ES2260957T3 - Metodo y aparato para una combinacion de electroporacion y iontoforesis, para la administracion de medicamentos y genes. - Google Patents

Abstract

Aparato para suministro molecular transdérmico, que comprende: un primer conjunto de electrodo (12) que tiene un ánodo y un cátodo con poca separación entre sí, para establecer contacto con el stratum corneum y aplicar un campo eléctrico de electroporación al mismo; un segundo conjunto de electrodo (14) separado de dicho primer conjunto de electrodo (12) y que comprende como mínimo un ánodo y un cátodo; un primer medio (16) de suministro de potencia que comprende un primer circuito conectado a dichos primero y segundo conjuntos de electrodos (12) para aplicar un campo eléctrico pulsante de suficiente amplitud para inducir poros en el stratum corneum; caracterizado porque el aparato comprende además un segundo medio de suministro de potencia que comprende un segundo circuito conectado a dicho primer conjunto de electrodos y a dicho segundo conjunto de electrodos, para aplicar un campo eléctrico continuo de bajo voltaje de polaridad preseleccionada y una densidad de corriente iontoforética entre dichos primer y segundo conjuntos de electrodos para inducir emigración de moléculas a través de los poros en el stratum corneum, antes de aplicación del campo eléctrico pulsante; y para incrementar dicha densidad de corriente iontoforética después de la aplicación del campo eléctrico pulsante, sustancialmente en relación directa al número incrementado de poros creados por el campo eléctrico pulsante.

Description

Método y aparato para una combinación de electroporación y iontoforesis, para la administración de medicamentos y genes.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere al suministro de medicamentos y genes, y corresponde particularmente a un aparato y método para la combinación de electroporación y iontoforesis para el suministro transdérmico de genes, medicamentos y otras moléculas.

La comunidad médica ha buscado, desde hace tiempo, métodos mejorados de suministro transdérmico de medicamentos, medicinas y otras moléculas, y líquidos sin penetración física o invasión de la superficie del tejido. En una serie de patentes anteriores del solicitante se dan a conocer aparatos y métodos para la administración transdérmica de moléculas tales como medicamentos, agentes de inmunización y genes a los tejidos que reciben la aplicación, células y tejidos remotos.

En la patente U.S.A. 5.318.514 se da a conocer un aparato para un aplicador para el suministro de un medio líquido que lleva moléculas preseleccionadas a una superficie de un tejido, y aplicando posteriormente señales eléctricas por medio de electrodos situados en la superficie del tejido. El campo es aplicado con una intensidad y duración predeterminadas, a efectos de hacer las paredes de la superficie del tejido transitoriamente permeables para permitir que las moléculas atraviesen la superficie del tejido, pasando al tejido situado por debajo. La electroporación posterior puede posibilitar que las moléculas entren en células preseleccionadas sin dañarlas.

La patente U.S.A. 5.304.120 da a conocer un dispositivo de catéter que es insertado en un vaso sanguíneo seleccionado de un paciente, haciéndolo avanzar hasta un lugar en el interior del vaso en el que se tienen que tratar células endoteliales de la pared interna del vaso. Una vez colocado, el dispositivo de catéter es expandido de manera que una serie de electrodos separados circunferencialmente, soportados por el mismo, se encuentran en contacto con la pared interna del vaso sanguíneo. A continuación, se infunde un medio líquido en el vaso sanguíneo adyacente a los electrodos. Un suministro de potencia conectado a los electrodos es activado para aplicar una señal eléctrica predeterminada a los electrodos. Ésta somete las células endoteliales a campos eléctricos de amplitud y duración predeterminadas, para hacer las paredes de las células endoteliales transitoriamente permeables para permitir que genes o medicamentos terapéuticos entren en las células del endotelio sin exterminarlas.

La patente U.S.A. 5.462.520 da a conocer un método de administración molecular, que comprende el encapsulado de moléculas a administrar en un portador de microburbuja, contactando un área seleccionada de una superficie de un tejido con una solución de las moléculas encapsuladas, y aplicando un campo eléctrico de amplitud suficiente para inducir el tejido y la membrana de las microburbujas para posibilitar la difusión de moléculas desde la microburbuja atravesando el tejido.

La patente U.S.A. 5.464.386 da a conocer un método de suministro molecular transdérmico, que comprende las etapas de encapsular moléculas a suministrar en una vesícula, contactando un área seleccionada de una superficie de un tejido con una solución de las vesículas, y aplicando un campo eléctrico pulsante de suficiente amplitud para inducir fallo dieléctrico del stratum corneum y para inducir transporte de la vesícula intacta a través de los poros del stratum corneum hacia adentro de los tejidos situados por debajo, para posibilitar la difusión de moléculas hacia adentro del tejido.

La patente U.S.A. 5.688.233 da a conocer un método de administración molecular transdérmica en el que las moléculas a administrar son mezcladas con partículas. Un área seleccionada de una superficie de la piel entra en contacto con las partículas y moléculas. Se aplica un campo eléctrico pulsante de amplitud y duración suficientes para inducir fallo dieléctrico del stratum corneum, y se aplica una cierta presión a las moléculas para obligar al transporte de las mismas por los poros en el stratum corneum hacia adentro de la piel situada por debajo.

Una dificultad con el aparato anteriormente conocido es que el stratum corneum (SC), que consiste en una capa delgada de células muertas con una elevada resistencia eléctrica, representa un obstáculo principal para la administración de medicamentos y genes por vía transdérmica. Esta capa puede ser perforada por la administración de cortos impulsos de campo eléctrico de alto voltaje, que crean un fallo dieléctrico del stratum corneum formando poros que pueden permitir el paso de las moléculas. No obstante, a efectos de transportar moléculas y soluciones que contienen moléculas a través de los poros, se ha encontrado que es necesaria una fuerza de impulsión. Esta fuerza de impulsión puede ser proporcionada por cualquiera de una serie de mecanismos, tal como se explica en las patentes antes mencionadas, incluyendo iontoforesis. No obstante, el aparato y métodos conocidos de electroporación para aplicación eficaz de estos principios son limitados.

Entre las técnicas anteriores, relativas de modo general a este sector, se encuentra la patente U.S.A. 5.019.034, que da a conocer una alternativa a las administraciones tradicionales por inyección mediante jeringa y pistola de medicamentos, utilizando impulsos eléctricos de alto voltaje y corta duración que actúan sobre la superficie de la piel para producir la electroporación del tejido, para posibilitar el paso de medicinas y medicamentos hacia los tejidos. No obstante, estos aparatos y métodos conocidos tienen una eficacia limitada.

La electroporación es llevada a cabo, de manera típica, por aplicación de impulsos de alto voltaje entre un par de electrodos que son aplicados a la superficie del tejido. El voltaje debe ser aplicado en proporción a la distancia entre los electrodos. Cuando el espacio entre los electrodos es demasiado grande, el campo eléctrico generado penetra profundamente los tejidos, donde provoca reacción poco agradable de nervios y músculos.

Si bien la electroporación proporciona nuevas rutas a través del stratum corneum para el paso de moléculas, no proporciona la fuerza de impulsión necesaria. Es deseable que la electroporación sea combinada con técnicas para proporcionar una fuerza de impulsión tal como electroincorporación, presión o gradiente de concentración, sonoforesis o iontoforesis.

Es conocido que la iontoforesis, en la que se aplica un voltaje reducido entre electrodos muy separados entre sí durante un largo período de tiempo, puede transportar moléculas con carga por rutas ya existentes, tales como los folículos pilosos y las glándulas sudoríparas. No obstante, los volúmenes de moléculas transportadas son muy pequeños, e insuficientes para muchas aplicaciones. La combinación de la electroporación y la iontoforesis puede incrementar la cantidad transportada inicialmente mientras las rutas creadas se encuentran abiertas. No obstante, las rutas creadas por la electroporación permanecen abiertas durante un corto período de tiempo y, a continuación, se cierran.

Es deseable la disposición de un aparato y métodos más simples para combinar la electroporación y la iontoforesis sin los desagradables efectos secundarios, para el transporte de moléculas a través del stratum corneum o hacia su interior.

Resumen y objetivos de la invención

Es objetivo principal de la presente invención dar a conocer un aparato y método para la combinación de la electroporación y la iontoforesis sin desagradables efectos secundarios para el transporte de genes, medicamentos u otras moléculas a través del stratum corneum o hacia su interior. Para conseguir este efecto, el aparato y método son capaces de mantener una densidad de corriente de iontoforesis suficiente para proporcionar, después de una aplicación de impulsos de electroporación, una densidad de corriente efectiva que corresponde a un incremento de la densidad de poros de la piel, evitando, no obstante, la irritación de la piel.

De acuerdo con el aspecto primario de la presente invención, los medicamentos o genes son llevados a establecer contacto físico con la superficie de la piel, se establece contacto de un electrodo con la superficie y se aplica un campo eléctrico pulsante a la superficie de la piel por medio de electrodos. Esto forma poros en el stratum corneum (SC), y se aplica presión a la superficie de la piel, obligando a los medicamentos o genes o a un agente inmunizante a pasar a través del SC hacia adentro de la piel.

Breve descripción de los dibujos

Los anteriores y otros objetivos y ventajas de la presente invención se apreciarán a partir de la siguiente descripción, conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1A es una ilustración esquemática de un aparato de acuerdo con una realización, a título de ejemplo, de la presente invención, mostrada en la modalidad operativa de electroporación;

la figura 1B es una ilustración esquemática de un aparato según una realización, a título de ejemplo, de la presente invención, mostrado en la modalidad operativa de iontoforesis;

la figura 5 es una vista a mayor escala de un conjunto de cabezal; y

la figura 6 es una vista en perspectiva de un aparato de electrodos de tipo pinza o mordazas que ilustra los brazos de la mordaza en posición abierta para aplicar los campos eléctricos y la presión.

Descripción detallada de las realizaciones preferentes

La presente invención ha sido desarrollada para superar el problema que se presenta por la resistencia del stratum corneum al transporte de genes y medicamentos. La invención aprovecha la fractura dieléctrica del stratum corneum (SC) para transferir moléculas, tales como medicamentos y genes, a través de la superficie del SC hacia el interior del tejido situado por debajo, y posiblemente al torrente sanguíneo. También da a conocer un sistema que reduce los desagradables efectos secundarios del alto voltaje necesario para el fraccionamiento del SC. Una fuerza o presión, tal como iontoforesis, se aplica preferentemente a las moléculas después de la poración para incrementar la velocidad de transporte a través del SC o de los tejidos. En caso deseado, se puede aplicar electroporación subsiguiente para mejorar la absorción de medicamentos, genes, ADN o similares, en las células de los tejidos vivos de humanos y de otros organismos vivos.

La electroporación comporta la formación transitoria de poros en tejidos o membranas de células, utilizando uno o varios impulsos cortos de un campo eléctrico de alto voltaje. Una vez se han formado estos poros en el tejido, líquidos que contienen medicamentos, ADN y otras moléculas pueden atravesar el SC pasando hacia el interior a través del tejido. Una vez se encuentran dentro del tejido, los poros en las membranas celulares permiten que el ADN y otras moléculas entren en las células a través de estos poros en las paredes celulares. Después de ello, permanecen encapsulados en la célula y las paredes de la célula vuelven a estanqueizarse por sí mismas. El ADN u otro gen o medicamento pueden actuar entonces dentro de la celda, alterando las características de la misma. También se pueden retirar más fácilmente los líquidos de los tejidos con ayuda de electroporación.

Es sabido que la iontoforesis puede ser utilizada como fuerza de impulsión para obligar a las moléculas a atravesar superficies de tejidos. El inventor ha descubierto que esta fuerza o presión puede ser aplicada durante la aplicación de impulsos eléctricos para poración o hasta un minuto después de la aplicación de los impulsos eléctricos. Las mediciones de la resistencia transdérmica han demostrado que la piel permanece en situación de baja resistencia, aproximadamente hasta un minuto después de la aplicación de impulsos eléctricos. De esta manera, el líquido puede ser aplicado también a la superficie del tejido hasta un minuto después de la aplicación de los impulsos eléctricos.

La presente invención fue desarrollada para aumentar la introducción de moléculas atravesando las superficies de la piel. Cuando se efectúa el tratamiento con el Stratum Corneum (SC), el flujo puede ser incrementado a intervalos periódicos para mantener la poración y la fuerza de iontoforesis aplicadas hasta que la cantidad deseada de moléculas es transportada a través del stratum corneum.

Haciendo referencia a las figuras 1A y 1B, se ha mostrado esquemáticamente un aparato de acuerdo con la invención. El aparato comprende un par de conjuntos de electrodos (12) y (14), conectados por un circuito eléctrico a una alimentación (16) de potencia para la electroporación y una alimentación (18) de potencia para iontoforesis. Estas alimentaciones de potencia pueden ser, en realidad, una sola unidad de potencia con circuitos para las dos modalidades operativas. Cada uno de los conjuntos electrodos comprende un elemento de soporte (20) y (22), sobre el que está montado un conjunto de electrodos a través del cual se pueden conmutar circuitos para aplicar selectivamente electroporación o iontoforesis al cuerpo de un mamífero. En la realización mostrada, los elementos de soporte (20) y (22) se han mostrado en forma de parches que se pueden aplicar directamente de forma desmontable al SC o superficie de piel. No obstante, el elemento de soporte puede ser cualquier estructura adecuada, tal como se describirá a conti-
nuación.

El conjunto de electrodo (12) comprende un par de conductores paralelos y separados entre sí (24) y (26), montados sobre una superficie plana del elemento de soporte (20), y teniendo, cada uno de ellos, una serie de electrodos con poca separación entre sí, que se extienden hacia afuera, desde el mismo, hacia el otro de los conductores. Una serie de electrodos (28) se extienden hacia afuera formando ángulo recto con respecto al conductor (24) hacia el conductor (26). Una serie de electrodos (30) se extienden hacia afuera formando ángulo recto con el conductor (26) hacia el conductor (24). Estos forman electrodos alternados con poca separación entre sí, a lo largo de la superficie del elemento de soporte (20). En una realización preferente, los electrodos están dispuestos con poca separación entre sí, del orden de unos 0,2 mm hasta unos 0,5 mm. Estos electrodos son también muy pequeños tal como del orden de 0,2 a 1 mm de anchura. Estos forman lo que se ha denominado "electrodo de meandro". La ventaja de estos electrodos con poca separación entre sí es que se pueden aplicar altos voltajes a los tejidos entre los electrodos, sin inducir un voltaje elevado en profundidad en los tejidos situados por debajo.

El conjunto de electrodo (14) está montado sobre un elemento de soporte (22) y, de manera similar, está construido mediante un par de conductores paralelos (32) y (34) con una serie de electrodos (36) que se extienden hacia afuera desde el conductor (34), y una serie similar de electrodos (38) que se extienden hacia afuera desde el conductor (34) hacia el conductor (32). Los dos conjuntos de electrodos mostrados son sustancialmente idénticos, pero pueden ser distintos para distintas aplicaciones.

Los elementos de soporte (20) y (22) para los conjuntos de electrodos pueden estar constituidos por cualesquiera elementos de soporte adecuados, tales como un parche flexible que puede ser fijado mediante adhesivo a la piel de los usuarios, o bien puede ser la superficie de otra forma de dispositivo manipulador que se puede colocar manualmente, pudiendo ser manipulado. Por ejemplo, se pueden montar en aplicadores de tipo manual y fórceps u otro tipo de pinzas, tal como se describirá más adelante.

El conductor (24) y los electrodos (28) del conjunto de electrodos (12) están conectados por el conductor (40) que tiene un conmutador (42) al conductor (44) al suministro de potencia para electroporación (16). De manera similar, el conductor (32) del conjunto (14) está conectado mediante un conductor (46) y conmutador (48) al conductor (44) en el lado positivo del suministro de potencia de electroporación (16).

El conductor (26) del conjunto de electrodo (12) está conectado mediante un conductor (50) con un conmutador (52) al conductor (54) al suministro de potencia de electroporación (16). De modo similar, el conductor (34) del conjunto de electrodo (14) y los electrodos (38) están conectados mediante un conductor (56) y un conmutador (58) al conductor (54) que los conecta al lado negativo del suministro de potencia de electroporación (16). El conductor (60) con interruptor (62) efectúa la conexión entre los conductores (40) y (50). De modo similar, un conductor (64) con un conmutador (66) conecta entre los conductores (46) y (56).

Un conductor (68) con el conmutador (70) conecta el conductor (50) al lado positivo del suministro de potencia para iontoforesis (18). Un conductor (72) con un conmutador (74) conecta el conductor (56) al lado negativo del suministro de potencia (18) para iontoforesis. Con esta disposición, los conmutadores están dispuestos tal como en las figuras 1A y 1B, de manera que los electrodos (28) del conjunto (12) y los electrodos (36) del conjunto (14) están conectados al lado positivo del suministro de potencia de electroporación, y los electrodos (30) del conjunto de electrodos (12) y los electrodos (38) del conjunto (14) están conectados al lado negativo del suministro de potencia de electroporación. Con esta disposición, el suministro de potencia de electroporación puede aplicar impulsos de alto voltaje, representados por la curva (76) a los conjuntos de electrodos con los electrodos con poca separación entre sí, suministrando los campos a la superficie de los tejidos sin incomodidad derivada de ello.

Tan pronto como se ha terminado una electroporación predeterminada del stratum corneum, las moléculas que deben pasar a través de los poros del stratum corneum, si no se encuentran en su lugar, son puestas en contacto con el SC, por debajo de uno u otro de los conjuntos de electrodos, y el suministro de potencia de electroporación (16) es desactivado, y el suministro de potencia de iontoforesis (18) es activado. La potencia de iontoforesis es una potencia de duración más larga y más reducida, tal como se ha representado por la curva (78). Esto tiene lugar abriendo los conmutadores (42) y (48), cerrando los conmutadores (62) y (66), abriendo los conmutadores (50) y (58), y cerrando los conmutadores (70) y (74). El suministro de potencia de iontoforesis actúa entonces suministrando la fuerza necesaria para transportar las moléculas de genes o medicamentos a través del stratum corneum, pasando hacia adentro de los tejidos situados por debajo. Tal como se ha indicado anteriormente, las aberturas del stratum corneum realizadas por la electroporación duran aproximadamente 1-2 minutos después de dicha electroporación. En caso de que ello sea insuficiente para el paso de la cantidad requerida de moléculas a través del stratum corneum, el proceso puede ser repetido al efectuar nuevamente electroporación y aplicando después iontoforesis.

Las densidades de corriente para la iontoforesis están limitadas, en general, a 0,5 miliamperios por cm^{2} para evitar la irritación de la piel. Las densidades de corriente pueden ser descritas a nivel microscópico y macroscópico. A nivel macroscópico, la densidad de corriente es la corriente por área superficial total de un electrodo. A nivel microscópico, la densidad de la corriente se define como corriente que atraviesa un poro dividida por la sección transversal del mismo. El inicio de la irritación de la piel se cree que es provocado por una densidad de corriente que supera un límite en un accesorio determinado. Si la densidad de poros en la piel se incrementa por una aplicación de electroporación, la correspondiente densidad de corriente macroscópica puede ser también incrementada por el mismo factor, mientras que la densidad de corriente microscópica permanecerá constante y hará mínima la irritación de la piel. Si la corriente iontoforética no se ha incrementado después de un impulso de electroporación, no se puede esperar incremento en el flujo (a condición de que el propio impulso de electroporación no sea suficientemente largo para llevar a cabo un cambio sustancial). Después de que la electroporación ha creado muchos más poros, la densidad de corriente iontoforética es incrementada sustancialmente en relación directa al número incrementado de poros, evitando, no obstante, la irritación de la piel.

El número de aberturas de poros provocadas por una aplicación de electroporación corresponde a una disminución de la resistencia en la piel. Mediante investigaciones, la resistencia de la piel durante la iontoforesis se ha observado que es alrededor de 5200 ohmios, y entre 360 y 900 ohmios después de una aplicación de electroporación. Por lo tanto, las correspondientes densidades de corriente de iontoforesis después de una aplicación de electroporación se deben incrementar desde 0,5 mA/cm^{2} aproximadamente hasta un valor comprendido entre 2,9 y 7,0 mA/cm^{2}.

El nuevo cierre potencial de los poros provocado por la electroporación se puede controlar midiendo el voltaje necesario para producir la corriente necesaria de iontoforesis. Un incremento en el voltaje indica un agotamiento de la reserva del medicamento o un cierre de los poros. En el primer caso, el recipiente del medicamento debe ser llenado nuevamente. En un segundo caso, se deben facilitar impulsos adicionales de electroporación para volver a abrir los poros.

En el caso en el que el volumen de las moléculas a transportar es suficientemente grande para que sea necesario un número grande de repeticiones de electroporación, se puede incorporar en el sistema de electroporación y de iontoforesis una función de temporización automática, de manera que se pueden aplicar electroporación e iontoforesis alternadas durante un período de tiempo predeterminado hasta que se ha transportado el volumen necesario de moléculas. La electroporación puede ser llevada a cabo mediante un sistema de electroporación más complejo, que tiene una secuencia de potencia programable y duración programada. Un sistema adecuado es el que se da a conocer en la patente U.S.A. 5869326, presentada el 9 de Septiembre de 1996 y publicada en 9.2.1999, y titulada "Electroporation employing user-configured pulsing scheme" ("Electroporación utilizando un esquema pulsante configurado por el usuario").

De modo amplio, dicha invención se refiere a un método de electroporación de tipo alterno, que utiliza un aparato para generar y aplicar un campo eléctrico de acuerdo con un esquema pulsante especificado por el usuario. Un ejemplo de dicho esquema pulsante comprende un impulso de bajo voltaje de una primera duración, seguido inmediatamente de un elevado voltaje de una segunda duración, seguido inmediatamente de un bajo voltaje de una tercera duración. La invención proporciona el campo de electroporación de bajo voltaje para acumular moléculas en la superficie de una célula, el campo de alto voltaje apropiado para crear una abertura en la célula, y el campo de bajo voltaje final para desplazar la molécula hacia adentro de la célula.

En la presente invención, el alto voltaje sirve para crear poros en el stratum corneum, el bajo voltaje sirve para proporcionar la fuerza de impulsión iontoforética. Se deben asegurar las posiciones de conmutación apropiadas entre los diferentes impulsos.

Las moléculas pueden ser genes o medicamentos tales como ADN, partes de ADN, agentes químicos o cualquier otra molécula. Las moléculas están situadas en gran proximidad a las células, en el tejido intersticial que rodea las células o en un medio fluido que contiene dichas células.

De acuerdo con ello, la presente aplicación se refiere a la generación y aplicación de un campo eléctrico, de acuerdo con un programa de impulsos seleccionado por el usuario, para introducir moléculas de modo más eficaz en las células y minimizar los daños en los tejidos celulares.

Otro aspecto se refiere a la utilización de un aparato que comprende un generador de impulsos eléctricos para generar y aplicar dicho programa de impulsos. Una realización de dicho aparato utiliza los siguientes componentes. Un primer y segundo suministros de potencia proporcionan un primer y segundo voltajes de salida correspondientes. Un transformador, con arrollamientos primarios y secundarios, tiene un par de terminales de salida acoplados a los arrollamientos secundarios. Un primer conmutador, que responde a una primera señal de puerta, aplica el primer voltaje de salida al arrollamiento primario. Un segundo conmutador, que responde a una segunda señal de puerta, aplica el segundo voltaje directamente a los terminales de salida. Un controlador recibe la especificación del usuario de un modelo de impulsos de salida, y proporciona la primera y segunda señales de puerta para generar el modelo de impulsos de salida especificado en los terminales de salida.

Haciendo referencia a las figuras 1A y 1B, los conjuntos de electrodos (12) y (14) están constituidos, cada uno de ellos, por electrodos en oposición que funcionan en la modalidad de electroporación. Cuando el sistema se convierte en la modalidad de iontoforesis, tal como se ha mostrado en la figura 1B, los electrodos de cada conjunto de electrodos son conectados a continuación en paralelo, de manera tal que cada conjunto pasa a ser un electrodo, por lo que el conjunto (12) pasa a ser un electrodo único y el conjunto pasa a ser un electrodo único en la modalidad de iontoforesis. Asimismo, al utilizar la invención, ciertas moléculas a suministrar o transportar bajo el ánodo son considerablemente superiores a las correspondientes debajo del cátodo.

Dado que la piel puede sufrir inversión de carga para pH bajo (lo que cambiaría la dirección de flujo electroosmótico) mediante un experimento inicial se investigó el suministro iontoforético de Calcitonina de Salmón (sCT) debajo del ánodo y del cátodo para asegurar que se conseguía el suministro óptimo debajo del ánodo. Se observó que no había permeación a través de la epidermis humana durante las dos primeras horas, cuando no se aplicaba corriente. La permeación empezó cuando se aplicó corriente a una solución de sCT a través del ánodo de la segunda a la cuarta horas. La piel se dejó recuperar y se volvió a aplicar corriente a las horas entre las 10 y 12, pero, en este caso, debajo del cátodo. Estos resultados confirman que se puede obtener un suministro óptimo debajo del ánodo.

En un experimento, se utilizó una concentración donante de 50 \mug por ml de sCT con salpicaduras de 0,25 \mu Ci-\mul de I-sCT. La cantidad de sCT suministrado a la preparación para la piel fue determinada por muestreo del receptor a lo largo del tiempo, contando la cantidad de sCT marcado en un contador de centelleo.

Se observó una elevación rápida de sCT suministrado a través de la membrana de la piel después del inicio de la iontoforesis, y una rápida disminución de los niveles de sCT después de interrumpir la iontoforesis. Esto indicó que el sCT se desplaza con rapidez a través de la piel sin acumularse, y se comporta tal como en una sustancia casi ideal para la iontoforesis. Este experimento demostró que se consigue un suministro óptimo abajo del ánodo para ciertas moléculas de carga.

Los resultados de varios estudios subsiguientes, en comparación de varias modalidades de incremento eléctrico, se combinan para comparación. No se observó permeación pasiva en ausencia de incremento eléctrico de sCT a través de la membrana de la epidermis humana. La iontoforesis aplicada durante 4 horas resultó en un estado de flujo aproximado de 200 ng/cm^{2}/hora. Como contraste, si los impulsos de electroporación se facilitaban antes de la iontoforesis, se consiguió un flujo aproximado de 800 ng/cm^{2}/hora. Suponiendo un parche de 5 cm^{2}, esto permite un suministro total de 4 \mug/hora, de manera que la dosis diaria terapéutica de 100 I.U. de sCT (aproximadamente 20 \mugm) se puede suministrar en cinco horas con este protocolo. La concentración de sCT utilizada en este experimento fue solamente de 50 \mu por ml. Si se incrementa a 250 \mug/ml y se supone relación lineal, entonces una dosis terapéutica puede ser suministrada en una hora.

En un estudio comparativo de la eficacia del incremento eléctrico del suministro transdérmico de sCT, se compararon la iontoforesis y la electroporación solas y juntas, para evaluar su efecto en el suministro transdérmico de sCT. Las condiciones del estudio fueron similares a las anteriores, excepto que las muestras fueron recogidas cada hora, y se midieron los niveles totales acumulados de ^{125}I-sCT. Los resultados muestran claramente un efecto sinérgico de electroporación combinada con iontoforesis. Tal como se ha indicado en el texto, un incremento de 200 ng/cm^{2}/hora hasta aproximadamente 800 ng/cm^{2}/hora se consiguió cuando se sometió la piel a prepulsaciones.

Los conjuntos de electrodos se pueden montar en cualquier número de soportes distintos o sobre los mismos, según sea adecuado para la aplicación específica. Por ejemplo, los soportes pueden ser parches que son fijados a la piel del sujeto mediante adhesivo, o dispositivos mecánicos para manipulación manual o a máquina de modo remoto.

Otros conjuntos portadores alternativos o implementos de manipulación para los electrodos de la presente invención pueden adoptar cualquier otra forma adecuada.

Un soporte de manipulación manual puede ser utilizado como aparato, llevando a cabo el proceso de la presente invención. El dispositivo comprende un aplicador posicionable manualmente, que está conectado a un generador de señal y a una fuente de un medio líquido a presión, que preferentemente comprende una bomba. El aplicador tiene un conjunto de cabezal que establece contacto y aplica un líquido que contiene moléculas de genes, agentes inmunizantes o medicamentos y vesículas, aplicando también impulsos eléctricos a una zona de tejido de superficie preseleccionada de un paciente. Otros detalles del conjunto del cabezal se han mostrado en la figura 5.

El conjunto del cabezal comprende un conjunto de electrodo (88) que es similar al de las figuras 1A y 1B, que es soportado o montado sobre un soporte o un aplicador, tal como un elastómero esponjoso de poros abiertos (90), soportado por un elemento de soporte plano dieléctrico, flexible, semi-rígido o sólido (92). Segmentos paralelos adyacentes de conductores sirven como electrodos opuestos para aplicación del campo eléctrico de electroporación a la superficie del tejido. Los electrodos son preferentemente pequeños y dispuestos con poca separación, por ejemplo, de 0,2 mm a 1 mm de anchura situados con una separación aproximada de 0,2 mm. El conjunto de electrodo (88) es preferentemente conmutable tal como el de las figuras 1A y 1B, para proporcionar la electroporación y, a continuación, es conmutable para servir como uno de los electrodos de iontoforesis, preferentemente el ánodo. Ambos electrodos de meandro, tal como se han descrito en la figura 1, pueden ser montados sobre el conjunto de cabezal (86). Los electrodos del meandro pueden tener otras geometrías (por ejemplo, circular), siempre que exista un intersticio estrecho y equidistante entre los electrodos.

El aplicador comprende además una parte de mango o asa y una parte de brazo sobre la que está montado el conjunto del cabezal. El conjunto del cabezal (86) está conectado a un extremo distal (98) en forma de Y, por medio de un par de pasadores (100). Estos pasadores posibilitan que el cabezal flexione y se adapte a la curvatura de la superficie de la piel.

Los extremos terminales de los conductores o electrodos del conjunto (88) están conectados al generador de señales (82) mediante un cable eléctrico. Un medio líquido que soporta las moléculas o medicamentos y vesículas es suministrado desde la fuente de dicho medio líquido, lo que puede incluir una bomba o fuente de presión motorizadas de tipo adecuado, que no se han mostrado. La fuente de medio líquido está acoplada al material esponjoso elastómero (90) por un tubo flexible que extiende al aplicador y al aplicador esponjoso. Un segundo conjunto de electrodos está conectado por un cable al generador de señales para aplicación de la iontoforesis.

Un botón accionador del mango del aplicador puede ser presionado para activar una válvula (no mostrada) y suministrar una cantidad adecuada de medio líquido al elastómero esponjoso (90). El elastómero (90) proporciona un sustrato parecido a una esponja para retener una cantidad predeterminada del medio líquido para establecer contacto con el SC o superficie de tejido.

Un botón de accionamiento proporciona los medios para el accionamiento del circuito para la fase o modalidad de electroporación. Esto puede ser un botón pulsador dado que la duración de la aplicación de señales para la electroporación es corta. Un conmutador de accionamiento acciona el circuito para la fase de iontoforesis. Este se ha mostrado como botón deslizante para su desplazamiento hacia y desde las posiciones de marcha y paro debido a la duración de activación más prolongada que se requiere.

Las moléculas a suministrar son llevadas a establecer contacto con la superficie del tejido o stratum corneum de una capa de la piel por medios adecuados y están posicionadas entre un conjunto de múltiples pares de electrodos con poca separación entre sí. Esto se puede conseguir por el aparato en el que un líquido transporta las moléculas y las aplica por la esponja (90), estando posicionado entre el conjunto de electrodo (88) sobre la superficie del aplicador y el SC o superficie de los tejidos.

Después de ello, se aplica un corto impulso de voltaje entre los electrodos, de manera que se generan campos eléctricos de suficiente amplitud para inducir la interrupción dieléctrica que forma poros en el stratum corneum. Una fuerza adecuada, tal como iontoforesis, es aplicada a continuación a la solución que contiene las moléculas para forzar a las moléculas a pasar a través de los poros hacia adentro de los tejidos situados por debajo. El campo eléctrico es aplicado preferentemente de manera que las líneas de campo eléctrico útiles son perpendiculares a la superficie del tejido o superficie del stratum corneum. Es un parámetro eléctrico típico para el stratum corneum una intensidad de campo de 20 a 60 kV/cm aproximadamente, que se pueden generar con voltajes moderados de 20 a 120 voltios con una duración de impulso de 10 microsegundos (\museg) hasta 100 milisegundos (mseg). Este campo eléctrico induce una interrupción de dieléctrico y poros en el stratum corneum, y las moléculas pueden pasar por los poros en el SC. Otras superficies de tejido requerirán, de manera típica, una menor intensidad de campo.

Haciendo referencia a la figura 6, se ha representado y designado, de modo general, con el numeral (120) otro tipo de aparato que puede ser utilizado para llevar a cabo la presente invención. Este dispositivo comprende un dispositivo de pinza o mordaza, que comprende un cuerpo o elemento de soporte (122) con un par de electrodos (124) y (126) montados en un enlace aislado de su extremo distal. El electrodo (126) está construido como conjunto de múltiples electrodos opuestos entre sí y con pequeña separación (128) y (130), igual que en las realizaciones anteriores. Un asa o mango de sujeción de tipo pistola (132) está montado en el extremo próximo del soporte tubular alargado (122) para posibilitar facilidad de manipulación. Los electrodos (124) y (126) están montados sobre un enlace móvil, de manera que los electrodos son desplazables uno hacia el otro y en separación entre sí, igual que las mandíbulas de una pinza.

Un mango o asa móvil (134) está montada con capacidad de pivotamiento en un extremo superior al asa (132) y se conecta con intermedio de un enlace móvil o enlace de accionamiento (136) a los enlaces de electrodo, controlando la separación entre ellos. Los electrodos (124) y (126) pueden ser obligados por medios de resorte (no mostrados) que actúan entre el mango (132) y la palanca de accionamiento (134) hacia la posición cerrada o posición abierta o posición externa. En el presente aparato, es preferible que las garras de electrodos sean obligadas hacia la posición cerrada durante la aplicación de los campos eléctricos. Los electrodos (124) y (126) están conectados con intermedio de conductores en los cables (138) y (140) al generador de potencia y de impulsos adecuados (142). El generador de potencia (142) está diseñado de manera que tiene un circuito, tal como se ha descrito anteriormente, para aplicar un voltaje pulsante para electroporación a los electrodos (128) y (130) dispuestos con poca separación entre sí, y posteriormente aplicar un voltaje sustancialmente constante a los electrodos (124) y (126) para la fase de iontoforesis. El aparato (120) que se ha mostrado está diseñado para su utilización con un laparoscopio para su utilización en el interior del cuerpo humano o del cuerpo de un animal.

En su funcionamiento, una unidad es seleccionada tal como se ha descrito anteriormente, y se selecciona el tejido a tratar, y se aplica una solución que contiene moléculas a suministrar a la superficie del tejido antes o después de la electroporación. El tejido es colocado a continuación y sujetado entre las garras del electrodo con el conjunto del electrodo (126) aplicado al área que se debe someter a electroporación. Una señal proporcional a la distancia entre los electrodos es generada y es introducida manualmente o electrónicamente en el generador de impulsos (142), de manera que éste genera un impulso proporcional al campo deseado y lo aplica a los electrodos (128) y (130). El generador de impulso conectado a los electrodos es accionado, a continuación, mediante un interruptor de gatillo de la unidad, un interruptor de pedal o un interruptor del panel de instrumentos para aplicar repetidamente impulsos a los electrodos, para generar campos eléctricos de una amplitud y duración predeterminadas en el tejido situado entre los electrodos. Los poros abiertos en la superficie del tejido permiten que la solución de moléculas entre en los tejidos, con ayuda de la presión de los electrodos. El suministro de potencia es accionado a continuación en modalidad de iontoforesis para generar la fuerza necesaria a las moléculas para desplazarlas a través del SC, pasando hacia adentro del tejido situado por debajo.

Los campos eléctricos para electroporación son generados aplicando una señal eléctrica predeterminada a los electrodos (128) y (130) del dispositivo. Los parámetros de la señal son seleccionados de manera que el tejido superficial entre los electrodos es sometido a impulsos cortos de campos eléctricos de alta intensidad, suficientes para provocar la electroporación de tejidos entre los electrodos. El voltaje es ajustado de manera precisa, de manera que el campo generado tiene la amplitud óptima deseada. Estos campos hacen que las paredes de los tejidos sean permeables de manera transitoria, para permitir que las moléculas puedan entrar en el tejido. La permeabilidad resulta de la formación temporal de poros en las paredes del tejido que son suficientemente grandes para permitir que emigración de las moléculas a través de las paredes del tejido.

La invención puede ser también llevada a cabo por otros tipos de instrumentos, incluyendo un aparato de tipo catéter y métodos que se dan a conocer en la antes mencionada patente U.S.A. 5.304.120. Este documento citado da a conocer un aparato eficaz y conveniente para el suministro de medicamentos y genes a través de superficies y membranas de tejidos tales como en cavidades corporales. La fuerza de impulsión en este dispositivo de catéter se puede aplicar por la presión del suministro de líquido para el paso inicial a través del SC, y posteriormente iontoforesis aplicada para transportar las moléculas adicionalmente hacia adentro del tejido seleccionado. Se podrían utilizar otras formas de sistemas de suministro, tales como un pequeño sistema fijado en el brazo u otra parte del cuerpo o conectado voluntariamente, conteniendo una fuente de potencia para impulsos accionada por batería recargable, con un contenedor de líquido portador del medicamento u otras moléculas. El líquido podría contener también vesículas en suspensión con el medicamento o moléculas encapsuladas. El aplicador tendría los componentes básicos, de manera tal que, empujando un botón, se suministra una cantidad preseleccionada de solución de moléculas o vesículas a la piel, en la zona situada entre los electrodos. La solución es presionada contra la piel para tener un buen contacto mecánico y aplicar una fuerza de impulsión. Activando otro botón o interruptor, se suministra un impulso eléctrico a los electrodos, que suministran las moléculas a través del stratum corneum.

También se puede aplicar un parche especial a áreas separadas de la superficie de los tejidos. La solución puede estar contenida en el parche que también contiene la estructura de electrodo para crear el campo eléctrico. La estructura de electrodo puede ser similar a la de las figuras 1A, 1B y 5, y dentro del parche o sobre la superficie del mismo, la estructura del electrodo está conectada a dos conductores por afuera del parche, de manera que se puede conectar un generador de impulsos momentáneamente a estos electrodos externos para proporcionar un impulso de voltaje. El parche queda dotado preferentemente de un borde adhesivo para su adherencia a la piel o tejido. También está dotado preferentemente de una cubierta de protección que puede ser separada por pelado, antes de la adherencia del parche a la piel o tejido. Se puede aplicar presión mecánicamente, presionando sobre el parche con cualesquiera medios adecuados para aplicar una presión razonablemente uniforme sobre el área deseada.

Si el medicamento tiene que ser transportado hacia adentro de las células, un segundo impulso después de permitir un tiempo de difusión apropiado, es aplicado para abrir los poros de las células. Esto permite que las células absorban el medicamento o moléculas por electroporación.

Si bien se ha mostrado y descrito la invención por medio de realizaciones específicas, se deberá comprender que se pueden introducir numerosos cambios y modificaciones en la misma, sin salir del ámbito de la invención, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

1. Aparato para suministro molecular transdérmico, que comprende:

un primer conjunto de electrodo (12) que tiene un ánodo y un cátodo con poca separación entre sí, para establecer contacto con el stratum corneum y aplicar un campo eléctrico de electroporación al mismo;

un segundo conjunto de electrodo (14) separado de dicho primer conjunto de electrodo (12) y que comprende como mínimo un ánodo y un cátodo;

un primer medio (16) de suministro de potencia que comprende un primer circuito conectado a dichos primero y segundo conjuntos de electrodos (12) para aplicar un campo eléctrico pulsante de suficiente amplitud para inducir poros en el stratum corneum;

caracterizado porque el aparato comprende además un segundo medio de suministro de potencia que comprende un segundo circuito conectado a dicho primer conjunto de electrodos y a dicho segundo conjunto de electrodos, para aplicar un campo eléctrico continuo de bajo voltaje de polaridad preseleccionada y una densidad de corriente iontoforética entre dichos primer y segundo conjuntos de electrodos para inducir emigración de moléculas a través de los poros en el stratum corneum, antes de aplicación del campo eléctrico pulsante; y para incrementar dicha densidad de corriente iontoforética después de la aplicación del campo eléctrico pulsante, sustancialmente en relación directa al número incrementado de poros creados por el campo eléctrico pulsante.

2. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dichos primeros medios de suministro de potencia y dichos segundos medios de suministro de potencia (16, 18) comprenden medios para aplicar una densidad de corriente iontoforética como mínimo de 0,5 mA/cm^{2} aproximadamente, y para incrementar dicha densidad de corriente iontoforética a un valor comprendido entre 2,9 mA/cm^{2} y 7,0 mA/cm^{2} después de la aplicación del campo eléctrico pulsante.

3. Aparato, según la reivindicación 2, en el que, como mínimo, uno de dichos primer conjunto de electrodos (12) y dicho segundo conjunto de electrodo (14) es un dispositivo en forma de meandro de ánodos y cátodos alternantes, separados aproximadamente 0,2 mm entre sí.

4. Aparato, según la reivindicación 3, en el que cada uno de dicho primer conjunto de electrodo (12) y dicho segundo conjunto de electrodo (14) está constituido por un conjunto en forma de meandro de ánodos y cátodos alternados.

5. Aparato, según la reivindicación 4, en el que dichos ánodos y cátodos de cada conjunto están conectados en paralelo cuando están conectados a dicha segunda fuente de suministro (18).

6. Aparato, según la reivindicación 5, en el que cada uno de dichos conjuntos de electrodo está montado sobre un soporte posicionable manualmente.

7. Aparato, según la reivindicación 5, en el que dicho soporte para, como mínimo, uno de dichos conjuntos de electrodos es una cinta adhesiva.

8. Aparato, según la reivindicación 5, en el que, como mínimo, uno de dichos electrodos es poroso, de forma que una solución de moléculas puede atravesarlo.

9. Aparato, según la reivindicación 8, en el que dicho electrodo poroso es el ánodo.

10. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dicho segundo conjunto de electrodos (14) tiene como mínimo un segundo ánodo y como mínimo un segundo cátodo.

11. Aparato, según la reivindicación 10, en el que dichos primeros medios de suministro de potencia y dichos segundos medios de suministro de potencia (16, 18) comprenden medios electrónicos para mantener la densidad de corriente mínima de aproximadamente 0,5 mA/cm^{2} y, después de la aplicación de impulsos de electroporación, una densidad de corriente comprendida entre 2,9 mA/cm^{2} y 7,0 mA/cm^{2}.

12. Aparato, según la reivindicación 11, en el que dichos electrodos son alternadamente ánodos y cátodos separados entre sí en 0,2 mm.

13. Aparato, según la reivindicación 6, en el que dicho soporte está formado por un par de brazos que se pueden desplazar en separación y acercamiento entre sí, y uno de los conjuntos de electrodo está montado sobre cada brazo.

14. Aparato, según la reivindicación 13, en el que dicho soporte para dichos conjuntos de electrodos está formado por un par de fórceps, y el campo eléctrico aplicado a la superficie del stratum corneum (13) es aplicado en forma de impulsos de 10 a varios centenares de voltios con una duración de impulsos comprendida aproximadamente entre 10 \musegundos hasta 100 msegundos.