ES2237091T3 - Aparato de electroporacion a traves de un tejido con formacion de microporos. - Google Patents

Abstract

Un aparato para la formación de microporos y la electroporación del tejido que comprende: una sonda (322), al menos unos electrodos primero y segundo (210, 212) separados entre sí sobre el tejido, y un medio de control (220) para aplicar una tensión eléctrica entre los electrodos primero y segundo (210, 212) para la electroporación del tejido, estando caracterizado dicho aparato porque dicha sonda (322) es una sonda calentable apropiada para conducir calor a una superficie del tejido para formar al menos un microporo sobre la misma, y dicho medio de control (220) suministra energía a la sonda calentable para formar el al menos un microporo, por medio de lo cual el electrodo primero (210) es acoplado eléctricamente al microporo.

Description

Aparato de electroporación a través de un tejido con formación de microporos.

La presente invención se refiere a un aparato para la electroporación del tejido en el cual han sido formados microporos para recolectar y supervisar fluido biológico del tejido o para suministrar sustancias dentro del mismo.

Explicación de la técnica

La electroporación del tejido, por ejemplo la piel, se usa para potenciar la permeabilidad del tejido, para facilitar la recolección de, o el suministro de sustancias al, tejido. La electroporación usada individualmente para potenciar la permeabilidad del tejido, como por ejemplo la piel, tiene aplicaciones y utilidades limitadas.

Otras técnicas para potenciar la permeabilidad de la superficie del tejido han sido desarrolladas. Una de dichas tecnologías es la formación de microporos del tejido, en la cual la superficie del tejido, como por ejemplo la piel o una capa de mucosa, es físicamente rota mediante la formación de microporos de aproximadamente 1 a 1000 micrómetros de diámetro. Esta tecnología se desvela en la solicitud de patente U.S. número 08/776.863, depositada el 7 de febrero de 1997, en tramitación junto a la presente, y titulada "Formación de Microporos en la Piel Humana para el Suministro de Fármacos y Aplicaciones de Supervisión". El documento de patente U.S. 5.318.514 desvela un aparato para implantar macromoléculas, como por ejemplo genes, ADN o productos farmacéuticos dentro de una región de tejido superficial preseleccionada, que comprende una pluralidad de electrodos conectados a un generador de señales para aplicar un campo eléctrico en la región superficial del tejido. Los electrodos no son calentables.

La formación de microporos ("microporation") del tejido, como por ejemplo la piel, ha probado ser significativamente eficaz en la recolección de fluidos, como por ejemplo fluido intersticial, a objeto de cuantificar un analito en el fluido intersticial.

Existe, sin embargo, campo para mejorar y potenciar las capacidades de formación de microporos y electroporación. En particular se considera deseable combinar los beneficios de la electroporación y la formación de microporos.

Sumario de la invención

La presente invención suministra un aparato para la formación de microporos y la electroporación del tejido en la forma reivindicada en la reivindicación 1. Al menos se forma un microporo a una profundidad predeterminada a través de una superficie del tejido; unos electrodos primero y segundo son colocados separados sobre el tejido y uno de los electrodos se acopla eléctricamente al microporo o microporos; y una tensión eléctrica se aplica entre los electrodos para producir una electroporación deseada en el tejido entre los electrodos. Los electrodos de electroporación sirven también la función de participar en la formación de microporos del tejido. Según una forma de realización preferente, se suministra un dispositivo que tiene elementos que son apropiados para la formación de microporos en el tejido y la electroporación en el mismo.

Al formar microporos en el tejido antes de la aplicación de la electroporación, los parámetros de la formación de microporos podrán ajustarse significativamente y podrá reducirse la sensación en el paciente. Además, al romper la superficie del tejido con los microporos, la electroporación podrá ser dirigida a estructuras seleccionadas en la matriz del tejido de la piel, como por ejemplo capilares, vasos, recorridos linfáticos y similares para potenciar la función forzada del fluido intersticial desde el tejido en el que se han formado los poros, facilitando de dicha forma la recolección y análisis del fluido. Además, la electroporación aplicada a los capilares incrementa también la permeabilidad capilar a las sustancias que van a ser suministradas al interior del tejido.

Los objetos anteriores y otros objetos y ventajas de la presente invención se volverán más fácilmente patentes cuando se haga referencia a la descripción siguiente leída en conjunción con los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un diagrama de flujo que representa genéricamente el procedimiento general que emplea un aparato para la formación de microporos y la electroporación del tejido según la presente invención.

La Figura 2A es un diagrama esquemático de un aparato para la electroporación en el tejido según la presente invención.

La Figura 2B es un diagrama esquemático que muestra el acoplamiento de la corriente eléctrica para la formación de microporos y la tensión eléctrica para la electroporación suministrados en combinación con sondas calentadas eléctricamente/electrodos de electroporación.

La Figura 3 es una vista en sección longitudinal aumentada de tamaño de un dispositivo apropiado para su uso en la formación de microporos y la electroporación en el tejido.

La Figura 4 es una vista desde abajo del dispositivo de la Figura 3 que muestra las sondas calentadas eléctricamente usadas para la formación de microporos y la electroporación en el tejido.

La Figura 5 es un gráfico que muestra la impedancia eléctrica entre unas sondas eléctricamente calentadas una vez que los microporos están formados en la piel.

La Figura 6 es una vista desde un lado de un dispositivo mecánico apropiado para deformar la superficie del tejido para potenciar los efectos de la electroporación.

La Figura 7 es un diagrama esquemático que muestra el uso de un dispositivo de succión para potenciar los efectos de la electroporación.

La Figura 8 es un diagrama esquemático de un conjunto de sondas eléctricamente calentadas múltiples apropiado para formar microporos en el tejido y realizar la electroporación del tejido en múltiples direcciones.

Descripción detallada de los dibujos Definiciones

En la forma usada en la presente memoria, la expresión "fluido biológico" pretende incluir "fluido intersticial" (ISF), que es el fluido transparente que ocupa el espacio entre las células en el cuerpo. El término "estrato córneo" significa la capa más externa de la piel, constituida entre aproximadamente por ciento 15 y aproximadamente 20 capas de células en diversos estados de secado. El estrato córneo suministra una barrera a la perdida de agua del interior del cuerpo al medio externo y a los ataques del medio externo al interior del cuerpo. El término "epidermis" significa la región de la piel que incluye el extracto córneo y se extiende aproximadamente 10 veces más grueso que el estrato córneo dentro del cuerpo, en el que partes de la epidermis por debajo del estrato córneo comprende células vivas metabólicamente activas. La epidermis no contiene capilares ni vasos sanguíneos. El término "dermis" significa la región de la piel que es aproximadamente 10 veces más gruesa que la epidermis y se encuentra justamente debajo de la epidermis. La dermis contiene grandes cantidades de colágeno que suministran integridad estructural a la piel. La dermis contiene una capa de pequeños vasos sanguíneos y capilares que suministran oxígeno y nutrientes al resto de las capas de la piel.

En la forma utilizada en la presente memoria, el término "tejido" significa un agregado de células de un tipo particular, conjuntamente con sus sustancias intracelulares que forma un material estructural de un animal o planta. Al menos una superficie del tejido deberá ser accesible a la radiación electromagnética para que se pueda usar el aparato de la invención. El tejido preferido es la piel. Otros tejidos apropiados para su uso con la presente invención incluyen tejido mucoso y órganos blandos.

En la forma utilizada en la presente memoria, "poración", "microporación" o cualquier término similar significa la formación de pequeños agujeros o poros hasta una profundidad deseada en o a través de la membrana biológica, como por ejemplo la piel o la membrana mucosa, o la capa externa de un organismo para debilitar las propiedades de barrera de esta membrana biológica al paso de fluidos biológicos, como por ejemplo analitos desde debajo de la superficie para su análisis o el paso de infiltrados o fármacos dentro del cuerpo para objetos seleccionados o para determinados procedimientos médicos o quirúrgicos. Preferentemente, el diámetro del agujero o microporo no será superior a aproximadamente 1 mm (1000 micrómetros) y se extenderá hasta una profundidad seleccionada, en la forma que se describirá en lo que sigue en la presente memoria.

En la forma utilizada en la presente memoria, "membrana biológica" o "membrana" significa cualquier material de tejido presente dentro de un organismo vivo que forma una barrera entre tejidos o áreas distintivas de un organismo, o entre el tejido de un organismo y el medio externo, e incluye sin limitación: la piel, membranas mucosas; membranas de la boca; capas externas de una planta; y las paredes de una célula o vasos sanguíneos.

El término "electroporación" significa un procedimiento mediante el cual se aplica corriente eléctrica a través del tejido mediante unos electrodos separados sobre, o dentro de, el tejido para incrementar temporalmente la permeabilidad de las membranas de tejido para la recolección de fluidos del mismo, o para suministrar infiltrados al mismo. Implica el suministro de pulsos de energía eléctrica de una duración relativamente corta para hacer que un potencial de tensión se desarrolle a través de la estructura de tejido diana, de forma que sea suficientemente mayor que un nivel umbral para producir la electroporación deseada. Los parámetros típicos de electroporación y los umbrales para una operación eficaz bajo muchas condiciones operativas son bien conocidas en la técnica y se explican en diversos artículos, incluyendo "Electroporación de la Piel en Mamíferos: un Mecanismo para Potenciar el Suministro Transdermal de Fármacos", Proc. Nat'l Acad. Sci., 90:1054-1058 (1993) de Prausnitz y otros, y "Métodos de Electroporación en Tejido Vivo Usando Electrodos Superficiales", Drug Delivery, 1:1265-131 (1993), de Prausnitz y otros.

En la forma utilizada en la presente memoria, "microporo" o "poro" significa una abertura formada por el procedimiento de formación de poros o microporación.

En la forma utilizada en la presente memoria, "agente bioactivo", "infiltrado", "fármaco" o "agente activo farmacológicamente" o "sustancia suministrable" o cualquier otro término similar significa cualquier material biológico químico o un compuesto apropiado para el suministro por los procedimientos conocidos previamente en la técnica y/o los procedimientos enseñados en la presente memoria, que induce un efecto deseado, como por ejemplo un efecto biológico o farmacológico, que podrá incluir, sin estar limitado a lo mencionado, (1) tener un efecto profiláctico en el organismo y prevenir un efecto biológico indeseado, como por ejemplo prevenir una infección; (2) aliviar una condición causada por una enfermedad, como por ejemplo aliviar el dolor o la inflamación causada como resultado de una enfermedad; (3) aliviar, reducir o eliminar completamente la enfermedad del organismo; y/o (4) la colocación dentro de las capas visibles del tejido del organismo un compuesto o formulado que pueda reaccionar, opcionalmente de una forma reversible, a cambios en la concentración de un analito particular y al hacerlo origine un cambio detectable en dicho compuesto o una respuesta mesurable al formulado tras la aplicación de la energía a dicha área que podrá ser electromagnética, mecánica o acústica.

El término "sonda calentada" significa una sonda, preferentemente en fase sólida, que es capaz de ser calentada en respuesta a la aplicación de energía eléctrica o electromagnética (óptica) a la misma. Por simplicidad, la sonda denominada "sonda calentada" incluye una sonda en un estado calentado o sin calentar, pero que se puede calentar.

La presente invención está dirigida a un aparato para crear un efecto de electroporación para potenciar selectivamente la permeabilidad de estructuras seleccionadas dentro del tejido, incluyendo, pero sin estar limitada a las mismas, paredes de la membrana celular, separando membranas diferentes tipos de tejido y las paredes de capilares y vasos sanguíneos presentes en la dermis para permitir un mayor flujo hacia el exterior del fluido acuoso desde el interior del volumen sanguíneo al interior de los espacios intersticiales o para permitir una mayor entrada del flujo de un compuesto introducido dentro de dichos tejidos circundantes y por tanto en la corriente sanguínea. Este procedimiento podrá ser usado en conjunción con medidas de potenciación de infiltración adicional de los tejidos de la piel para facilitar la recolección externa de un volumen suficiente de fluido intersticial y permitir que se pueda realizar un ensayo del fluido intersticial para la cuantificación de un analito selecionado, por ejemplo glucosa, o para el suministro de un infiltrado dentro del cuerpo.

Se conoce que el tamaño físico de una sección transversal de un capilar y vaso es varias veces mayor que las células dérmicas y epidérmicas presentes en el recorrido de la corriente y la caída de potencial a través de dichas estructuras se sabe que se produce casi exclusivamente en la membrana externa, o en el caso de capilares o vasos sanguíneos en la capa de células epiteliales que comprende la estructura barrera principal dentro de la pared del capilar o vaso. Consecuentemente, una densidad de corriente suficiente para producir una caída de potencial que exceda el umbral nominal (preferentemente mayor que aproximadamente un voltio) para conseguir la electroporación a través de la capa de células epiteliales no es suficiente para producir la electroporación de las membranas presentes en otras estructuras del tejido, como por ejemplo las paredes celulares de las células epidérmicas a través de las cuales fluye la corriente, y por tanto permitir una electroporación selectiva de solamente las membranas diana.

La Figura 1 representa las etapas del procedimiento general 100 usando un aparato según la presente invención. Diversos dispositivos y técnicas para realizar cada una de las etapas en la Figura 1 se muestran y describen en lo que sigue en la presente memoria. Brevemente, el proceso general implica formar al menos un microporo a un intervalo de profundidad predeterminada a través de la superficie del tejido; colocar al menos un primer electrodo acoplado eléctricamente al microporo o microporos y un segundo electrodo separado del primer electrodo; aplicar una tensión eléctrica entre los electrodos primero y segundo suficiente para producir una electroporación deseada en el tejido presente en el recorrido de la corriente inducida.

La etapa 110 implica formar microporos en el tejido que va a ser tratado. Se forma al menos un microporo aunque se podrán formar múltiples microporos como resultará más patente en lo que sigue. El microporo se forma a través de una superficie del tejido, como por ejemplo la piel, hasta un intervalo de profundidad predeterminado dentro del tejido. Por ejemplo, al menos una microporación en la capa externa de la epidermis se forma para permitir que la capa de alta impedancia del estrato córneo sea eliminada del recorrido de la corriente. La profundidad a la cual se crea el microporo se describe en la solicitud provisional U.S., número de serie 60/077.135, presentada en la misma fecha y titulada "Dispositivo de Poración Recogida y Análisis Integradas, y Procedimiento para lo Anterior". Además, el control de la profundidad de la microporación se describe en la solicitud U.S. número de serie 09/036.053 titulada "Procedimiento y Aparato para Potenciar las Velocidades de Flujo de un Fluido en un Tejido Biológico Microporado" presentada en la misma fecha.

Preferentemente, al menos dos microporos se forman con alguna distancia entre ambos en las localizaciones donde se van a colocar los electrodos. Dichos microporos son creados por uno de los diversos procedimientos, como por ejemplo los descritos en la anteriormente mencionada solicitud número de serie 08/776.863 y descrita en lo que sigue. Los microporos varían en tamaño de 1 a 1000 micrómetros a través y desde 20 a 1000 micrómetros de profundidad, pero preferentemente de 80 a 500 micrómetros a través y de 40 a 180 micrómetros de profundidad.

A continuación, en la etapa 120 se aplican los electrodos o se colocan (sino están ya en posición) alrededor de la microporación o microporaciones en el tejido. Esta etapa implica la colocación mecánica de al menos unos electrodos primero y segundo, de forma que al menos uno de los electrodos esté acoplado eléctricamente al microporo. Es decir, al menos uno de los electrodos (es decir el primer electrodo) está colocado próximo al microporo, de forma que el recorrido de corriente dominante o preferente hacia dicho electrodo, inducido por la tensión eléctrica entre el mismo y el segundo electrodo, se realice a través del microporo. Esto sirve de ayuda para asegurar que al menos parte, sino el preferido, recorrido de densidad de corriente a través del tejido intersecta al menos parte de las estructuras del bucle capilar y los vasos sanguíneos presentes en dichos tejidos. El segundo electrodo podrá estar acoplado a cualquier otra superficie del tejido, actuando para completar el recorrido de corriente a través del tejido con respecto al primer electrodo.

Por otro lado, cada uno de los electrodos primero y segundo podrá estar acoplado eléctricamente a los microporos formados en el tejido separados entre sí. Los electrodos podrán penetrar eléctricamente dentro del microporo a través de un electrolito apropiado, por ejemplo una solución de hidrogel o salina conductora colocada sobre la superficie de contacto para facilitar el contacto eléctrico dentro de los microporos. Adicionalmente, según una forma de realización preferente, se usan los mismos elementos que se usan para realizar microporos termalmente en el tejido se usan como electrodos de electroporación una vez que el procedimiento de microporación térmica se ha completado.

La etapa 130, una etapa opcional, implica deformar la superficie del tejido para que se abombe o hinche entre las microporaciones. En función de la profundidad de los microporos y la penetración del electrodo dentro de los mismos, se crea una pequeña deformación de la superficie del tejido en forma abovedada entre los microporos, de forma que se dibuja una línea entre los microporos que podría intersectar las estructuras de tejidos diana, como por ejemplo capilares y vasos, por ejemplo, en la dermis.

A continuación, en la etapa 140, se aplica un pulso de tensión eléctrica o una serie de pulso de tensión entre los electrodos primero y segundo de una magnitud o amplitud suficiente, de forma que el flujo de corriente resultante a través del tejido incluido, incluyendo las estructuras diana, origine una caída de potencial a través de las estructuras del tejido diana, como por ejemplo las paredes de los capilares, que exceden el umbral de electroporación para dichas estructuras de tejido presentes en el recorrido de corriente. El esquema pulsante podrá incluir la modulación de la amplitud del pulso, la temporización del pulso, la polaridad del pulso y la dirección geométrica de los pulsos para conseguir los efectos de electroporación deseados. La duración del pulso es relativamente corta, como por ejemplo (1 microsegundo a 10 ms) dentro de una amplitud designada para asegurar que la caída de potencial a través de las estructuras de membrana diana en el recorrido de la corriente excede nominalmente 1 voltio de potencial, el valor conocido en la técnica siendo el nivel umbral nominal al cual comienza a producirse la poración efectiva de una membrana. La duración y amplitud del pulso aplicado a los electrodos depende del tejido específico al cual se aplican los electrodos, la separación entre electrodos y otros parámetros que afectan a la impedancia del recorrido de la corriente y al acoplamiento de los electrodos al tejido.

En la etapa 150, el tejido biológico exudado del tejido microporado y electroporado se recoge para análisis, o una sustancia como por ejemplo un fármaco o otro agente bioactivo es suministrada al interior del tejido con la permeabilidad potenciada.

Volviendo a las Figuras 2A y 2B, se muestra y describe un aparato para la electroporación y/o formación de microporos y electroporación del tejido. Brevemente, el aparato comprende una sonda calentada apropiada para conducir calor a una superficie del tejido para formar al menos un microporo en su interior; al menos unos electrodos primero y segundo separados entre sí sobre el tejido, estando el primer electrodo acoplado eléctricamente al microporo; y un medio de control para suministrar energía al elemento calentado para formar el microporo o microporos, y para aplicar tensión eléctrica entre los electrodos primero y segundo para la electroporación del tejido.

Específicamente, el aparato mostrado genéricamente con el número de referencia 200, comprende al menos dos electrodos 210 y 212. Al menos uno de los electrodos está colocado en uno de los microporos M1 y M2 formados a través de la superficie del tejido TS, como por ejemplo la piel, y el otro electrodo está separado del mismo y colocado sobre la superficie del tejido para completar el recorrido de corriente a través del tejido. Preferentemente, los electrodos 210 y 212 están colocados en los microporos M1 y M2. Los electrodos 210 y 212 podrán estar soportados por la capa 212 de contacto con el tejido. Se aplica una tensión eléctrica entre los electrodos 210 y 212 mediante un medio de suministro de energía, incluido como parte de un sistema de control 220. El sistema de control 220 incluye el sistema de circuitos apropiado para suministrar corriente eléctrica y tensión eléctrica y para controlar una fuente de energía óptica (en caso necesario). El contacto eléctrico de los electrodos 210 y 212 con los microporos podrá conseguirse con un electrolito apropiado, como por ejemplo un hidrogel o una solución salina conductora colocada sobre la superficie del tejido en los microporos. De nuevo, cada electrodo está colocado preferentemente próximo a un microporo para estar acoplado eléctricamente al mismo.

Los microporos M1 y M2 están formados con anterioridad a la energización de los electrodos de electroporación 210 y 212. Dichos microporos podrán estar formados de varias maneras, incluyendo la ablación térmica por medio de una sonda calentada mediante energía eléctrica u óptica. La ablación por láser óptico o térmico implica colocar un conjunto de fotosensibilización, que incluye un compuesto ópticamente absorbente, como por ejemplo un tinte, en contacto con la superficie del tejido, enfocándose energía óptica sobre el conjunto de fotosensibilización que lo calienta, y el calor es transferido a la superficie del tejido formando un microporo. Los detalles de esta técnica están bien descritos en todas las solicitudes U.S. anteriormente mencionadas. En este caso, una fuente de energía óptica (no representada), controlada por el sistema de control 220 está acoplada ópticamente al conjunto de fotosensibilización colocado sobre la superficie del tejido. Alternativamente, la piel podría hacerse microporosa usando un láser que emite a una longitud de onda que es directamente absorbida por el tejido que se va a retirar, como por ejemplo un láser excimer, holmio, erbio, CO_{2} o similar. El uso de la absorción directa por láser para formar microporos es bien conocido en la técnica. La aplicación de procedimientos de electroporación que se desvelan en la presente memoria son compatibles de forma apropiada con otros procedimientos para formar microporos en la piel.

Según una forma de realización preferente de la presente invención, los electrodos 210 y 212 sirven también como sondas calentadas eléctricamente usadas para abladir térmicamente el tejido para formar los microporos M1 y M2. Específicamente, cada electrodo 210 y 212 comprende una sonda calentada eléctricamente que consta de un alambre calentado eléctricamente que es sensible a la corriente eléctrica suministrada a su través. En la forma mostrada en la Figura 2B, durante la etapa o ciclo de formación de poros, la corriente eléctrica es acoplada por medio de unos conductores 222 y 224 al electrodo 210 para suministrar una corriente eléctrica a su través, y la corriente eléctrica está también acoplada por medio de unas líneas de cables conductores 226 y 228 al electrodo 212. Por otra parte, durante la etapa o ciclo de electroporación, se aplica una tensión a los conductores 222 y 224 con relación a un potencial de tensión aplicado a los conductores 226 y 228, originando que el electrodo 210 esté a un potencial positivo con respecto al electrodo 212, o alternativamente a un potencial negativo con respecto al electrodo 212 (dependiendo de la polaridad deseada). De dicha forma, las sondas calentadas eléctricamente descritas anteriormente tienen un objeto dual, dado que pueden realizar las funciones de formación de poros y de electroporación.

Las Figuras 3 y 4 ilustran la incorporación de las sondas calentadas eléctricamente de objeto dual como parte de un dispositivo integrado de cultivo, recolección y análisis de fluido mostrado genéricamente con el número de referencia 300. El dispositivo 300 incluye una capa de 310 de contacto con el tejido que tiene una superficie 320 de sonda calentada eléctricamente. El dispositivo 300 comprende además una capa detectora 340, como por ejemplo un sensor fotométrico o un biosensor electroquímico, ambos de los cuales son capaces de suministrar una indicación de una característica de un fluido biológico recolectado, como por ejemplo el nivel de un analito en un fluido intersticial. Un medidor (no representado) está acoplado por una capa 330 de interfaz del medidor a la capa detectora 340 eléctrica u ópticamente, en función del tipo de capa detectora usada. El dispositivo 300 integrado se describe con más profundidad en la solicitud U.S. número de serie 60/077.135, titulada “Dispositivo de Poración, Recogida y Análisis Integrado y Procedimiento para lo Mismo”.

En la forma mostrada con más detalle en la Figura 4, la superficie 320 de la sonda calentada eléctricamente comprende varias sondas 322 calentadas eléctricamente suministradas sobre la superficie inferior de la capa 310 de contacto con el tejido. Se muestran tres sondas 322 calentadas eléctricamente, pero podrán suministrarse cualquier número de las mismas. Cada una de las tres sondas 322 calentadas están conectadas a un par de conductores eléctricos 324, 325, 326, 327, 328 y 329, en la forma mostrada. Los conductores eléctricos se extienden según la longitud de la capa 310 de contacto con el tejido y terminan en una pluralidad de puntos próximos al extremo inferior del dispositivo integrado 300. Cada sonda 322 eléctricamente calentada está conectada a un sistema de control por los pares respectivos de conductores (324, 325), (326, 327) y (328, 329), en la forma mostrada en la Figura 4.

Cada sonda 322 calentada eléctricamente podrá ser activada individualmente a través de la selección y energización apropiadas de los conductores 324, 325, 326, 327, 328 y 329. Podrá ser ventajoso excitar todas las sondas 322 calentadas eléctricamente de forma simultánea, permitiendo de dicha forma un diseño del cableado en serie o en paralelo, reduciendo el número de interconexiones con el dispositivo y facilitando un procedimiento de poración más rápido. Si solamente se suministra una sonda 322 calentada eléctricamente, entonces al menos se suministran dos conductores para suministrar corriente eléctrica a la misma.

Las sondas 322 calentadas eléctricamente funcionan como sondas térmicas sólidas y están calentadas eléctricamente de forma que la temperatura del tejido, la piel, es elevada hasta una temperatura superior a 123 grados C. Las sondas 322 calentadas eléctricamente comprenden por ejemplo un elemento de alambre de tungsteno de 100 a 500 micrómetros de largo y 50 micrómetros de diámetro. Un número de estudios clínicos en seres humanos se han realizado en los que se consiguió la formación de microporos superficiales usando dichos tipos de alambres como la sonda calentada eléctricamente. Los elementos de tungsteno son típicamente tendidos planos contra alguna forma de elemento de respaldo que limita naturalmente la profundidad de penetración del elemento de cable dentro del tejido a medida que están siendo formados los microporos (en virtud del tamaño del elemento). La temperatura del elemento calentado se modula en la medida necesaria para efectuar el procedimiento de formación de microporos. Dichas técnicas de modulación y ciclo de pulso de trabajo se desvelan en solicitud U.S. número de serie 08/776.863.

El gráfico de la Figura 5 muestran los datos de impedancia entre dos sondas eléctricamente calentadas (elementos de tungsteno) separadas según 2,5 mm sobre la piel humana. El gráfico muestra que inmediatamente después de que incluso se aplique un primer pulso, la impedancia eléctrica entre los mismos a través del núcleo del cuerpo cae varios órdenes de magnitud y después continua cayendo con cada pulso subsecuente a medida que la sonda penetra más profundamente dentro de los tejidos viables de la piel, haciendo de esto un electrodo ideal para el suministro del pulso de electroporación deseado. Cada uno de los pulsos térmicos alcanza un máximo de 700 grados C y tiene una duración de 3 ms. La alineación inherente y perfecta entre la sonda calentada eléctricamente y el microporo que ha creado simplifica también el procedimiento, no requiriendo etapas adicionales ni elementos físicos para colocar el electrodo.

Además, dado que las sondas 322 calentadas eléctricamente funcionan también como electrodos de electroporación es particularmente ventajoso dado que están ya en contacto con la epidermis de humedad variable una vez que se ha realizado el procedimiento de formación de microporos. Con dichos electrodos en posición, una corriente intermedia bien cc o ca puede ser establecida desde uno o más electrodos hasta uno o más electrodos o desde un (o más) electrodo hasta un electrodo separado por la aplicación de una tensión apropiada entre los electrodos para inducir un campo de fuerzas electromagnéticas en el tejido ISF por debajo del estrato de la cornea para potenciar el flujo de salida de la muestra ISF.

Una técnica similar podrá aplicarse con el uso de una sonda calentada ópticamente en un dispositivo integrado, como por ejemplo el desvelado en la solicitud depositada en la fecha mencionada. Sin embargo, electrodos adicionales como por ejemplo los mostrados en el dispositivo de las Figuras 3 y 4, son requeridos adicionalmente con objeto de suministrar la energía de electroporación al tejido con microporos. Dichos electrodos adicionales se podrán formar convenientemente en la superficie inferior del conjunto o capa de fotosensibilización, usando un procedimiento litográfico para crear una pauta tipo circuito impreso de trazas conductoras, porciones de las cuales sirven como los electrodos en el lado de contacto con el tejido de esta capa. Esta pauta de conductores conecta los electrodos a los microporos que se van a formar, de forma que al menos un electrodo en la traza conductora está acoplado eléctricamente a un microporo.

Con referencia de nuevo a la Figura 2A, cuando se aplica una tensión entre los electrodos, para conducir una corriente entre los mismos a través del tejido, se crean unas líneas EF de flujo de corriente, de forma que al menos una o más de las mismas atraviesa las estructuras de tejido diana intervenidas, como por ejemplo los capilares, CP en el tejido. Dichas líneas de flujo (recorridos de corriente) van preferentemente tan profundas como la dermis papilar para aceptar los capilares dentro de la misma. El esquema de pulsos de tensión podrá consistir en un primer pulso de tensión de una polaridad seguido por un segundo pulso de tensión de una polaridad opuesta. Esto origina que la corriente fluya en ambas direcciones entre los electrodos. Una ventaja de redirigir el flujo de corriente en ambas direcciones en un conjunto dado de microporos es que presentan el cuerpo con una señal ca balanceada sin establecerse una polarización eléctrica acumulativa. Esta señal balanceada ha sido mostrada para minimizar la sensación al individuo.

Dependiendo de la profundidad de los microporos y la penetración de los electrodos dentro de los mismos, el tejido podrá ser deformado según una cantidad D predeterminada para incrementar adicionalmente el número de líneas de flujo eléctrico que pasan a través de las estructuras de tejido diana específicas, como por ejemplo los capilares en el tejido. Por ejemplo, el tejido podrá ser deformado tanto como 0,5 mm. Esta deformación podrá conseguirse por varios medios. Por ejemplo el tejido podrá ser simplemente apretado entre los microporos.

La Figura 6 ilustra un elemento mecánico que puede usarse para implantar un arco en el tejido. El elemento mecánico 400 tiene una pequeña abertura 410 en su interior (de 2 a 4 mm). Se aplica una fuerza al elemento mecánico 400 que presiona el dispositivo sobre la piel en el sitio de poración y origina de dicha forma que la superficie del tejido, es decir la piel, se arquee o hinche dentro de la abertura 410 y entre los electrodos soportados sobre el dispositivo 300. Esta hinchazón del tejido potencia el efecto que los recorridos de corriente crearon durante la formación de poros que pueda haber en el tejido, en la forma mostrada en la Figura 2A. Además, esto induce un gradiente de presión positiva en el arco forzando el fluido hacia los microporos donde pueden salir del tejido y entrar en la cámara de gestión de fluidos del dispositivo.

La Figura 7 ilustra otro medio de crear un arco en el tejido. Una cámara de vacío 500 podrá ser creada encima de la superficie del tejido en el que se van a formar poros contenido en un recipiente hermético. Una fuente o medio de presión negativa, como por ejemplo una bomba 510, está acoplada a una cámara encerrada que está cerrada herméticamente sobre el área del tejido que se va a tratar. El tejido es succionado dentro de la cámara 500 usando una succión suave, en el que las dimensiones y forma de la abertura respecto de la cámara 500 y la cantidad de succión aplicada produce la cantidad deseada de deformación de la superficie del tejido. Otros medios de succión apropiados son por ejemplo una jeringa o un diafragma.

El uso de electroporación acoplado con la formación de microporos consigue ventajas significativas. Específicamente, en el caso de electroporación convencional donde se usan pulsos que exceden de 50 a 150 voltios se usan rutinariamente para formar electroporos en el extracto de la cornea o capa mucosa en el medio de tejido con microporos de la presente invención, pulsos de solamente unos pocos voltios podrán ser suficientes para formar electroporos en las células, capilares u otras membranas dentro del tejido diana. Esto es principalmente debido a la dramática reducción en el número de capas aislantes presentes entre los electrodos una vez que la superficie externa del tejido ha sido abierta, como se refleja en el gráfico de la Figura 5.

La forma en que se aplican los pulsos de electroporación podrá variar. Por ejemplo, una pluralidad de microporos separados entre sí en el tejido podrán formarse y los pulsos eléctricos aplicarse posteriormente en direcciones múltiples entre conjuntos diferentes (pares o más) de electrodos para facilitar la electroporación de un porcentaje mayor del área de las estructuras diana en el tejido de intervención, como por ejemplo las paredes capilares. Este fuego cruzado multidireccional podrá conseguirse con una pluralidad de sondas eléctricamente calentadas similares a las mostradas en las Figuras 3 y 4. La Figura 8 ilustra una forma de realización como la mencionada, en la cual una matriz 3 x 3 600 de sondas 610 calentadas eléctricamente se aplica a la superficie del tejido. Las sondas 610 calentadas eléctricamente sirven también como electrodos de electroporación. El conjunto podrá formarse usando tecnologías de impresión de circuitos bien conocidas, como por ejemplo grabado químico, deposición de película litográfica, etc. Un elemento de formación de poros calentado eléctricamente apropiado se coloca posteriormente sobre los conductores apropiados grabados sobre un sustrato/placa de circuito. En esta forma de realización, todas las sondas o solamente sondas seleccionadas de las sondas 610 calentadas son energizadas para formar microporos en el tejido. A continuación, conjuntos de sondas calentadas 610 que están acopladas eléctricamente de forma apropiada a sus microporos respectivos se conectan a una fuente de tensión ca o cc para crear una distribución de corriente entre las mismas. Se aplica tensión entre conjuntos diferentes de elementos de poración, actuando ahora como electrodos de electroporación en los microporos diferentes para cambiar la dirección de la electroporación a través del tejido. Pulsos sucesivos se consideran preferentes bien en una polaridad opuesta con respecto al mismo conjunto de electrodos y/o entre conjuntos diferentes de electrodos. Cada recorrido posible podrá ser energizado en cualquier polaridad o intercambiado entre polaridades alternativamente. Las ventajas de redirigir el flujo de corriente en ambas direcciones en un conjunto dado de microporos es que al presentar al cuerpo una señal ca balanceada no se establece una polarización eléctrica acumulativa. Además, este control de corriente multidirecional ha mostrado reducir dramáticamente la sensación del sujeto durante el procedimiento de electroporación como el establecimiento de parámetros de pulsos por debajo de determinados niveles de pico de tensión y con una duración de cada pulso mantenida a un mínimo, preferentemente por debajo de unos pocos milisegundos.

Es bien conocido en la técnica que la electroporación podrá originar que se formen temporalmente aberturas en las membranas celulares y otras membranas de tejidos internos. Pero teniendo rajada la superficie del tejido como por ejemplo el estrato córneo, la capa mucosa o la capa externa de una planta y si se desea la epidermis y dermis o más profundamente dentro de una planta, la electroporación podrá usarse con parámetros diseñados para actuar selectivamente en dichas barreras de tejido subyacentes. Por cualquier medio de potenciación de la energía electromagnética, la acción específica de la potenciación podrá ser designada para enfocar sobre cualquier parte del microporo, por ejemplo en la parte inferior del microporo al enfocar la descarga de los electrodos, poner en fase electrodos múltiples u otros procedimientos de formación de campos y dispositivos y similares. Alternativamente la potenciación podrá ser enfocada más genéricamente en todo el microporo o el área que rodea al poro.

El procedimiento de operación de la electroporación cuando se aplican a la formación de microporos en el tejido tiene la ventaja de ser capaz de usar parámetros operacionales que serían inútiles para unas condiciones de la superficie del tejido intacta sin microporos. En particular, los parámetros operacionales utilizables cuando se aplica después de la formación de microporos en la piel o en la capa mucosa o en la capa externa de una planta son genéricamente próximos a los usados típicamente en aplicaciones in vitro donde unas únicas membranas celulares son abiertas para el suministro de una sustancia. Ejemplos de dichos parámetros son bien conocidos en la literatura. Por ejemplo, Sambvrook et al., “Clonación Molecular: Manual de Laboratorio, 2” Ed. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York, 1989.

Otra potenciación adicional que podría usarse en conjunción con las técnicas de electroporación descritas en la presente memoria es la aplicación de energía sónica. Técnicas de energía sónica apropiadas se describen en la solicitudes U.S. anteriormente mencionadas.

Diversas modificaciones y alteraciones de la presente invención se volverán patentes a los expertos en la técnica sin apartarse del ámbito de la invención en la forma definida en las reivindicaciones adjuntas, y debe sobrentenderse que la presente invención no está limitada a las formas de realización ilustrativas establecidas en la presente memoria.

Claims (16)

1. Un aparato para la formación de microporos y la electroporación del tejido que comprende: una sonda (322), al menos unos electrodos primero y segundo (210, 212) separados entre sí sobre el tejido, y un medio de control (220) para aplicar una tensión eléctrica entre los electrodos primero y segundo (210, 212) para la electroporación del tejido, estando caracterizado dicho aparato porque dicha sonda (322) es una sonda calentable apropiada para conducir calor a una superficie del tejido para formar al menos un microporo sobre la misma, y dicho medio de control (220) suministra energía a la sonda calentable para formar el al menos un microporo, por medio de lo cual el electrodo primero (210) es acoplado eléctricamente al microporo.

2. El aparato de la reivindicación 1, en el que la tensión eléctrica aplicada entre los electrodos primero y segundo (210, 212) es de una magnitud apropiada para originar una caída de tensión a través de los capilares en el tejido que yace en un recorrido de corriente entre los electrodos primero y segundo para exceder un umbral de electroporación.

3. El aparato de la reivindicación 1, en el que la sonda calentada (322) forma unos microporos primero y segundo separados entre sí en el tejido, y en el que el primer electrodo (210) está acoplado eléctricamente al primer microporo y el segundo electrodo (212) está acoplado eléctricamente al segundo microporo.

4. El aparato de la reivindicación 1, en el que la sonda calentada (322) es una sonda calentada eléctricamente, y en el que el medio de control (220) suministra corriente eléctrica a la sonda (322) calentada eléctricamente para formar el microporo o microporos.

5. El aparato de la reivindicación 4, en el que la sonda (322) calentada eléctricamente sirve también como el primer electrodo (210), de forma que se aplica la tensión eléctrica entre la sonda (322) calentada eléctricamente y el segundo electrodo (212).

6. El aparato de la reivindicación 4, en el que la sonda calentada (322) comprende unas sondas primera y segunda calentadas eléctricamente separadas entre sí que responden a la corriente eléctrica suministrada por el medio de control (220) para formar dos microporos en el tejido separados mutuamente.

7. El aparato de la reivindicación 6, en el que las sondas (322) primera y segunda calentadas eléctricamente sirven además como los electrodos primero y segundo, estando acoplado el medio de control (220) a las sondas (322) primera y segunda calentadas eléctricamente para aplicar la tensión eléctrica entre ambas.

8. El aparato de la reivindicación 7, y que comprende además una capa (310) de contacto con el tejido que soporta las sondas (322) primera y segunda calentadas eléctricamente, y que comprende además un medio conductor (324, 325, 326, 327, 328) para acoplar corriente eléctrica desde el medio de control (220) a las sondas (322) primera y segunda calentadas eléctricamente y para aplicar la tensión eléctrica entre las sondas primera y segunda calentadas eléctricamente.

9. El aparato de la reivindicación 1, en el que el medio de control (220) aplica un primer pulso de tensión de una polaridad con respecto a los electrodos primero y segundo (210, 212) seguido por un pulso de tensión de una polaridad opuesta con respecto a los electrodos primero y segundo (210, 212).

10. El aparato de la reivindicación 1, y que comprende una pluralidad de sondas (322) calentadas eléctricamente que responde cada una a la corriente eléctrica para formar una pluralidad de microporos separados entre sí en el tejido, y en el que el medio de control (220) aplica unos pulsos de tensión eléctrica entre conjuntos diferentes de la pluralidad de sondas calentadas eléctricamente para formar electroporos en el tejido en múltiples direcciones.

11. El aparato de la reivindicación 10, en el que el medio de control (220) aplica un pulso de tensión de una primera polaridad entre un primer conjunto de electrodos seguido por un pulso de tensión de una polaridad opuesta entre el primer conjunto de electrodos.

12. El aparato de la reivindicación 1, y que comprende un dispositivo integrado para coleccionar, recolectar y analizar fluido biológico, comprendiendo el dispositivo integrado una capa de contacto con el tejido y una capa detectora, en el que la sonda calentada y los electrodos primero y segundo están soportados por la capa de contacto con el tejido, estando colocada la capa detectora próxima a la capa de contacto con el tejido para detectar una característica de un tejido biológico recolectado del tejido a través de al menos de un microporo.

13. El aparato de la reivindicación 12, en el que la capa detectora comprende un biosensor electroquímico.

14. El aparato de la reivindicación 12, en el que la capa detectora comprende un sensor fotométrico.

15. El aparato de la reivindicación 1, y que comprende además un elemento mecánico apropiado para originar que la superficie del tejido se hinche entre los electrodos primero y segundo.

16. El aparato de la reivindicación 1, y que comprende además un medio para aplicar succión al tejido para succionar la superficie del tejido entre los electrodos primero y segundo.