gewebeperfusion zu erreichen. Gewebeperfusion unter hohem Druck (wenigstens anfänglich oberhalb des Schwellendruckes) kann mit der oben angemerkten Verminderung lymphatischer oder venöser Drainage kombiniert werden, so daß im Anschluß an interstitielle Zuführung dem infundierten Mittel eine ausreichende Zeit gegeben wird, um von Zielzellen vor systemischer Drainage aufgenommen werden zu können. In besonderen Ausführungsformen wird retrograde Gallen-Infusion unter hohem Druck in einer Vorrichtung kombiniert, die verhindert, daß venöses Leberblut in den systemischen Kreislauf eintritt, aber den normalen Blutstrom über das Leberparenchym nicht verhindert. Zum Beispiel wird ein Mehrlumen-Ballonkatheter in die Lebervene eingeführt, so daß, wenn der aufgeblasene Ballon den Raum zwischen dem Katheter und der Wand der Lebervene verschließt, venöses Leberblut weiter in und durch das Katheterlumen strömen kann, ohne in den systemischen Kreislauf einzutreten. Das entfernte Blut kann behandelt werden, um das verabreichte Mittel vor potentieller Rückführung des Blutes an den Patienten zu entfernen. Auf diese Weise erlaubt intraluminale Zuführung unter hohem Druck ausgerichtete Verabreichung von extrem hohen Mengen des therapeutischen Mittels zum Leberparenchym, ohne daß das Mittel anschließend in den systemischen Kreislauf eintritt. Dies ist besonders vorteilhaft zum Erreichen optimaler lokaler therapeutischer Konzentrationen eines Mittels, das potentielle systemische Toxizität besitzt, während das Risiko vaskulärer Komplikationen vermieden wird, das bei leber-arterieller oder portal-venöser Perfusion anzutreffen ist.
BEISPIEL 11
Retrograde Gallen-Infusion unter hohem Druck, die zum akuten Aufbrechen interhepatozytischer fester Verbindungen führt
Das Muster von Druckveränderungen, das im Anschluß an retrograde Gallen-Infusion beobachtet wird, im Zusammenhang mit dem Befund, daß wiederholte Infusionen zu signifikant niedrigeren Peak-Gallen-Innendrücken führen, zeigt, daß retrograde Gallen-Infusion zur Füllung von Gallengängen und/oder -canaliculi führt, gefolgt von Leckage bei einem Schwellendruck. Es ist denkbar, daß die Wanderung des Fluids aus dem intraluminalen Raum heraus entweder direkt über physisch geöffnete feste Verbindungen oder indirekt durch veränderte Geschwindigkeiten transepithelialer Transzytose eintritt. Die Geschwindigkeit der beobachteten Druckveränderungen zeigt jedoch, daß das Aufbrechen fester Verbindungen der wahrscheinlichere Mechanismus ist. Die Fähigkeit retrograder Gallen-Infusion, feste Verbindungen aufzubrechen, wurde durch qualitative ultrastrukturelle Untersuchung der intrahepatischen Verteilung von Lanthamchlorid evaluiert, einem Schwermetall, das normalerweise strukturell intakte feste Verbindungen nicht durchdringt.
Tiere wurden retrograd mit entweder 5 mM Lanthanchlorid (Sigma) oder 0,9% NaCl-Vehikel infundiert. Drei Infusionen mit einem Volumen von 240 μl wurden pro Tier mit einer Geschwindigkeit von 2 oder 8 μl/Sekunde verabreicht, mit einer 10-sekündigen Pause zwischen den Infusionen. Frisch entferntes Gewebe wurde über Nacht in 2% Glutaraldehyd in 0,2 M Cacodylat-Puffer fixiert. Im Anschluß an Standardverarbeitung und -einbettung wurden 0,5 Mikrometer dicke Schnitte mit Uranylacetat und Bleicitrat angefärbt. Die Schnitte wurden dann unter Verwendung eines Elektronenmikroskops Philips 201 untersucht.
Wie in den Elektronenmikrofotografien der 28A–D gezeigt, wurden elektronendichte Abscheidungen, die mit dem Vorhandensein von Lanthanchlorid konsistent sind, in Gallengängen gefunden, aber nicht in ihren benachbarten subepithelialen Gewebekompartments, im Anschluß an retrograde Gallen-Infusion von 720 μl 5 mM LaCl, verabreicht mit einer Geschwindigkeit von 2 μl/Sekunde oder 8 μl/Sekunde. In 28A–D sind Bereiche mit typischen elektronendichten Abscheidungen, die mit dem Vorhandensein von Lanthanchlorid konsistent sind, eingekreist.
Elektronendichte Abscheidungen wurden jedoch in Gallencanaliculi, interhepatozytischen Zellräumen und dem perisinusoidalen Disse'schen Raum gefunden, wie dargestellt in den Elektronenmikrofotografien der 29B–E. 29A ist eine Mikrofotografie von Gewebe, das mit einem Kontrollvehikel infundiert wurde, während 29B–E Mikrofotografien von experimentellen Geweben sind. Die Pfeile bezeichnen den interpretierten Weg parazellulärer Leckage.
Die Elektronenmikrofotografien von 30A–C zeigen den möglichen Gesamtweg, angezeigt durch die Pfeile, der von retrogradem Hochdruck-Gallen-Infusat genommen wird: von Gallencanaliculi zu ihren benachbarten subepithelialen Kompartments, nämlich vom Canaliculilumen über aufgebrochene feste Canaliculiverbindungen in den lateralen intrazellulären Raum und anschließend in den perisinusoidalen Disse'schen Raum.
Das Vorhandensein von LaCl in interhepatozytischen Zellräumen und dem perisinusoidalen Disse'schen Raum unmittelbar im Anschluß an retrograde Gallen-Infusion unter hohem Druck ist konsistent mit einer akuten Veränderung der Durchlässigkeit der festen Verbindungen. Es ist auch möglich (aber innerhalb des Zeitrahmens dieser Experimente unwahrscheinlich), daß aktiver Transport (einschließlich Transzytose) zur beobachteten Wanderung von Lanthanchlorid aus dem intraluminalen Raum in den lateralen intrazellulären Raum und den Disse'schen Raum führte. Zusätzlich zum kurzen Zeitrahmen wird die Wahrscheinlichkeit einer Veränderung der Durchlässigkeit der festen Verbindungen statt Transzytose auch dadurch gestützt, daß ein ultrastruktureller Beleg für Lanthanchlorid-Teilchen intrazellulär in entweder Hepatozyten oder Cholangiozyten zu finden ist.
BEISPIEL 12
Chronische Cholestase, die die Peak-Gallen-Innendruckreaktion auf retrograde Gallen-Infusion vermindert
Intra- und extrahepatische Cholestase sind übliche klinische Situationen, die ein nützliches Testsystem zur Evaluierung der potentiellen Anwendbarkeit druckvermittelter Zuführung im Erkrankungszustand liefern. Um den Effekt chronischer Cholestase auf die dynamische Reaktion des Gallen-Systems auf retrograde Gallen-Infusion zu bestimmen, durchlief eine Gruppe von Tieren vier Tage chronischer extrahepatischer Gallengangobstruktion. Im Anschluß an die Narkoseeinleitung wurde eine Mittellinien-Laparatomie durchgeführt und der Hauptgallengang visualisiert. Ein 6-0-Seidenfaden wurde verwendet, um den Hauptgallengang rostral zur Verbindung mit den Pankreasgängen zu okkludieren. Der Baucheinschnitt wurde in zwei Schichten mit 6-0-Seide verschlossen. Vier Tage später wurden die Tiere erneut narkotisiert und durchliefen eine Wiederholungslaparotomie. Ein mikrovaskulärer Clip wurde oberhalb des Niveaus der Okklusion des Hauptgallenganges platziert und ein Katheter innerhalb des Hauptgallenganges gesichert. Der mikrovaskuläre Clip wurde dann entfernt und der Basislinien-Gallen-Innendruck bestimmt. Ein Gallenblasenkatheter wurde dann in seiner Position gesichert und die Tiere erhielten retrograde Gallen-Infusion, wie oben beschrieben.
Gallen-Manometrie wurde dann unter Verwendung eines Bereiches retrograder Gallen-Volumina und -Geschwindigkeiten der Infusion durchgeführt, mit den Ergebnissen, wie dargestellt in 31. Gallen-Innendruck im Anschluß an vier Tage Cholestase wurde mit den oben gezeigten Werten verglichen (Zeit = 0 Minuten: nicht-versperrt; Zeit = 10 Minuten: 10 Minuten Obstruktion des Hauptgallenganges). Nach vier Tagen chronischer extrahepatischer Obstruktion des Gallenganges blieb der Basislinien-(Vorinfusions)-Gallen-Innendruck signifikant erhöht (Normostase-Basislinie, 0,8 ± 0,2 mm Hg [n = 5] gegenüber 4 Tagen Cholestase, 8,2 ± 1,0 mm Hg [n = 10]; p < 0,05). Der Vorinfusions-Gallen-Innendruck nach vier Tagen Cholestase ware nicht signifikant verschieden vom Druckniveau im Anschluß an nur 10 Minuten Gallen-Baum-Obstruktion (10 Minuten Cholestase, 10,0 ± 1,4 mm Hg [n = 5] gegenüber 96 Stunden Cholestase, 8,2 ± 1,0 mm Hg [n = 10]; p > 0,05).
31A zeigt, daß cholestatische Tiere ein ähnliches Muster von Druckveränderungen besaßen wie diejenigen, die für normostatische Tiere zu sehen sind, nämlich einen progressiven Anstieg des intraluminalen Drucks, bis ein Peakdruck erreicht wurde, einen leichten Druckabfall und dann einen Plateaudruck, der gehalten wurde, bis die Infusion beendet war. Nachdem die Infusion gestoppt worden war, durchlief der Druck einen schnellen Abfall zum Vorinfusionswert. Wie bei normostatischen Tieren waren die. Druckveränderungen in cholestatischen Tieren ebenfalls von der Infusionsgeschwindigkeit und dem Infusionsvolumen abhängig. Größere Peakdrücke wurden mit schnelleren Infusionsgeschwindigkeiten erreicht und der Druck stieg schneller in der Zeit bei den höheren Infusionsgeschwindigkeiten. Peakdrücke waren in ähnlicher Weise von der Infusionsgeschwindigkeit abhängig; bei einem gegebenen Infusionsvolumen führte Erhöhung der Infusionsgeschwindigkeit zu Peakdrücken, die signifikant verschieden (p < 0,05) von denjenigen waren, die unter Verwendung langsamerer Infusionsgeschwindigkeiten erhalten wurden, wie man in 31B sehen kann. Drücke am Ende der Infusion waren ebenfalls von sowohl der Infusionsgeschwindigkeit als auch dem Infusionsvolumen abhängig. Im Gegensatz zu normostatischen Tieren neigten Nachinfusionsdrücke im Anschluß an größervolumige, schnellere Infusionen nicht dazu, niedriger zu sein.
In sowohl normostatischen als auch cholestatischen Tieren neigte wiederholte retrograde Gallen-Infusion dazu, zu niedrigeren Peak-Gallen-Innendrücken zu führen als die anfängliche Infusion, wie gezeigt in 31C. Dieser Effekt war jedoch ausgeprägter bei den normostatischen Tieren, da sie dazu neigten, signifikant größere maximale Veränderungen des Gallen-Innendruckes nach einer anfänglichen Infusion zu zeigen als cholestatische Tiere, für eine gegebene Infusionsgeschwindigkeit und ein gegebenes Infusionsvolumen. Bei größeren Volumina und schnelleren Geschwindigkeiten der Infusion wurden die Unterschiede zwischen normostatischen und cholestatischen Tieren weniger ausgeprägt.
BEISPIEL 13
Retrograde Gallen-Infusion, die zum Aufbrechen fester Verbindungen in sowohl normostatischen als auch cholestatischen Tieren führt
Um den Effekt retrograder Gallen-Infusion auf die Durchlässigkeit fester Verbindungen unter sowohl normostatischen als cholestatischen Bedingungen zu bestimmen, wurde [14C]-Saccharose unter Verwendung eines Bereiches von Infusionsgeschwindigkeiten und Infusionsvolumina in naiven Mäusen und im Anschluß an vier Tagen chronischer extrahepatischer Obstruktion des Gallenganges retrograd infundiert. Im Anschluß an die Mittellinien-Laparatomie wurden beide Harnleiter identifiziert und mit mikrovaskulären Clips okkludiert. Ein Katheter wurde innerhalb des Gallenblasenlumens platziert und der Hauptgallengang unter Verwendung eines mikrosvaskulären Clips okkludiert, der oberhalb der Verbindung des Hauptgallenganges mit dem oberen Pankreasgang platziert wurde. Retrograde Gallen-Infusionen (22°C) von 0,9% NaCl oder 2 μCi [14C]-Saccharose (Amersham Pharmacia Biotech, Inc., Piscataway, NJ), verdünnt mit 0,9% NaCl, wurden dann unter Verwendung eines Bereiches von Volumina und Geschwindigkeiten der Infusion verabreicht. Fünf Minuten im Anschluß an die Beendigung der Infusion wurde schnell ein Mediosternalschnitt ausgeführt und Blut durch intrakardiale Punktion unter Verwendung einer Nadel Nr. 27 und einer Spritze erhalten. Das Blut sofort in ein 1,5 ml-Mikrozentrifugenröhrchen zugegeben, das 10 Einheiten Natriumheparin enthielt (Elkins-Sinn, Cherry Hill, NJ), und bei 4000 UPM für 5 Minuten zentrifugiert. 200 μl Plasma wurden entnommen und in ein Glasfläschchen zugegeben, das 15 ml Szintallationslösung (National Diagnostics, Atlanta, GA) enthielt. Radioaktive Zahlen (cpm) wurden in einem Szintillationszähler (Beckman) bestimmt. Da physisch intakte feste Verbindungen für Saccharose undurchlässig sind, würde das Auftreten von [14C]-Saccharose im systemischen Kreislauf unter diesen experimentellen Bedingungen anzeigen, daß ein Aufbrechen der festen Verbindungen aufgetreten war.
32 zeigt die Ergebnisse des Experiments. In normostatischen Tieren wurde systemische Leckage von [14C]-Saccharose 5 Minuten nach Infusion mit ungefähr gleichen Niveaus über einen Bereich von Infusionsgeschwindigkeiten und Infusionsvolumina nachgewiesen. Bei cholestatischen Tieren neigte das Ausmaß der Leckage dazu, bei einem gegebenen Infusionsvolumen und einer gegebenen Infusionsgeschwindigkeit für normostatische Tiere niedriger zu sein. Bei cholestatischen Tieren neigte das Erhöhen des Infusionsvolumens oder der Infusionsdauer dazu, zu größerem Umfang an parazellulärer Leckage zu führen.
Bei cholestatischen Tieren führte retrograde Gallen-Infusion zu signifikant niedrigeren Peak-Gallen-Innendrücken während einer ersten Infusion, als unter ersten Infusionsbedingungen bei normostatischen Tieren beobachtet wurden. Dies zeigt, daß chronische extrahepatische Gallengang-Obstruktion mit einem gewissen Grad an Aufbrechen der festen Verbindungen unabhängig von einem solchen, das durch retrograde Gallen-Infusion induziert wird, führte. Cholestatische Tiere neigten jedoch auch dazu, geringere Mengen an [14C]-Saccharose im Blutstrom 5 Minuten im Anschluß an retrograde Gallen-Infusion zu zeigen, als diese normostatische Tiere taten. Eine Erklärung für diesen scheinbar widersprüchlichen Befund ist, daß der Peak-Gallen-Innendruck direkt den Durchmesser beeinflussen, in dem feste Verbindungen geöffnet werden, und/oder die Triebkraft für parazelluläre Wanderung, und dadurch die Menge an parazellulärer Leckage von Molekülen eines bestimmten Durchmessers bestimmen könnte. Daher war in den vorliegenden Experimenten das Aufbrechen der festen Verbindungen, von dem bekannt ist, daß es durch Cholestase verursacht wird, ausreichend dafür, daß während einer retrograden Gallen-Infusion ein gewisses Ausmaß an Leckage von Molekülen vorlag, die kleiner als Saccharose sind (z.B. Wasser). Diese Fluidleckage würde das Ausmaß des Peak-Gallen-Innendruckanstiegs minimieren, der während einer retrograden Gallen-Infusion erreicht wird. Dieser kleinere Peak-Gallen-Innendruck seinerseits könnte die Anzahl von festen Verbindungen verringert haben, die akut bis zu dem Grad aufgeweitet wurden, daß Moleküle des Durchmessers von Saccharose akut hindurchgehen würden, oder könnte alternativ die Triebkraft (Druckgradienten) vermindert haben, die parazelluläre Wanderung von Saccharose über aufgebrochene feste Verbindungen treibt. Dieses Beispiel veranschaulicht, daß es möglich ist, einen Bereich von Moleküle mit unterschiedlichem Durchmesser und Infusionsdrücken zu bestimmen, die wünschenswert sind, um eine Korrelation zwischen dem absoluten Niveau des Gallen-Innendrucks, dem Grad des Aufbrechens von festen Verbindungen und dem Ausmaß parazelluläre Leckage genauer zu bestimmen.
BEISPIEL 14
Intraluminale Zuführung zu Kaninchen-Harnblase
Das Urogenitalsystem ist ein weiteres Beispiel einer Lumenstruktur, die druckvermittelter Zuführung zugänglich ist. 33A-D sind schematische Querschnitte einer Harnblase, die den Effekt der Harnblasenfüllung auf die histologischen Kompartments der Blase veranschaulichen. 33A zeigt einen Querschnitt der Harnblase in einem relativ leeren Zustand (wobei 200 das Übergangsepithel ist, 202 die Lamina propria ist, Schichten 204 und 206 Muskel sind und 208 Adventitia ist). 33B zeigt eine vergrößerte Ansicht des nicht-zusammengedrückten Wandabschnittes, der in 33A hervorgehoben ist. 33C zeigt einen Querschnitt der Harnblase in einem relativ vollen Zustand, und 33D zeigt eine vergrößerte Ansicht des zusammengedrückten Wandabschnittes, der in 33C hervorgehoben ist. Die Pfeile zeigen die Richtung des Druckes an, der durch den Inhalt der Blase ausgeübt wird.
Sowohl langsame, passive Füllung aus Urinvorrat als auch aktive Füllung durch akutes Volumen oder druckvermittelte Aufweitung bewirken ein Zusammendrücken der Schichten der Harnblase, wie dargestellt in 33A-D. Retrourethrale Katheterisierung ist ein gut beschriebenes Verfahren für die Zuführung zur Harnblase. Der Effekt des Harnblasendrucks auf die molekulare Zuführung ist jedoch bisher nicht charakterisiert worden. Insbesondere ist die Verwendung von Harnblasendruck, um selektive Zuführung von Mitteln zu entweder den Oberflächenepithelzellen oder zu tieferen histologischen Unterkompartments, einschließlich der Lamina propria und Muskelschichten, sicherzustellen, bisher nicht charakterisiert worden.
Als ein experimentelles Modell, um retrourethale Zuführung nachzuahmen, wurde bei männlichen Dutch-Belted-Kaninchen (1–2 kg BW) PE-50-Schlauch im Lumen jeder Harnröhre platziert und so vorgeschoben, daß die Spitzen innerhalb des Lumens der Harnblase lagen. Ein Harnleiterkatheter wurde mit einem Druckmeßwertwandler verbunden und verwendet, um den intraluminalen Druck aufzuzeichnen. Der andere Harnleiterkatheter wurde mit einer Mikroinfusionspumpe verbunden. Mikrovaskuläre Clips wurden auf den Harnleitern platziert, um retrograden Rückfluß zu verhindern. Die Harnröhre wurde unter Verwendung einer Gefäßschlaufe okkludiert. 5 mM Lanthanchlorid wurde so infundiert, daß der intraluminale Druck entweder 25 mm Hg oder 50 mm Hg betrug.
Gewebe wurde 10 Minuten später entnommen und für Elektronenmikroskopie vorbereitet. Bei 25 mm Hg wurden elektronendichte Abscheidungen in den intrazellulären Räumen zwischen Epithelzellen nachgewiesen. Bei 50 mm Hg gab es einen gewissen Beleg für fleckige Epithel-Denudation. Im Anschluß an die Verabreichung von 200 nm fluoreszierenden Latex-Mikrokügelchen bei 50 mm–100 nm intraluminalem Druck wurde die Hanrblase entnommen und für frisch eingefrorene Schnitte vorbereitet. Evaluation der frisch eingefrorenen Schnitte unter Verwendung von Fluoreszenzmikroskopie zeigte das Vorhandensein von Mikrokügelchen in der Lamina propria unmittelbar benachbart zur ersten Muskelschicht. Dieser Ergebnisse zeigen, daß bei erhöhten intraluminalen Drücken Harnblasen-Infusat über feste Verbindungen der Epithelzellen hinweg zugeführt werden kann.
Unter einigen Bedingungen könnte es nützlich sein, das Gesamtvolumen des Infusats zu verringern, das zu einer intraluminalen Stelle zugeführt werden muß. Dies wäre insbesondere vorteilhaft, wenn das Infusat besonders teuer oder schwierig zu erhalten ist. Demgemäß können intraluminale Ballons in Kombination mit druckvermittelter Zuführung verwendet werden, um das Infusatvolumen zu verringern, das zugeführt werden muß, während man immer noch den Vorteil des Nutzens druckvermittelter intraluminaler Zuführung erhält. Der (Die) Ballon(s) wird (werden) vor der Infusatverabreichung aufgeweitet, um das Infusatvolumen zu verringern, das zugeführt werden muß. Eine Arbeitsanwendung dieser Technik ist in 34 dargestellt, in einer Blase, die wie oben beschrieben vorbereitet ist, wobei der intraluminale Ballon 211 in einer Harnblase 214 dargestellt ist, wobei die Spitze 216 des Katheters Öffnungen 218 aufweist, durch die Infusat zugeführt werden kann. Ein 3,5-French-Foleykatheter wurde in das Lumen der Harnblase eingeführt und aufgeblasen. Dies erlaubte Zuführung eines verringerten Infusatvolumens zur Harnblase, während immer noch Zuführung bei erhöhten intraluminalen Volumina/Drücken ermöglicht wurde.
BEISPIEL 15
Eine Vorrichtung für Zuführung unter konstantem Druck
Die oben angegebenen Ergebnisse zeigen, daß intraluminale Zuführung von Infusat zu Strukturen, die mit entweder Epithelzellen oder Endothelzellen ausgekleidet sind, selektiv auf entweder die Lumenoberfläche oder auf tiefere subepitheliale oder subendotheliale histologische Kompartments durch Auswahl geeigneter Zuführungsparameter gerichtet werden kann. Es könnte besonders nützlich sein, Mittel unter Gleichgewichts-Bedingungen zu verabreichen, bei denen der Zuführungsdruck konstant gehalten wird, ungeachtet wie das Gewebe auf die Infusion anspricht. Unter Nicht-Gleichgewichts-Zuführungsbedingungen wird die Öffnung von feste Verbindungen oder die Aufweitung der Größe einer Struktur den intraluminalen Druck beeinflussen. Gleichgewichts-Zuführung umgeht dieses Merkmal, wodurch Zuführung bei konstanten, vorbestimmten Drücken ermöglicht wird.
35 ist ein Diagramm eines Arbeitsbeispiels des Systems für intraluminale Zuführung unter konstantem Druck. Eine manometrisch kontrollierte Stickstoffgas/Flüssigkeits-Grenzfläche 220 in einem Flüssigkeitsinfusionsreservoir 222 erlaubt konstante Druckbeaufschlagung. Ein Arbeitsmodell wurde unter Verwendung einer Adaptation einer Cole-Palmer-Drucksteuereinheit reguliert. Infusionsflüssigkeit aus dem Reservoir strömt durch Kapillarglasröhre 224 auf ihrem Weg zu einer Infusionsleitung 226. Durchflußgeschwindigkeiten können dann durch Verfolgen der Luftblasen 228 in den Kapillarglasröhren 224 mit einem Lineal 229 bestimmt werden. Ein Drucksensor 230 erfaßt den Druck der Infusionsflüssigkeit an einer Stelle nahe der Infusionsleitung 226.
Um das System einzustellen, wurde Flüssigkeit zum Reservoir zugegeben und das System wurde mit Flüssigkeit gespült und gefüllt. Die Infusionsleitung 226 wurde dann in das Organ des Tieres hinein platziert. Wenn das System gestartet wurde, führte eine pneumatische Servodrucksteuereinheit (nicht dargestellt) einen konstanten Luftdruck zum oberen Ende des Flüssigkeitspegels an Grenzfläche 220 im Reservoir 222 zu. Durch Einstellen der Steuereinheit konnte der gewünschte Druck am Drucksensor erhalten werden, der auf derselben Höhe (z = 0) gehalten wurde wie das Tier. Die Ablesung am Drucksensor war somit gleich dem aufgebrachten Druck (dem Pumpendruck) plus der statischen Druckhöhe (dem Druckanstieg aufgrund der Veränderung der Höhe zwischen dem oberen Ende des Flüssigkeitspegels im Reservoir und der Höhe der Infusionsleitung). Die Infusionsleitung wurde auf derselben Höhe wie der Drucksensor und das Tier auf dem Operationstisch gehalten. Alternative Systeme könnten natürlich adaptiert werden, bei denen ein konstanter Druck am Drucksensor und nicht am oberen Ende des Reservoirs gehalten wird. Dies wäre von größter Wichtigkeit, wenn ein großes Flüssigkeitsvolumen infundiert wird. Spezifisch muß, wenn die Druckkontrolle am oberen Ende des Reservoirs vorgesehen ist, dann, wenn ein großes Flüssigkeitsvolumen infundiert werden muß, der Druck langsam erhöht werden, um der sinkenden statischen Druckhöhe Rechnung zu tragen.
Wenn das System gestartet wird, wird dem Tier eine Infusion unter konstantem Druck zugeführt. Der Infusionsdruck und der innere Organdruck können über die Zeit aufgezeichnet werden. Dies wurde zum Beispiel für Kaninchen-Harnblasen-Experimente durchgeführt, indem ein zweiter Katheter in der Blase platziert wurde, der mit einem Druckmeßwertwandler verbunden war. Als eine Alternative der vorliegenden Erfindung kann der intraluminale Druck durch die Spitze des Zuführungskatheters gemessen werden, und dieser Druck kann verwendet werden, um den Druck der Infusionsflüssigkeit zu steuern, wie etwa an der Stickstoffgas/Infusionsflüssigkeit-Grenzfläche.
Die Durchflußgeschwindigkeit der Infusionsflüssigkeit wurde experimentell auf die folgende Weise aufgezeichnet: die Querschnittsfläche des Blasenrohres wurde durch Injizieren eines bekannten Volumens Wasser (aus Spritze 232) in eine gemessene Länge des Blasenrohres bestimmt. Die Querschnittsfläche betrug 0,233 cm² (0,35 cc in 15 cm). Wenn der Durchfluß begann, wurde einer Luftblase langsam in den Infusionsflüssigkeitsstrom injiziert. Die Blase wanderte dann das Blasenrohr hinunter. Am Ende des Rohres würde die Blase in die Blasenfalle 234 aufsteigen und ein gleiches Volumen Flüssigkeit verdrängen. Für jede Blase wurden 25 Zeitpunkte aufgezeichnet, auf 1-cm-Intervallen von Lineal 229. Die Zeit gegen Distanz, die die Blase gewandert war, konnte aufgezeichnet werden, und die Steigung dieser Linie war die Geschwindigkeit der Blase. Multiplizieren der Steigung mit der Querschnittsfläche des Blasenrohres ergab die durchschnittliche Durchflußgeschwindigkeit der Infusionsflüssigkeit. Dieses Verfahren zur Messung der Durchflußgeschwindigkeit ist ein Arbeits- und experimentelles Modell für den Zweck der Veranschaulichung. In der Praxis könnten Durchflußgeschwindigkeiten durch Ultraschall oder andere Verfahren, die den Fachleuten bekannt sind, bestimmt werden.
BEISPIEL 16
Zuführung unter konstantem Druck zur Kaninchenharnblase
Als ein Arbeitsmodell wurde der in Beispiel 14 beschriebene Zuführungsaufbau verwendet, mit der Modifikation, daß ein Harnröhrenkatheter mit der Vorrichtung zur Verabreichung unter konstantem Druck verbunden wurde. Ein Katheter führte die Infusionsflüssigkeit zu; der andere maß den Blasen-Innendruck (dieser wurde auch über die Zeit aufgezeichnet). Die Blase wurde durch den Infusionskatheter entleert, zweimal mit physiologischer Kochsalzlösung gespült und dann einmal mit der Infusionsflüssigkeit. Die Blase wurde dann vorgefüllt, bis sie den gewünschten Gleichgewichtsdruck erreichte, denselben Druck, auf den das konstante Drucksystem eingestellt wurde, um diesen für das Experiment abzugeben.
Spülen und anfängliches Füllen der Blase wurde mit einer Spritze durch einen Absperrhahn 234 (35) durchgeführt. Nachdem der Blasen-Innendruck den gewünschten experimentellen Druck erreicht hatte, wurde Absperrhahn 234 so gedreht, daß Durchfluß vom konstanten Drucksystem in die Infusionsleitung ermöglicht wurde. Dann wurden 0,9% NaCl bei anhaltenden konstanten Drücken von 5–50 mm Hg für Zeiträume von 60 bis 90 Minuten verabreicht. Wenn das konstante Drucksystem angeschaltet wurde, trat ein anfänglicher Abfall des Blasen-Innendruckes auf. Dies beruhte möglicherweise auf dem Unterschied zwischen dem von der Spritze aufgebrachten Druck und dem vom System aufgebrachten Druck. Der von der Spritze aufgebrachte Druck, um den Blasen-Innendruck auf den gewünschten Druck anzuheben, war oft 10-mal größer als der Druck, den das konstante Drucksystem aufbrachte (der identisch war mit dem gewünschten Druck). So entsprach der Abfall des Blasen-Innendruckes dem Abfall des aufgebrachten Druckes.
Die Durchflußgeschwindigkeiten waren direkt abhängig vom Verabreichungsdruck. Die Durchflußgeschwindigkeit für die gesamte Infusionszeit war nicht konstant. Aber über kürzere Intervalle, die Zeit für eine Blase, um durch das Blasenrohr zu wandern, war die Durchflußgeschwindigkeit relativ konstant. 36 zeigt einen typischen Graph Zeit gegen Blasendistanz für ausgewählt Blasen bei intraluminaler Verabreichung unter konstantem Druck zu einer Kaninchenharnblase. Die Steigungen der Blasengraphs nehmen über die Zeit ab. Jede berechnete Durchflußgeschwindigkeit konnte dann in Bezug auf die Zeit aufgetragen werden (Mittelwert der Zeit von d = 1 cm und d = 25 cm). Für Kaninchenharnblasen-Infusionen nahmen die Durchflußgeschwindigkeiten mit einer logarithmischen Form ab. 37 ist ein typischer Graph Zeit gegen Durchflußgeschwindigkeit für eine Kaninchenharnblasen-Infusion.
Während der Experimente schien sich die Blase langsam aufzuweiten, wenn die Muskeln sich entspannten. Wenn der gewünschte Druck niedrig war (z.B. 25 mm Hg), würde der Innendruck den gewünschten Druck in 45–70 Minuten erreichen. Nachdem der Blasen-Innendruck den gewünschten oder Infusionsdruck erreicht hatte, würde der Durchfluß in die Blase hinein stoppen. Wenn der gewünschte Druck hoch war (z.B. 50 mm Hg), würde der Innendruck den gewünschten Druck in der 90-minütigen Intervalldauer nicht immer erreichen.
Der Unterschied zwischen dem Infusionsdruck und Blasen-Innendruck war proportional zur Durchflußgeschwindigkeit in die Blase hinein. Wenn die Unterschiede im Druck (aufgebrachter Druck gegen Blasen-Innendruck) über Zeit und Durchflußgeschwindigkeit (auf einer zweiten y-Achse) aufgetragen wurden, zeigten die zwei Graphen ähnliche Formen. Dies traf für alle Kaninchenblasen-Infusionen zu. 38 ist ein typischer Graph.
Graphen von Durchflußgeschwindigkeit gegen Zeit für Kaninchenblasen-Infusionen hatten dieselbe Form sogar für unterschiedliche Infusionsdrücke und Durchflußgeschwindigkeiten. Das anfängliche Blasenvolumen erwies sich als ein nützlicher normalisierender Faktor, um Durchflußgeschwindigkeit gegen Zeit in Beziehung zu setzen (siehe 39). Die ursprünglichen Blasengrößen von Kaninchen variieren um wenigstens einen Faktor Zehn. Wenn die Durchflußgeschwindigkeiten (cm³/min) durch die vorgefüllte Blasengröße (5,5 cc–78 cc), die Flüssigkeitsmenge, die zugegeben werden mußte, um die Blase auf den gewünschten Druck zu bringen, dividiert wurden, konvergierten die Kurven Zeit gegen (Durchflußgeschwindigkeit)/(vorgefüllte Blasengröße), wenn aufgetragen in einem Diagramm. Dies kann man in den 39 und 40 sehen.
Harnblasen-Volumina wurden auch während der Infusion unter konstantem Druck unter Verwendung extern fixierter Ultraschallkristalle (Sonometrics, Toronto) und kontinuierlicher Messung von Längs-, Medial- und Ventral-Dorsal-Durchmessern bestimmt. Es wurde angenommen, daß die Blasenform ellipsoid war. Gleichgewichtsinfusion in einem Bereich von anhaltenden konstanten Infusionsdrücken führte zu Durchfluß in die Harnblase hinein mit Geschwindigkeiten, die vom Zuführdruck abhängig waren. Bei höheren konstanten Infusionsdrücken waren die Durchflußgeschwindigkeiten entsprechend erhöht. Infusion bei konstantem Druck in die Kaninchenharnblase hinein für 120 Minuten bei einem Gleichgewichtsdruck bei 25 mm Hg führte zu Durchflußgeschwindigkeiten, die mit der Zeit abnahmen. Das infundierte Materialvolumen war vollständig durch Veränderungen des Harnblasen-Volumens insgesamt (luminaler Harnblaseninhalt + Blasenwanddicke) erklärbar. Dies zeigt, daß passive Dehnung der Blase zu. einer progressiven Verringerung der Durchflußgeschwindigkeiten über die Zeit bei einem konstanten Infusionsdruck von 25 mm Hg führte. Im Gegensatz dazu führte die Infusion bei konstantem Druck für 120 Minuten bei einem Gleichgewichtsdruck von 50 mm Hg zu einer anhaltenden Durchflußgeschwindigkeit, die mit der Zeit nicht abnahm. Das Harnblasen-Volumen erhöhte sich während der Zuführungsperiode nicht signifikant, was darauf hinweist, daß die Fluidbewegung über das Harnblasen-Epithel hinweg verantwortlich für die anhaltenden Durchflußgeschwindigkeiten bei konstanten Infusionsdrücken von 50 mm Hg war.
In der Harnblase scheint die Geschwindigkeit der Zuführung von Therapeutika mit bestimmter Größe zum subepithelialen Kompartment durch das Niveau der anfänglichen Einwirkung von konstantem Druck sowie dem anhaltenden Druckniveau, nachdem die festen Epithel-Verbindungen aufgebrochen worden sind, beeinflußt zu werden. [14C]-Saccharose (3,8 μCi/ml) wurde bei konstanten Infusionsdrücken von 25, 37,5 und 50 mm Hg für 120 Minuten verabreicht. Ein heparinisierter Jugularvenenkatheter wurde eingesetzt, um Plasmaproben bei t = –5, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20, 30, 60, 90 und 120 Minuten zu erhalten. 400 μl Plasma wurden dann auf 14C-Gehalt (cpm) evaluiert. Da die oben beschriebenen Experimente zu einem TEM-Beweis des Aufbrechens von festen Verbindungen und Ablagerung in der Lamina propia von 200 nm großen Latex-Mikrokügelchen bei 25–50 mm Hg geführt hatten, würde man vorhergesagt haben, daß Saccharose ebenfalls in die Lamina propia eingetreten und dann anschließend über venöse und/oder lymphatische Drainage in den systemischen Kreislauf gewandert wäre. Es wurde jedoch kein Beleg systemischer [14C]-Saccharose-Leckage nachgewiesen. Stattdessen wurden radioaktive Belege für [14C]-Saccharose auf Gaze nachgewiesen, die auf der Außenfläche der Harnblase platziert worden war.
Dies zeigt, daß nachhaltige Erhöhungen intraluminalen Blasendrucks zu Mikroherniationen führen können, die einen Weg für schnellen Durchgang durch die Harnblase bereitstellen.
Auswahl geeigneter Infusionsbedingungen, wie etwa anfängliches stoßweises Aufbrechen von festen Verbindungen, gefolgt von anhaltender Zuführung bei konstantem niedrigen Druck bei 5–10 mm Hg, könnte die langsame Perfusion des subepithelialen Raums mit kleineren Molekülen ermöglichen.
BEISPIEL 17
Retrograde Gallen-Infusion unter konstantem Druck bei Mäusen
Infusion unter konstantem Druck wurde in Mäusen unter Verwendung des retrograden Gallen-Infusionsaufbaus, der zuvor beschrieben ist, evaluiert. Die Mikroinfusionspumpe wurde durch die konstante Druckvorrichtung ersetzt. [14C]-Saccharose (Molekulargewicht 342; 3,8 μCi/ml) wurde sowohl normostatischen als auch chronisch cholestatischen Mäusen verabreicht (4 und 21 Tage chronische extrahepatische Gallengang-Okklusion). Infusionsdurchflußgeschwindigkeiten wurden unter Verwendung der oben beschriebenen Blasenrohrmethode aufgezeichnet. Blutproben wurden entnommen und, wie oben beschrieben, evaluiert.
Durchflußgeschwindigkeiten für murine Gallen-Infusionen waren für die gesamte Verweilzeit konstant, im Gegensatz zu den Kaninchenblasen-Durchflußgeschwindigkeiten, die über die Zeit abnahmen. Wie in den Kaninchenharnblasen-Experimenten führte retrograde Gallen-Infusion unter konstantem Druck zu Durchflußgeschwindigkeiten, die direkte Funktionen des Verabreichungsdrucks waren.
41 ist ein Graph der Infusionsdurchflußgeschwindigkeit als eine Funktion des aufgebrachten Drucks in normostatischen und chronisch cholestatischen Mäusen. 42 ist ein Graph des Widerstandes (aufgebrachter Diuck/Durchflußgeschwindigkeit) bei unterschiedlichen konstanten Drücken. Der Fließwiderstand ist am größten bei den niedrigsten Infusionsdrücken und nimmt ab, wenn der Infusionsdruck zunimmt. Es ist bekannt, daß chronische extrahepatische Gallengang-Obstruktion intrahepatische feste Verbindungen aufbricht, und dies wird in einem verringertem Fließwiderstand in diesen Tieren widergespiegelt.
Unter konstanten Druckbedingungen wurden gelöste Substanzen, die normalerweise durch eine intakte feste Verbindung ausgeschlossen sind, im systemischen Blutstrom nachgewiesen. Evaluierte gelöste Substanzen schlossen Saccharose (Molekulargewicht 370), Inulin (Molekulargewicht 5.200) und Dextran (Molekulargewicht 70.000) ein. Bei niedrigeren Infusionsdrücken zeigen gelöste Substanzen mit größerem Molekulargewicht größeren Fließwiderstand (siehe 43: 4 Tage Inulin gegen 4 Tage Saccharose) und langsamere Durchflußgeschwindigkeiten (siehe Tabelle 1 unten). Tabelle 1 vergleicht Durchflußgeschwindigkeiten für [14C]-Saccharose und [14C]-Inulin bei unterschiedlichen Infusionsdrücken, wobei sie Durchflußgeschwindigkeiten, Widerstände und Niveaus parazellulärer Leckage (durchschnittliche Zahlen) auflistet.
TABELLE 1 Infusion unter konstantem Druck
BEISPIEL 18
Infusion unter konstantem Druck in die Kaninchengallenblase
Infusion unter konstantem Druck in die Kaninchengallenblase wurde durch Leerung der Gallenblase und Sicherung eines Silikon-Katheters (030'' ID/065'' AD) innerhalb des Gallenblasenlumens evaluiert. Der Gallenblasenausführungsgang wurde unter Verwendung mikrovaskulärer Clips okkludiert, wobei besondere Sorgfalt darauf verwendet wurde, die Gallenblasenarterie oder -vene nicht zu okkludieren. [14C]-Saccharose (3,8 μCi/ml) wurde bei einem konstantem Druck von 40 mm Hg für 20 Minuten unter Verwendung des Gallenblasenkatheters und der konstanten Druckvorrichtung, die oben beschrieben sind, verabreicht. Ein heparinisierter interner Jugularkatheter wurde eingesetzt, um Plasmaproben zu erhalten. Plasmaproben wurden zu verschiedenen Zeitpunkten erhalten und in einem Szintillationszähler (Beckman) evaluiert.
43 ist ein Graph von sowohl Durchflußgeschwindigkeit als auch prarzellulärer Leckage (Plasmagehalt an [14C]-Saccharose) über den Verlauf des Experimentes. Durchflußgeschwindigkeiten waren anfänglich hoch und nahmen schnell bis zu einem ungefähr gleichbleibenden Niveau ab. Die schnelle Durchflußgeschwindigkeit mit Abnahme beruhte auf dem Zeitraum, in dem die Gallenblase sich mit Infusat füllte. Der Zeitraum von ungefähr konstantem Durchfluß (4 Minuten – 20 Minuten) zeigt, daß sich entweder die Gallenblase dehnte, um die Infusion aufzunehmen, und/oder Infusat aus dem Gallenblasenlumen herausleckte.
Das Plasma-[14C] stieg stetig während des Verlaufs der Infusion an, was eher mit parazellulärer Leckage als mit Gallenblasendehnung als der Erklärung einer konstanten Infusionsgeschwindigkeit konsistent war. Nachdem die Infusion abgebrochen worden war, setzte sich parazelluläre Leckage fort, wahrscheinlich aufgrund der Kombination eines intraluminal-subepithelialen Druckgradienten und der Zeit, die erforderlich ist, damit Saccharose in venösen und/oder lymphatischen Kapillaren in der Lamia propria aufgenommen wird.
BEISPIEL 19
Retrograde Gallen-Infusion unter konstantem Druck in Kaninchen
Ein silastischer Katheter (030'' ID/065'' AD) wurde im Lumen des gemeinsamen Gallenganges gesichert, wobei seine Öffnung in einer retrograden Richtung ausgerichtet war. [14C]-Saccharose (3,8 μCi/ml) wurde bei einem konstanten Druck von 20, 30 oder 40 mm Hg für 20 Minuten unter Verwendung des Katheters mit dem Hauptgallengangkatheter und der oben beschriebenen Druckvorrichtung verabreicht. Ein heparinisierter interner Jugularkatheter wurde eingesetzt, um Plasmaproben zu erhalten. Plasmaproben wurden zu unterschiedlichen Zeitpunkten erhalten und in einem Szintillationszähler (Beckman) evaluiert.
44 ist ein Graph Durchflußgeschwindigkeit über Zeit bei einer Infusion unter konstantem Druck von 20, 30 und 40 mm Hg. 45 ist ein Graph parazelluläre Leckage über Zeit bei einer Infusion unter konstantem Druck von 20, 30 und 40 mm Hg. Die Durchflußgeschwindigkeiten waren proportional zum Infusionsdruck und blieben ziemlich konstant, nachdem ein Gleichgewichtswert erreicht worden war. Die parazelluläre Leckage war ebenfalls proportional zum Infusionsdruck.
BEISPIEL 20
Gefäßkatheter
Intraluminale Zuführung unter konstantem Druck erlaubt die fokussierte Anwendung definierter Drücke auf die Innenfläche eines Gefäßlumens. 46A ist ein schematischer Querschnitt eines Katheters 300, der in einem Körperlumen 302 angeordnet ist, umgeben von Glattmuskelzellen 318. Der Katheter 302 erlaubt die kontrollierte Anwendung von Druck in der durch die Pfeile angezeigten Richtung. Der Katheter schließt ein Lumen 316 ein, um zu ermöglichen, daß Blut durch das Gefäß strömt und weiter durch den Kreislauf, während ein definiertes Gefäßsegment, durch Ballons auf dem Umfang des Katheters, isoliert ist und Infusion unter konstantem Druck durchläuft. 46B zeigt eine teilweise Längsansicht des Katheters 300 innerhalb des Körperlumens 302, wobei die Ballons 304 aufgeblasen sind. Blut strömt durch einen Lumen des Katheters 300 in der durch die Pfeile gezeigten Richtung.
Diese Infusion, die durch den Katheter 300 bereitgestellt wird, könnte verwendet werden, um eine atherosklerotische Plaque zusammenzudrücken oder die engen Verbindungen zwischen Oberflächenendothelzellen aufzubrechen, wodurch ermöglicht würde, daß Infusat entlang eines Druckgradienten zu tieferen histologischen Zellen, wie etwa Gefäßglattmuskelzellen, wandert. Alternativ könnte ein pharmakologisches oder anderes Mittel auf die apikale Oberfläche aufgebracht werden, um die Oberflächendurchlässigkeit zu erhöhen. Ein Druckgradient könnte dann eingesetzt werden, um Moleküle zu den tieferen histologischen Kompartmenten zuzuführen.
Der Katheter schließt vorzugsweise mehrere Lumina ein, wie etwa diejenigen, die zum Beispiel im Querschnitt von 47 dargestellt sind. Das größte Lumen 306 kann wünschenswerterweise für den Blutdurchfluß verwendet werden, während die kleineren Lumina 308, 310, 312 und 314 für solche Zwecke eingesetzt würden wie (1) Aufblasen und Ablassen der Ballons, (2) Zuführen therapeutischer Substanzen) zu dem durch die Ballons abgeschlossenen Raum, (3) Nachweisen des Drucks im von den Ballons abgeschlossenen Raum, (4) Einsatz von Ultraschall und anderen Mitteln, um das Volumen des durch die Ballons abgeschlossenen Raum zu bestimmen.
BEISPIEL 20
Kombination pharmakologischer und/oder physikalischer Intervention mit Druckgradient
Eine pharmakologische Substanz, die das Aufbrechen fester Verbindungen erhöht (oder verringert), und/oder eine physikalische Behandlung mit derselben Wirkung, kann in Kombination mit einem Druckgradienten eingesetzt werden, der gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt und eingesetzt wird, um die gewebe- oder zellspezifische Zuführung eines therapeutischen Mittels zu verstärken. Elektrisches oder akustisches Aufbrechen sowie pharmakologisches Aufbrechen von festen Verbindungen kann zum Beispiel wirksamere Zuführung eines therapeutischen Mittels zu subepithelialen oder subendothelialen Gewebekompartments ermöglichen. Ein Beispiel für die pharmakologische Schaffung eines Weges, durch den Moleküle entlang eines Druckgradienten wandern könnten, ist die Verwendung von Zona-Occludens-Toxin, beschrieben in den U.S.-Patenten Nrn. 5,864,014, 4,827,534 und 5,664,389.
BEISPIEL 21
Messung der Kapazität
Die oben beschriebenen Methoden für die intraluminale Zuführung unter konstantem Druck können mit Methoden zum Messen der Aufweitung eines Viskus, Ganges oder Blutgefäßes kombiniert werden, um das effektive Volumen des Gewebekompartments zu evaluieren. Solche Methoden können die Verwendung intraluminalen Ultraschalls einschließen, der für die Evaluierung von Gewebekompartmentdurchmessern beschrieben worden ist. Dies ermöglicht ziemlich direkte Messung der Kapazität, d.h. der Kompartmentvolumenfunktion des Druckes im Kompartment. Die Bewertung der Kapazität vor therapeutischer Infusion könnte bessere Selektivität bei der Zuführung zu spezifischen Geweben ermöglichen, was die Variationen verringert, die individueller Physiologie zuschreibbar sind. Intraluminaler Ultraschall oder andere Methoden zur Bewertung des Gewebekompartments können auch mit druckvermittelter Zuführung kombiniert werden, um eine Evaluierung der Zuführungstiefe eines therapeutischen Mittels zu ermöglichen.
Die Methoden der Offenbarung und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung können, mit geeigneten Modifikationen, verwendet werden, um Mittel in die Gänge epithelialer Organe zuzuführen, wie etwa diejenigen der Ohrspeichel- und Speicheldrüsen. In jeder anatomischen Stelle kann die therapeutische Substanz Gentherapie-Vektoren einschließen, wie etwa einen Adenovirus, Adeno-assoziierten Virus, Retrovirus, Herpes-Simplex-Virus, Lentiviren, hybride Viren, DNA-Plasmide, molekulare Konjugate und Liposomen. Erkrankungen, die mit Gentherapie unter Verwendung dieser Methoden behandelt werden können, schließen Stoffwechselerkrankungen (einschließlich Störungen des Cholesterin-Stoffwechsels), Leberfibrose (mit einem Gen, das das entzündungshemmende Gen IL-10 exprimiert), Leberzellen-, Pankreas-, Gallenblasen- Dickdarm-, Harnblasen-, Gebärmutter-, Eierstock-, Zervix-, Harnleiter-, Nieren-, Speicheldrüsen- oder Ohrspeicheldrüsen-Karzinom (mit einem Gen, das ein entzündungsförderndes Gen exprimiert, oder einem anderen antineoplastischen Gen, wie etwa dem adenoviralen Ela-Gen), sklerosierende Cholangitis oder primäre Gallenzirrhose (unter Verwendung der Expression eines enzündungshemmenden Agens, wie etwa IL-10), Mukoviszidose (durch Exprimieren des CFTR-Gens, das vorzugsweise zur Epithelia des Leber-Gallen-Baumes, Pankreas und Darms zugeführ wird) und Leber-Gallen-Infektionen des Typs, der bei Immunsuppression zu sehen ist (zum Beispiel durch Expression eines Pilzgens, das vorzugsweise zum Leber-Gallen-Epithel zugeführt wird).
Die Methoden der Offenbarung und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung können, mit geeigneten Modifikationen, für die Zuführung von Mitteln in das Lumen von Gefäßstrukturen verwendet werden, wie etwa Arterien oder Venen. In ähnlicher Weise können die Methoden der Offenbarung und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindungen, mit geeigneter Modifikation, für die Zuführung von Mitteln in lymphatische Gefäße verwendet werden, wie etwa die Milchbrustgangdrüsen. In jeder anatomische Stelle kann die therapeutische Substanz Gentherapie-Vektoren einschließen, wie etwa einen Adenovirus, Adeno-assoziierten Virus, Retrovirus, Herpes-Simplex-Virus, Lentiviren, hybride Viren, DNA-Plasmide, molekulare Konjugate und Liposomen. Erkrankungen, die mit Gentherapie unter Verwendung dieser Methoden behandelt werden können, schließen Prävention von Restenose im Anschluß an Gefäßtransplantation oder Angioplastik ein (unter Verwendung von Genen, die das entzündungshemmende Gen IL-10 oder andere Gene, die neointimale Verdickung verhindern, exprimieren).
In bestimmten Ausführungsformen schaffen die Methoden und Vorrichtungen einen Druckgradienten für den Zweck der Zuführung von therapeutischen Mitteln, zum Beispiel einen Druckgradienten, bei dem der Druck auf der Innenseite einer Struktur größer ist als in den tieferen histologischen Komponenten der Struktur, so daß der Durchfluß von innen nach außen gelenkt wird. Im Falle eines epithelialen Organs oder Ganges könnte dieser Druckgradient so geschaffen werden, daß der intraluminale Druck größer ist als der Druck in der Lamina propia, der größer ist als der Druck in der Muskelschicht, der größer ist als der Druck in der Serosa. Im Falle einer Gefäßstruktur könnte der Druckgradient so geschaffen werden, daß der intraluminale Druck größer ist als der Druck in der Media oder Adventitia. Aufbau des Gradienten könnte mit Techniken für den Zugang zu weiter innen liegenden Schichten kombiniert werden, wie etwa Entfernung von Epithelzellen, Endothelzellen oder artherosklerotischer Plaque, im Anschluß an die Anwendung eines Druckgradienten von innen nach außen. Alternativ könnte der Druckgradient so aufgebaut werden, daß der Druck auf den weiter außen liegenden Komponenten der Struktur größer ist als die Drücke innerhalb der Struktur, so daß der Durchfluß von äußeren zu inneren Regionen gelenkt wird. Im Falle eines epithelialen Organs oder Ganges würde dieser Druckgradient so geschaffen werden, daß der Druck in der Serosa größer ist als der Druck in der Muskelschicht, Lamina propria oder innerhalb des Lumens (oder daß der Druck in dieser Richtung aufgebaut wird). Im Falle einer Gefäßstruktur würde der Druckgradient so geschaffen werden, daß der Druck in der Adventitia größer ist als der Druck in weiter innen liegenden Strukturen. Im Falle eines Nerven würde der Druckgradient auf das Epineurium oder eine andere Struktur ausgeübt und zum inneren Teil der Nervenfasern gerichtet werden. Der Aufbau des Gradienten kann mit Techniken für den Zugang zu weiter innen liegenden Schichten kombiniert werden, wie etwa Strippen der Adventitia, des Epineuriums oder der Serosa im Anschluß an die Anwendung eines Druckgradienten von außen nach innen.
Wie in dieser Beschreibung verwendet, schließt der Ausdruck „therapeutisches Mittel" ein diagnostisches Mittel ein, das für den Zweck der Erstellung einer medizinischen Diagnose verwendet wird. „Vorbestimmte" Drücke, Durchflösse und Volumina können entweder bei einem bestimmten Patienten bestimmt werden oder aus vorexistierenden Daten geschätzt werden. Der Ausdruck „nicht-vaskulär" bedeutet „nicht ein Blutgefäß". Der Begriff „vaskulär" schließt jedoch sowohl lymphatische als auch Blutgefäße ein. „Chirurgisch" schließt jede Technik für den Zugang zum Inneren des Körpers und seinen Organen ein und schließt herkömmlichen chirurgischen Zugang sowie endoskopische oder laparoskopische Verfahren ein. Ein „Lumen" ist ein Hohlraum oder ein Kanal innerhalb eines hohlen oder röhrenförmigen Organs (wie etwa der Gallenblase oder eines Ganges). „Hepatisch" bezieht sich auf die Leber, „Gallen-" bezieht sich auf die Gallenblase oder Gallengänge und „Leber-Gallen" bezieht sich auf die Gallenblase, Leber und Gallengänge (einschließlich Duktuli), die die Galle sammeln und zwischen den zwei Organen kommunizieren. Eine „isolierte" oder „unter Druck gesetzte" Kammer innerhalb eines Organs erfordert keine flüssigkeitsdichte Abdichtung, sondern nur eine Verringerung des Flüssigkeitsstromes aus der Organkammer bis zu einem ausreichenden Ausmaß, um angemessenen Druck in der Organkammer zu erreichen.
Ein „Schwellen"-Druck ist einer, bei dem epitheliale Zuführung beginnt, subepitheliale Zuführung beginnt, systemische Zuführung beginnt oder irgendein anderer Typ von Zuführung (wie etwa ein gewünschtes Gemisch aus den oben genannten Typen von Zuführung) beginnt. Ein besonderes Beispiel eines Schwellenwertes ist der Peakdruck, der in einem geschlossenen Organraum entwickelt wird und der mikroanatomisches Aufbrechen repräsentiert, das zu substantieller subepithelialer Zuführung führt.
Wie in den folgenden Ansprüchen verwendet, schließt der Singular den Plural ein. Daher schließt „ein(e)" ein(e) oder mehrere ein.
Nachdem wir die Prinzipien der Erfindung in mehreren Ausführungsformen veranschaulicht und gezeigt haben, sollte es den Fachleuten deutlich sein, daß diese Ausführungsformen in ihrer Anordnung und im Detail modifiziert werden können, ohne von solchen Prinzipien abzuweichen.

Claims

Zugangsvorrichtung, die eine längliche Kanüle (80) mit einer Wand, proximalen und distalen Enden und einem Lumen (84), konfiguriert, um einen Trokar (104) mit scharfer Spitze zum Durchstoßen einer Wand eines gewünschten Körperorgans mit einem Hohlraum darin aufzunehmen; und erste und zweite Ballons (86, 88), die mit Abstand voneinander entlang der Kanüle (80) angeordnet sind, umfasst, zur Verwendung bei der gezielten Zuführung therapeutischer oder diagnostischer Mittel, wobei die Ballons (86, 88) mit Abstand voneinander entlang der Kanüle (80) an solchen Positionen angeordnet sind, dass, wenn die Kanüle (80) durch die Wand des gewünschten Körperorgans eingeführt ist und die Ballons (86, 88) aufgeblasen sind, der erste Ballon (86) in Eingriff steht mit einer Innenseite des Organs und der zweite Ballon (88) in Eingriff steht mit einer Außenseite des Organs, wodurch das distale Ende der Kanüle (80) in Position innerhalb des Hohlraumes innerhalb des Organs gehalten wird und im wesentlichen gegen Lecks abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung weiter einen flexiblen Katheter (120) mit einem Äußeren und einer distalen Spitze (124) umfasst, wobei der Katheter (120) durch die Kanüle (80) eingeführt werden kann, wobei der Katheter (120) einen aufblasbaren Ballon (122) nahe seiner distalen Spitze (124) einschließt, der bei Aufblasen einen Gang (42) verschließen kann, der mit dem gewünschten Körperorgan kommuniziert, wobei in dieses Organ der röhrenförmige Körper eingeführt wird.
Zugangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter eine Drainageleitung (98) umfasst, die mit einem Drainageeinlaß distal zu den ersten und zweiten Ballons (86, 88) kommuniziert.
Zugangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter Aufblasöffnungen (100, 102), die an oder nahe dem proximalen Ende der Kanüle (80) angeordnet sind, zum Aufblasen der ersten und zweiten Ballons (86, 88) umfasst.
Zugangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter eine selektiv entfernbare Verschlußeinrichtung umfasst, die die Kanüle (80) selektiv verschließt.
Zugangsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlußeinrichtung eine Kanülenkappe (112) umfasst.
Zugangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanüle (80) aus biologisch kompatiblen Materialien besteht.
Zugangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Katheter (120) mehrere Lumen (84) umfasst und eines der mehreren Lumen mit dem Äußeren des Katheters (120) proximal der aufblasbaren Ballons (86, 88) kommuniziert.
Zugangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der mehreren Lumen (84) mit dem Äußeren des Katheters (120) distal des aufblasbaren Ballons (86, 88) kommuniziert.
Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem Verfahren zur Schaffung eines Zugangs ins Innere einer Gallenblase (40), wobei das Verfahren umfasst: Einführen eines Trokars in die Kanüle (80), mit ersten und zweiten aufblasbaren Umfangsmanschetten; Einführen des Trokars, zusammen mit der Kanüle (80), an einer Einführungsstelle durch die Wand der Gallenblase und Vorschieben der Kanüle (80) in die Gallenblase, sodass die erste aufblasbare Manschette in die Gallenblase eintritt, aber die zweite aufblasbare Manschette dies nicht tut; Aufblasen der ersten Manschette, sodass sie gegen eine Innenseite der Gallenblase um die Einführungsstelle herum anliegt; und Aufblasen der zweiten Manschette, sodass sie gegen eine Außenfläche der Gallenblase um die Einführungsstelle herum anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Verwendung in einem Verfahren zur Zuführung eines therapeutischen oder diagnostischen Mittels zu einem ausgewählten Teil der Leber, wobei das Verfahren umfasst: Einführen des Katheters (120) in einen Lebergang, der den ausgewählten Teil der Leber drainiert; Verschließen des Ganges normograd von einer distalen Spitze (124) des Katheters (120); und Infundieren des therapeutischen oder diagnostischen Mittels durch den Katheter (120) in wenigstens einen Teil des ausgewählten Teils der Leber mit einem vorgewählten Druck, der bestimmt worden ist, um das Mittel aus dem Gang heraus und in das periduktale Gewebe hinein zu transportieren.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle gastrointestinale Viskus ein Leber-Gallen-Gang ist und das periduktale Gewebe Lebergewebe ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Viskus einen Gefäßfluss aufweist, der daraus austritt, und das Verfahren weiter das wenigstens teilweise Verschließen des Gefäßflusses, der aus dem Viskus austritt, umfasst, sodass die Aufnahme des Mittels im Viskus erhöht wird.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gefäßfluss venöser oder lymphatischer Fluss ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiter das Einführen einer pharmakologischen Substanz in den Viskus umfasst, die dazu neigt, feste Verbindungen zwischen Epithelzellen zu öffnen.