ES2265869T3

ES2265869T3 - Sistema para determinar una cantidad efectiva de energia para suministrarla a fluidos en fototerapia.

Info

Publication number: ES2265869T3
Application number: ES00305740T
Authority: ES
Inventors: Kyu Ho Lee
Original assignee: Therakos Inc
Current assignee: Therakos Inc
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2020-07-07
Also published as: PT1066842E; HUP0002591A2; CA2313577C; EP1066842A2; JP5008788B2; ATE432725T1; ATE330648T1; TR200001913A2; EP1066842B1; NO20003522L; CN1296171A; SG89337A1; CZ20002547A3; EP1066842A3; PT1754497E; DE60028872T2; IL137133A0; ES2327951T3; CA2313577A1; CN100354623C

Abstract

Sistema para determinar un valor de energía lumínica para fluido para suministrar a un fluido biológico que comprende objetivos, en el que el valor de energía lumínica para el fluido es la cantidad de energía lumínica que hay que suministrar a dicho fluido para maximizar la probabilidad de que dichos objetivos reciban la energía lumínica que produce un resultado deseado, comprendiendo el sistema a) medios adaptados para obtener dicho valor efectivo de energía lumínica para los objetivos que comprende i) medios adaptados para disponer dichos objetivos en otro fluido que no contiene esencialmente otro material de atenuación de la luz; ii) medios adaptados para irradiar dicho otro fluido que contiene dichos objetivos con valores de muestra de energía lumínica; y iii)medios adaptados para determinar el valor de energía lumínica para la muestra que produce dicho resultado deseado; b) medios adaptados para obtener dicho factor medio de energía lumínica para el fluido que comprende i) medios adaptados para obtener un valor medio de energía lumínica en un área superficial incidente de dicho fluido biológico; y ii) medios adaptados para obtener un valor de energía lumínica en una superficie incidente de dicho fluido biológico; y c) medios adaptados para calcular un periodo de tiempo de irradiación mediante una fuente de energía lumínica para suministrar dicho valor de energía lumínica para fluido a dicho fluido biológico.

Description

Sistema para determinar una cantidad efectiva de energía para suministrarla a fluidos en fototerapia.

Campo de la invención

La invención se refiere generalmente a la determinación de una cantidad de energía lumínica ara suministrarla a fluidos, particularmente fluidos parcialmente transparentes que contienen dianas para la energía lumínica, con el fin de suministrar una cantidad efectiva de energía lumínica a las dianas. La invención se refiere particularmente a sistemas de fototerapia y fotoféresis donde se desea que una cantidad efectiva de energía lumínica sea suministrada a dianas en fluidos biológicos.

Antecedentes de la invención

La irradiación con luz o fototerapia se ha usado ampliamente en las ciencias químicas u biológicas durante muchos años La irradiación con luz ultravioleta (UV) de la sangre se usó en los años 1930, 40 y 50 para el tratamiento de muchas afecciones. Estas afecciones incluían enfermedades bacterianas tales como septicemias, neumonías, peritonitis, infección de heridas, infecciones virales que incluyen la hepatitis aguda y crónica, poliomielitis, sarampión, paperas y mononucleosis. La fototerapia o irradiación con luz incluye también los procedimientos de exposición de dianas fotoactivables o fotosensibles, tales como células, productos sanguíneos, fluidos corporales, moléculas químicas, tejidos, virus y compuestos farmacológicos, a energía lumínica, que induce una alteración en o a las dianas. En los últimos años, las aplicaciones de fototerapia están aumentando en el campo médico. Estas aplicaciones incluyen la inactivación de virus que contaminan la sangre o los productos sanguíneos, el tratamiento preventivo de reacciones de aloinmunización inducida por infusión concentrada de plaquetas, y el tratamiento tanto de las enfermedades medidas por linfocitos T. Las aplicaciones de irradiación con luz incluyen también la esterilización por irradiación de fluidos que contienen microorganismos indeseables, tales como bacterias o virus.

Numerosos estados de enfermedades humanas, particularmente los relacionados con los fluidos biológicos tales como la sangre, responden favorablemente al tratamiento por irradiación con luz visible o UV. La irradiación con luz puede ser efectiva para eliminar la inmunogenicidad en las células, inactivar o matar células seleccionadas, inactivar virus o bacterias, o activar respuestas inmunológicas deseables. Por ejemplo la fototerapia se puede usar como un tratamiento antiviral para algunos componentes sanguíneos, o toda la sangre, (Véase la solicitud PCT WO 97/36634 titulada Photopheresis Treatment of Chronic HCV Infections). En este caso, un virus patógeno en un concentrado de plaquetas donadas se puede inactivar por exposición a luz UV.

De hecho, algunas formas de irradiación con luz pueden ser efectivas por si mismas, sin la introducción de agentes o compuestos externos, mientras que otras implican la introducción de agentes o catalizadores específicos. Entre las últimas técnicas de tratamiento está el uso de fármacos fotoactivables. En una aplicación particular, es bien conocido que un número de estados de enfermedades humanas se pueden caracterizar por la sobreproducción de algunos tipos de leucocitos, incluyendo los linfocitos, en comparación con otra población de células que comprenden normalmente toda la sangre. Las poblaciones excesivas y anormales de linfocitos dan como resultado numerosos efectos adversos en pacientes que incluyen el deterioro funcional de los órganos corporales, enfermedades autoinmunes mediadas por leucocitos y trastornos relacionados con leucemia muchos de los cuales muy a menudo dan como resultan una fatalidad.

El uso de fármacos fotoactivables puede implicar el tratamiento de sangre de un paciente enfermo donde las células sanguíneas específicas se han vuelto patógenas como consecuencia del estado de enfermedad. Los procedimientos pueden generalmente implicar el tratamiento de las células sanguíneas patógenas, tales como los linfocitos, con un fármaco fotoactivable, tal como un psoralen, que es capaz de formar fotoaductos con ADN de linfocitos cuando se exponen a radiación UV.

Un tipo específico de fototerapia es la fotoféresis extracorpórea (ECP). Una aplicación de la ECP es para el tratamiento del linfoma de linfocitos T cutáneos (CTCL). En un ejemplo, de esta terapia, se administra oralmente 8-metoxipsoralen (8-MOP), un compuesto sensible a la luz de producción natural a un paciente antes del tratamiento ECP anterior. Durante el tratamiento ECP, se retira la sangre del paciente, se anticoagula, y los glóbulos blancos se separan por centrifugación y se recogen como un leucocito enriquecido, también conocido como una capa leucocito-plaquetaria. Las moléculas de 8MMOP en la sangre se introducen en los núcleos de los glóbulos blancos y se intercalan en su ADN de doble hélice.

En el circuito extracorpóreo, se dirige la luz UV a la fracción de sangre enriquecida con leucocito y promueve la fotoactivación de las moléculas diana de 8-MOP. La 8-MOP fotoactivadas alteran el leucocito patógeno por reticulación a las bases de timidina y previenen el desenrollado del ADN durante la transcripción. El fluido que contiene los leucocitos alterados se vuelve a reinfundir entonces en el paciente. La reinfusión induce un ataque inmunológico retardado terapéuticamente significante que dirige los antígenos sobre la superficie tanto de los leucocitos irradiados como de los leucocitos no irradiados de los mismos clones patógeno. Véase la Solicitud PCT WO 97/36581 titulada Photophoresis Treatment of Leukocytes. Esta solicitud PCT describe el sistema UVAR® para ECP. Las patentes de los Estados Unidos No 4.321.919, 4.398.906, 4.428.744 y 4.464.166 describen también, entre otros, procedimientos para reducir la población de linfocitos en funcionamiento de un sujeto humano que usa técnicas de fotoferéticas.

La ECP se ha mostrado también como una terapia efectiva en una serie de enfermedades autoinmunes tales como la esclerosis sistémica progresiva (véase A.H. Rook et al., DERMATOl. 128:337-346 (1992)), enfermedad inflamatoria del intestino, artritis reumatoide (véase S. Malawista et al., ARTRITIS RHEUM 34:646-654 (1991)), y JUVENILE ONSET DIABET MELLITUS (véase J. Ludvigson, DIABETES METB. REV (9(4):329-336 (1993), así como otros fenómenos mediados por linfocitos T que incluyen enfermedades injerto contra huésped (véase Rosseti et al., TRANSPLANT 59(1):149-151 (1995)), y rechazo de aloinjerto de órgano después de un transplante (véase A.H. Rook et al., J. CLIN. APHERESIS 9(1):28-30 (1994)). El tratamiento ECP da preferiblemente como resultado una respuesta inmunológica altamente específica contra linfocitos T aberrantes así como la retirada de anticuerpos patógenos y complejos inmunológicos en circulación.

Una dificultad inherente en las técnicas de irradiación con luz o fototerapia cuando se usan en la irradiación de fluidos y/o componentes diana, es, sin embargo, que a menudo el fluido no es completamente transparente a la luz, por ejemplo, el propio fluido no es totalmente transparente y/o el fluido contiene material (por ejemplo, material no-diana) que no es totalmente transparente a la luz. El material que no es completamente transparente a la energía lumínica atenúa la irradiancia de la luz. Este fenómeno es particularmente indeseable en aplicaciones de fototerapia o fotoféresis ya que algunos objetivos en el fluido recibirán luz que está atenuada por el material no transparente. Esta atenuación hace difícil predecir cuanta energía lumínica se debería suministrar al fluido para proporcionar una cantidad deseada de energía lumínica a los objetivos en el fluido.

Otra fuente de atenuación de la luz en los fluidos es el apilamiento. El apilamiento se produce en un fluido cuando el material o los objetivos en el fluido no están distribuidos uniformemente sobre la superficie del fluido sino que están localizados a diferentes profundidades a lo largo del fluido. Por lo tanto, por ejemplo, los objetivos en la capa más exterior del fluido, más cercana a la fuente de luz de irradiación, pueden estar expuesta a una intensidad de luz incidente, mientras que los objetivos por debajo de la capa superficial pueden recibir energía lumínica atenuada.

Además, las formas del material no transparente en el fluido y su alineación pueden ser una causa de atenuación de la luz. Por ejemplo, en las aplicaciones de fotoféresis, los materiales no objetivos en el fluido biológico pueden incluir glóbulos rojos, que tienen formas discoidales con depresiones en el centro. Cuando los glóbulos rojos están alineados en paralelo a la fuente de energía lumínica durante la irradiación, su atenuación de luz se minimiza. Sin embargo, cuando los glóbulos rojos están alineados en perpendicular a la fuente de energía lumínica durante la irradiación, su atenuación de luz se maximiza. Puesto que la alineación de tal material fluido no es normalmente predecible, es actualmente difícil de determinar con precisión cuanta energía lumínica ha de ser suministrada en el fluido biológico con el fin de suministra una cantidad deseada de energía lumínica a cada objetivo en el fluido y solucionar la atenuación de luz producida por la alineación del material.

La metodología CTCL ECP referenciada en la solicitud PCT WO 97/36581 se puede usar para ilustrar estas características ejemplares de atenuación de luz. La suspensión de una capa leucocito-plaquetaria contiene normalmente algunos glóbulos rojos y plaquetas debido a las ineficiencias inherentes en las técnicas de separación celular utilizadas. Puesto que la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria, los glóbulos rojos y las plaquetas no son totalmente transparentes, pueden atenuar la energía lumínica durante la irradiación. Igualmente, puesto que el espesor del fluido durante la irradiación puede soportar glóbulos rojos diana a diferentes profundidades, el apilamiento está presente. Finalmente, la alineación de glóbulos rojos en el fluido que contiene una capa leucocito-plaquetaria puede atenuar la energía lumínica.

Con CTCL ECP, la cantidad deseada de energía lumínica para distribuir a los objetivos puede estar basada, por ejemplo en distribuir suficiente energía lumínica a los glóbulos blancos diana para producir una frecuencia gradual de muerte que culmina en al menos el 50% de los glóbulos blancos irradiados, tratados muertos después de 6 días de irradiación- Aunque, las calidades de no-transparencia del fluido hacen actualmente que sea difícil calcular con precisión la cantidad de energía lumínica requerida para suministrar al fluido, con el fin de conseguir el resultado deseado.

Una manera convencional de reducir el efecto de la atenuación de la luz en tales aplicaciones es agitar constantemente el fluido durante la irradiación. La agitación ayuda a producir una exposición uniforme de los objetivos a la energía lumínica, aunque no dirige directamente todos los factores de atenuación lumínica presentes en tales aplicaciones. Véase Solicitud PCT WO 98/22164, titulada Blood Product Irradiation Device Incorporating Agitation.

Por lo tanto es deseable tener un sistema para determinar una cantidad efectiva de energía lumínica para distribuir a fluidos que contienen objetivos para la energía lumínica, con el fin de suministrar una cantidad efectiva de energía lumínica a los objetivos y, más en particular, tener un sistema aplicable a los sistemas de fototerapia o fotoféresis para determinar una cantidad efectiva de energía lumínica para suministrar a un fluido biológico que contiene objetivos para la energía donde se desea suministrar una cantidad efectiva de energía lumínica a los objetivos.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un sistema para determinar un valor de energía lumínica para el fluido para suministrar a un fluido biológico que comprende objetivos tales como los definidos en la reivindicación 1. Preferiblemente, el sistema comprende, además, medios adaptados para exponer dicho fluido biológico al valor de energía lumínica para el fluido. Específicamente, el valor de energía lumínica para el fluido (FLEV) se calcula obteniendo un valor efectivo de energía lumínica de objetivo (TELEV) y el ipso medio de energía lumínica del fluido (Factor ALE). En una realización específica, se puede usar un procesador informático para determinar el FLEV.

El fluido que contiene los objetivos es un fluido biológico. Más preferiblemente, el fluido biológico comprende una capa leucocito-plaquetaria rica en leucocitos. La capa leucocito-plaquetaria rica en leucocitos puede ser tratado con un fármaco activable por a energía lumínica. Más preferiblemente, la capa leucocito-plaquetaria puede ser tratada con 8-MOP. En otra realización de la presente invención, el fluido es un fluido biológico homogéneo. El fluido biológico puede comprender también materiales no objetivos. Estos materiales no objetivos pueden atenuar la energía lumínica, y afectar al cálculo del FLEV. Los materiales no objetivos pueden consistir en glóbulos rojos. Además, la energía lumínica suministrada a los objetivos puede ser energía lumínica UV. Más preferiblemente, la energía lumínica es energía lumínica ultravioleta A (UVA).

El valor efectivo de energía lumínica de los objetivos se obtiene colocando los objetivos en el fluido e irradiando el fluido con valores de energía lumínica de muestra. El fluido seleccionado puede limitar la atenuación de la energía lumínica suministrada. En una realización específica, el fluido puede consistir en solución salina. Más específicamente, los objetivos de la capa leucocito-plaquetaria rica en leucocitos se pueden colocar en solución salina y ser irradiados para identificar un valor de energía lumínica en el cual un porcentaje deseado de los leucocitos morirá gradualmente a lo largo de un tiempo especificado después de la exposición a la energía lumínica. En otra realización más, el fluido seleccionado puede consistir en plasma. Se pueden obtener fluidos biológicos de muestra a partir de donantes. Los objetivos en los fluidos de muestra pueden ser irradiados entonces con valores de muestra de energía lumínica para identificar el valor efectivo de energía lumínica. En una realización específica, se puede usar un procesador informático para determinar el valor efectivo de energía lumínica de los objetivos.

El factor medio de energía se calcula a partir de las mediciones de un valor medio de energía lumínica en un área superficial unitaria de los objetivos en el fluido biológico y un valor de energía lumínica en una superficie incidente de la película de fluido biológico. En una realización específica, la energía lumínica media en un área superficial unitaria de los objetivos en el fluido biológico se puede obtener introduciendo una energía lumínica media a una tabla de área superficial unitaria. El valor de energía lumínica en una superficie incidente se puede obtener entonces introduciendo un valor de energía lumínica a una tabla de superficie incidente. Estos valores se pueden calcular también directamente.

En una realización el apilamiento teórico de los glóbulos rojos no puede producirse. En otra realización, el apilamiento de los glóbulos rojos se puede producir y se puede obtener un factor. Este factor puede, en una realización particular, estar entre 1 y 2, y más particularmente ser aproximadamente 1,5.

El periodo de tiempo de irradiación requerido por una fuente de energía lumínica para suministrar el FLEV se calcula una vez que se han determinado el valor efectivo de energía lumínica del objetivo y el factor medio de energía lumínica según la presente invención y se usa para calcular el FLEV.

En otra realización de la presente invención, se puede usar un sistema informático para determinar el FLEV. Este sistema informático puede comprender un procesador, una memoria y un proceso informático. Más específicamente, el proceso informático comprende un conseguidor configurado para obtener el valor efectivo de energía lumínica del objetivo, un conseguidor configurado para obtener el factor medio de energía lumínico del fluido y/o un calculador configurado para calcular el FLEV. En una realización específica, el calculador usado para calcular el FLEV puede estar también configurado para calcular un periodo de tiempo de irradiación a lo largo del cual el FLEV es suministrado a los objetivos. El calculador usado para calcular el FLEV puede contener también un conseguidor para obtener un valor del decaimiento de la vida útil para la fuente de energía lumínica.

El conseguidor configurado para obtener el valor efectivo de energía lumínica de los objetivos puede incluir un conseguidor configurado para obtener el valor medio de energía lumínica en un área superficial unitaria, un conseguidor configurado para obtener un valor de energía lumínica en una superficie incidente del fluido biológico y/o un calculador configurado para calcular el factor medio de energía lumínica. Más preferiblemente, el conseguidor configurado para obtener un valor de energía lumínica en una superficie incidente del fluido biológico puede contener un introductor para introducir un valor medio de energía lumínica en una superficie incidente de la tabla de fluidos biológicos, y/o un introductor configurado para introducir un valor medio de energía lumínica en una tabla de área superficial unitaria.

Los procedimientos y los artículos de fabricación de la presente invención pueden implicar las funciones y operaciones realizadas por los sistemas descritos y los componentes de los mismos.

Otros objetivos, características y ventajas de la presente invención se harán aparentes a partir de la siguiente descripción detallada. La descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque indican realizaciones específicas de la invención, se proporcionan únicamente a título ilustrativo. Por lo tanto, la presente invención también incluye los diversos cambios y modificaciones dentro del alcance de la invención que pueden ser aparentes para los expertos en la técnica a partir de esta descripción detallada.

\newpage

Breve descripción de las figuras

Las figuras adjuntas, que constituyen una parte integrante de la especificación, ilustran realizaciones de la invención, y junto a la descripción, sirven para explicar los objetos, las ventajas y los principios de la invención.

La figura 1 es un diagrama 100 de un sistema de fotoféresis según una realización de la presente invención.

Las figuras 2A y 2B son un diagrama de flujo 200 de las etapas realizadas por un sistema de fotoféresis según una realización de la presente invención.

La figura 3 es un diagrama 300 de un sistema informático para controlar el dispositivo de fotoactivación según una realización de la presente invención.

La figura 4 es un diagrama de flujo 400 de las etapas realizadas por el programa de fotoactivación 314 cuando se le solicita que suministre energía lumínica a un fluido según una realización de la presente invención.

La figura 5 es un diagrama de flujo 500 de las etapas realizadas por el programa de fotoactivación 314 cuando se calcula el valor efectivo de energía lumínica del objetivo según una realización de la presente invención.

La figura 6 es un diagrama de flujo 500 de las etapas realizadas por el programa de fotoactivación 314 cuando se calcula el valor medio de energía lumínica para el fluido según una realización de la presente invención.

La figura 7 es un gráfico de los factores medios de energía lumínica como una función de porcentaje de hematocrito en diferentes espesores de fluido según una realización de la presente invención.

La figura 8 es una tabla que proporciona un valor ejemplar de decaimiento de lámpara única a lo largo del tiempo.

La figura 9 es un gráfico de irradiación media de lámpara única medida a una distancia de 25 cm de la línea central de una lámpara a lo largo del tiempo.

Descripción detallada de la invención

Las siguientes definiciones no están destinadas a limitar la naturaleza de la presente invención y sirven para proporcionar una comprensión más clara de algunos aspectos de la presente invención.

Objetivo: Los objetivos incluyen materiales fotosensibles o fotoactivables que experimentan un cambio cuando son expuestos a la energía lumínica. En consecuencia, los objetivos pueden ser manipulados, alterados, estimulados y/o activados cuando son expuestos a energía lumínica. Los objetivos incluyen, pero no se limita a, objetivos biológicos tales como glóbulos rojos, glóbulos blancos, plaquetas, factores de proteína, virus, bacterias, parásitos, ADN, ARD, toxinas y compuestos farmacológicos. Los objetivos expuestos a energía lumínica pueden igualmente interactuar con otros materiales u objetivos.

Fototerapia: La fototerapia incluye procedimientos en los cuales los objetivos fotosensibles, fotocambiables o fotoactivables están expuestos a energía lumínica.

Fluido: Los fluidos incluyen sustancias que se pueden usar como vehículos de objetos. Los ejemplos de fluido incluyen fluido espinal, células y otros fluido compatibles con un objetivo tal como solución salina de tampón fosfato, plasma, etc., y las combinaciones de los mismos. El fluido puede incluir materiales no-objetivos y puede ser de naturaleza biológica.

Material no-objetivo: Los materiales no-objetivos incluyen material que atenúa la energía lumínica, aunque no son los objetivos destinados para la energía lumínica. Los materiales no-objetivos incluyen glóbulos rojos y plaquetas.

Fluido biológico: Los fluidos biológicos incluyen fluidos que lleva objetivos y/o material no-objetivos y que tienen la capacidad de soportar objetivos biológicos. Los fluidos biológicos pueden incluir toda la sangre, el plasma, el fluido sinovial, el fluido amniótico y el fluido espinal, además de vehículos tales como la solución salina u otros medios conocidos, preferiblemente compatibles con organismos biológicos tales como células y tejidos, y las combinaciones de los mismos.

Fotoféresis: un tipo de fototerapia en la cual se extrae el fluido de un donante, se expone a energía lumínica, y se devuelve al donante. En una realización particular, el fluido extraído, tal como toda la sangre o partes de toda la sangre (tal como la capa leucocito-plaquetaria), puede contener objetivos. La CTCL ECP es un ejemplo de fotoféresis.

Fotoactivación: La fotoactivación es un procedimiento en el cual un objetivo es cambiado por ejemplo manipulado, alterado, estimulado o activado) por exposición a energía lumínica. Un ejemplo de un objetivo que experimenta la fotoactivación es el fármaco 8-MOP usado en CTCL ECP que, antes de la fotoactivación, es inerte. La exposición de este compuesto farmacológico a energía lumínica lo activa de una manera que puede retilucar el ADN linfocitario.

Energía lumínica: La energía lumínica es la forma de energía que reacciona con objetivos, tales como objetivos biológicos o químicos. Un ejemplo de energía lumínica usada en aplicaciones de fototerapia es la luz UV, más específicamente, la luz UVA en la metodología CTCL ECP.

Resultado deseado: Un resultado deseado es un resultado para los objetivos manipulados con energía lumínica. En el contexto de CTCL ECP, por ejemplo, un resultado deseado podría ser tener un porcentaje específico de leucocitos irradiados que mueren gradualmente a lo largo de un periodo de tiempo específico después de su exposición a la energía lumínica.

TELEV: El valor Efectivo de Energía de Objetivo es el valor de energía lumínica suministrado a los objetivos, preferiblemente calculado en un medio o fluido que no contiene esencialmente otro material de atenuación de la luz que produce un resultado deseado.

Factor ALE: El Factor Medio de Energía Lumínica compara la cantidad de energía lumínica presente en la superficie incidente del fluido con la cantidad de energía lumínica en la superficie de los objetivos dentro del fluido.

FLEV: El Valor de Energía Lumínica del Fluido es la cantidad de energía lumínica suministrada al fluido para maximizar la probabilidad de que los objetivos reciban su TELEV.

Espesor Uniforme de Fluido: El espesor uniforme de fluido es el espesor de fluido donde se produce la irradiación de luz de los objetivos.

Espesor de material no-objetivo: El espesor de material no-objetivo es el espesor del material no-objetivo que es el material no-objetivo dominante de atenuación de la luz en un fluido.

Relación de espesor: La relación de espesor del espesor uniforme del fluido respecto del espesor medio de los materiales no-objetivo en el fluido.

Periodo de irradiación: El periodo de irradiación es el periodo de tiempo que la fuente de energía lumínica irradia el fluido que contiene los objetivos.

Ahora se ha de hacer referencia en detalle a las realizaciones de la presente invención como se ilustra en los dibujos anexos. En la medida de lo posible; los mismos números de referencia serán usados a lo largo de todos los dibujos y la siguiente descripción para referirse a partes iguales o similares.

Las metodologías de irradiación con luz, como se ha mencionado anteriormente, implican el suministro de energía lumínica a un objetivo para conseguir un resultado deseado. Los objetivos pueden ser llevados en un medio (por ejemplo, un fluido) durante la irradiación con luz. En un contexto particular de la presente invención, la cantidad de energía lumínica suministrada a los objetivos en un fluido que contiene esencialmente material no-objetivo de atenuación de la luz, con el fin de conseguir el resultado deseado, es el TELEV. De hecho, los materiales no-objetivos pueden también estar presentes en el fluido, lo cual puede dar como resultado la atenuación de la energía lumínica que se desea suministrar a los objetivos. Por consiguiente, el sistema de la presente invención, entre otros, cuenta con la atenuación de la luz del material no-objetivo presente en el fluido determinando el FLEV de manera que el TELEV pueda ser suministrado al material objetivo.

En una aplicación específica de la presente invención, los sistemas de fototerapia implican irradiar objetivos, tales como células o un fármaco dentro de una célula, con energía lumínica, cuando los objetivos son microscópicos o incapaces de ser autónomos, se puede usar un fluido portador para suministrar los objetivos para la irradiación.

La cantidad de energía lumínica requerida por un objetivo puede estar basada en el resultado deseado. Por ejemplo, en CTCL ECP puede ser deseable tener algún porcentaje de glóbulos blancos que mueren gradualmente a lo largo de un periodo de tiempo específico después del tratamiento de irradiación con luz (por ejemplo al menos el 50% de los glóbulos blancos mueren gradualmente dentro de los 6 días después de la irradiación). Véase la solicitud PCT WO 97/36581. Este valor de energía lumínica requerido para producir un resultado deseado (por ejemplo, un porcentaje deseado de los objetos se mueren gradualmente a lo largo de un tiempo especificado después de la exposición a la energía lumínica) es el TLEV. Existe una serie de enfoques convencionales que se pueden usar para obtener el TELEV. Algunos de estos enfoques se mencionan más adelante más en detalle. De hecho, los valores TELEV pueden ser predeterminados y pueden estar disponibles en la memoria de un sistema informático usado con la presente invención, por ejemplo en una tabla de consulta.

Puesto que el material en un fluido puede atenuar la energía lumínica que por otra parte se deseada para ser suministrada a los objetivos en el fluido, el fluido requiere una exposición adicional de energía lumínica para maximizar la probabilidad de que los objetivos en el fluido reciban su TELEV. La cantidad de energía lumínica necesaria que hay que suministrar al fluido para maximizar la probabilidad de que los objetivos reciban el TELEV es denominada Valor de Energía Lumínica de Fluido (FLEV). El FLEV está basado, en parte, en las características de atenuación del fluido y del material en el mismo, y se puede determinar por los procedimientos y sistemas de la presente invención.

\newpage

Como se ha mencionado anteriormente, la atenuación de la luz en el fluido se puede producir por numerosas razones. Por ejemplo, la atenuación se puede producir si el fluido que se está irradiando contiene materiales objetivos y/o materiales no objetivos que no son totalmente transparentes. Igualmente, la atenuación se puede producir si la muestra de fluido que se está irradiando soporta capas de objetivos y materiales no-objetivos. Además, la forma y la alineación de los objetivos individuales y/o los materiales no-objetivos pueden influir sobre la cantidad de atenuación de luz.

El FLEV se puede calcular determinado el TELEV y el porcentaje de energía lumínica incidente que será suministrada a un área media unitaria del fluido. Este porcentaje es denominado Factor Medio de energía Lumínica de Fluido (Factor ALE). Una vez que se conoce el Factor ALE, se puede determinar el FLEV como sigue:

(1.0)FLEV \ = \ \frac{TELEV}{ALE \ Factor}

Por ejemplo, se puede determinar que 1 julio de energía lumínica UV suministrada a los objetivos producirá un resultado deseado (TELEV). Sin embargo, debido a la atenuación de la energía lumínica en el fluido (por ejemplo, por la presencia de material no transparente en el medio que contiene los objetivos o el apilamiento), la energía lumínica que alcanza los objetivos en el fluido es reducida, y de este modo, aproximadamente 0,1 Julio de energía lumínica UV alcanza de hecho los objetivos. De este modo, el Factor ALE es 0,1, es decir, solamente el 10% de la energía lumínica suministrada a la superficie del fluido alcanzará de hecho (de media) todos los objetivos. De este modo, aplicando la ecuación 1.0, se requieren 10 julios (FLEV) de energía lumínica para ser suministrada a la superficie del fluido para garantizar que los objetivos (de media) reciben 1 julio de energía lumínica (el resultado deseado).

En una realización particular de la invención, el Factor ALE puede ser determinado dividiendo la energía lumínica suministrada en el área superficial unitaria de los objetivos, Ea (Julio/cm^{2}), por la energía lumínica incidente suministrada a la superficie incidente del fluido, Eo (Julio/cm^{2}):

(1.1)ALE Factor = Ea/Eo

A continuación se proporcionan medios ejemplares que no se ajustan a la invención, para determinar el Factor ALE, teniendo en consideración las características de atenuación lumínica del fluido y sus componentes. A título de ejemplo, en las aplicaciones CTLC ECP cuando una suspensión de capa leucocito-plaquetaria con un espesor (D) de película uniforme es irradiada por una luz IVA con una irradiación incidente (Io) en la superficie de la película de fluido (mW/cm^{2}), la Eo suministrada a la superficie del fluido durante un periodo de irradiación dado (t) se expresa mediante la ecuación 1.2:

(1.2)Eo = Io*t

La suspensión de una capa leucocito-plaquetaria es parcialmente transparente a la luz Uva. Por lo tanto, este fluido atenúa la irradiancia de la luz en un punto dado en el interior del fluido. El grado de atenuación es una función de absorbencia del fluido y de la profundidad de penetración de la luz a partir de la superficie del fluido.

Asumiendo la ley de Beer, el factor de transmisión (T_{1}) del fluido entre la superficie incidente y un punto dado en el fluido a una distancia (D_{1}) puede expresarse como:

(1.3)T_{1} = 10^(-a*c*D_{1})

donde a es el factor de transmisión del fluido (cm^{2}/g) y c es la concentración de componente de absorción de UVA en el fluido (g/cm^{2}).

La ecuación 1.3 puede expresarse como:

(1.4)T_{n} = 10^(-a*c*D_{n})

donde D_{a} es la distancia desde la superficie incidente del fluido y n es D_{n}/D_{1}:

(1.5)T_{n} \ = \ (T)^{n}

Además, la irradiancia (In) a la distancia de D_{n} de la superficie incidente es:

(1.6)In \ = \ Io \text{*}(T_{1})^{n}

El valor medio de irradiancia (Ia) sobre todos el rango del espesor D_{t} de película del fluido se puede calcular integrando sobre el rango de la profundidad del fluido y dividiéndolo por el espesor de la película:

(1.7)Ia \ = \ Io \left[\left(\frac{1}{N}\right) \ \int^{N}_{0} \ T^{n}_{1} \ d_{n}\right]

donde N = D_{t}/D_{1} y la relación de Ia respecto de Io es:

(1.8)Ia/Io \ = \ \left[\left(\frac{1}{N}\right) \ \int^{N}_{0} \ T^{n}_{1} \ d_{n}\right]

Integrando sobre el espesor de película I relación se convierte en:

(1.9)Ia/Io \ = \ \frac{1}{N}\left(\frac{T^{N}_{1} \ - \ 1}{1n(T_{1})}\right)

Uno llega de este modo a la siguiente ecuación analítica:

(2.0)Ea/Eo \ = \ \frac{1}{N}\left(\frac{T^{N}_{1} \ - \ 1}{1n(T_{1})}\right)

donde N es la relación del espesor D (cm) de película uniforme respecto del espesor D_{1} (cm) de material no transparente no-objetivo, y T_{1} es el factor de transmisión de la luz a través del fluido cuando el fluido tiene un espesor de fluido igual al espesor del material no-objetivo dominante. Un material no-objetivo es dominante cuando se compara con cualquier otro material no-objetivo, es el atenuador de luz predominante. La precisión de este cálculo se puede maximizar en situaciones en las cuales el material objetivo y el material no-objetivo dominante en el fluido están uniformemente distribuidos a través de todo el fluido, por ejemplo agitando.

La ecuación 2.0 se puede aplicar particularmente a fluidos parcialmente transparentes, en particular se puede usar en aplicaciones de fotoféresis para evaluar la cantidad media de energía lumínica UVA suministrada a los glóbulos rojos en una suspensión de una capa leucocito-plaquetaria agitada. En una realización específica, cuando la aplicación se usa con fluidos que contienen glóbulos rojos (con un espesor de aproximadamente 2 * 10^{-4} cm) como material atenuador lumínico no-objetivo dominante, la ecuación 2.0 se convierte en:

(2.1)Ea/Eo \ = \ \frac{1}{N}\left(\frac{\left(1 \ - \ \frac{H}{100}\right)^{N} \ - \ 1}{1n\left(1 \ - \ \frac{H}{100}\right)}\right)

donde H es el valor de hematocrito del fluido.

Una manera ejemplar adicional para determinar el Factor ALE, preferiblemente cuando el fluido comprende un material no-objetivo atenuador dominante tal como los glóbulos rojos, es usar la siguiente ecuación de apilamiento.

(2.2)Ea/Eo \ = \ \frac{1}{Y\text{*}C\text{*}D}

donde C es el porcentaje de materiales no-objetivos en el fluido y D (cm) es el espesor del fluido. Y es un número sin dimensión que representa la forma geométrica del material no-objetivo y el factor de apilamiento. El factor de apilamiento es también un número sin dimensión que representa la cantidad teórica de apilamiento físico que se realiza dentro del fluido por los materiales no-objetivos. En aplicaciones ECP, por ejemplo, el factor de apilamiento puede ser un número entre 1 y 2. Anteriormente se han descrito medios para obtener un factor de apilamiento. Cuando el material no-objetivo es geométricamente esferoide, la ecuación para Y es:

(2.3)Y \ = \ \frac{(\pi \text{*} R^{2} \ + \ 2\text{*}d\text{*}R)\text{*}S}{2}

donde R es el radio medio del material no-objetivo, d (cm) es el espesor medio del material no-objetivo, y S es el factor de apilamiento.

Cuando los glóbulos rojos son el material no-objetivo atenuador dominante en una suspensión de una capa leucocito-plaquetaria, la ecuación 2.2 se convierte en:

(2.4)Ea/Eo \ = \ \frac{1}{Y\text{*}H\text{*}D}

donde H es el valor de hematocrito para 1 ml de suspensión de una capa leucocito-plaquetaria.

A continuación se proporciona un ejemplo de cómo la ecuación de apilamiento y el factor de apilamiento pueden ser derivados. Volviendo a la metodología ejemplar CTCL ECP, los glóbulos rojos tienen un diámetro de aproximadamente 8 * 10^{-4} cm y un espesor de aproximadamente 2 * 10^{-4}. Hay dos casos extremos de situaciones ordenadamente alineadas para la distribución de glóbulos rojos en la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria- La primera es cuando todos los glóbulos rojos están distribuidos regularmente en la cuba y alineados de tal manera que su interferencia con la irradiación UVA se maximiza. Dicho de otro modo, los lados discoidales de todos los glóbulos rojos están en posición perpendicular respecto de los rayos de luz UVA entrantes. La segunda es cuando todos los glóbulos rojos están distribuidos regularmente en la cuba y alineados de tal manera que su interferencia con la irradiancia UVA se minimiza. Dicho de otro modo, los lados discoidales de todos los glóbulos rojos están en posición paralela respecto de los rayos de luz UVA entrantes.

En el contexto CTCL ECP, los glóbulos rojos están preferiblemente distribuidos de manera aleatoria en la suspensión y el efecto de la interferencia podría ser en algún lugar entre estas dos situaciones teóricas. Aquí, se considera un centímetro cúbico (o volumen unitario) de la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria bien mezclada con luz Uva irradiada sobre un lado únicamente. Además, en estos dos casos se asumió que los glóbulos rojos no se apilaron los unos contra los otros, es decir, no hubo formación de rodillos, debido a hematocrito bao en suspensiones de una capa leucocito-plaquetaria.

Considerando una situación en la que la interferencia de la luz por los glóbulos rojos está maximizada, cada centímetro cúbico (ml) de la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria podría ser cortado en Vd rodajas donde d es el espesor de los glóbulos rojos. Por lo tanto, el número de glóbulos rojos en cada rodaja es

(2.5)Ns = C/(1/d) = C*d

donde C es la concentración de glóbulos rojos (número de células (ml) en la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria. De este modo el área fraccional máximo posible (Fa) que podría bloquear la irradiación UVA en una rodaja dada es:

(2.6)Fa \ = \ Ns\text{*} \pi \text{*} R^{2} = C\text{*}d\text{*} \pi \text{*}R^{2}

donde R es el radio de los glóbulos rojos.

El número teóricamente mínimo de rodajas que se requiere para bloquear la luz UVA completamente en un centímetro cuadrado de área superficial irradiada es de este modo 1/FA. Con el fin de conseguirlo, ningún glóbulo rojo debería protegerse detrás de otro glóbulo rojo. El número total de rodajas en el cubo es 1/d. Por lo tanto, en un volumen de un centímetro cúbico de la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria, hay (1/d)/(1/Fa) veces (1/Da) rodajas. A continuación un centímetro cúbico (o volumen unitario) de suspensión de una capa leucocito-plaquetaria contiene un número total de rodajas que pueden protegerse teóricamente (1/d)/(1/Fa) veces un a área de centímetro cuadrado (o área unitaria) a partir de la luz UVAS. Sustituyendo por Fa en la ecuación 2.6:

(2.7)(1/d)/(1/Fa) \ = \ Fa/d \ = \ C\text{*} \pi \text{*}R^{2}

En este caso, ningún glóbulo rojo esta protegiendo otro glóbulo rojo de la luz UVA. Por ejemplo, si el hematocrito es el 5%, la primera rodaja bloqueara el 5% de la irradiación UVA y la segunda rodaja bloqueará el 5% adicional, y así sucesivamente. La última capa en la rodaja I/Fa bloqueara el último 5% restante de la luz UVA, bloqueando por lo tanto totalmente la luz. En esta condición aproximadamente ligeramente menos de la mita del fluido, incluyendo las células diana en su interior, está irradiada por la luz UVA; la parte restante del fluido está protegida de la luz por los glóbulos rojos.

Otra situación en la que todos los glóbulos rojos en una rodaja están situados detrás de otros glóbulos rojos en la rodaja enfrente de la misma. Por ejemplo, si el hematocrito es el 5%, únicamente por el 95% de la primera rodaja pasará la luz. Puesto que todos los glóbulos rojos en el segundo caso y las rodajas detrás de la misma están situados detrás de los glóbulos rojos en la primera capa, no hay bloqueo adicional de la luz y el 95% de todo el fluido en las rodajas (1/Fa), casi dos veces como mucho del caso anterior, recibirá la irradiación Uva. Por lo tanto, incorporando un factor de apilamiento simple (S), la ecuación 2.7 puede rescribirse como sigue:

(2.8)(1/d)/(1/Fa) \ = \ Fa/d \ = \ C\text{*} \pi \text{*} R^{2}\text{*}S

El valor del factor de apilamiento, en las aplicaciones ECP, puede de este modo estar entre uno y dos.

Después de un análisis similar, la ecuación 2.8 se convierte en:

(2.9)(1/d')/(1/Fa') \ = \ Fa'/d' \ = \ C\text{*}2\text{*}d\text{*}R\text{*}S

donde

d' = 2*R.

Las ecuaciones 2.8 y 2.9 representan dos casos extremos opuestos de atenuación de la luz por los glóbulos rojos. En la práctica, la atenuación de los glóbulos rojos de la luz es en algún lugar entre estos dos extremos. Si se toma la media de estos dos casos extremos como una estimación de la situación en la práctica, la ecuación se convierte en:

(3.0)(Fa/d)ave \ = \ ((Fa/d) \ + \ (Fa'/d'))/2 \ = \ C\text{*}((\pi \text{*} R^{2}) \ + \ (2\text{*}d\text{*}R))\text{*}S/2

Para la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria de sangre humana se pueden aproximar R = 4 * 10^{-4} cm y d = 2 * 10^{-4} cm para los glóbulos rojos. Por lo tanto, la ecuación 3.0 se convierte en:

(3.1)(Fa/d)ave \ = \ 33 . 12\text{*}C\text{*}S\text{*}10^{-8}

La ecuación 3.1 representa múltiplos de número de rodajas, que pueden bloquear completamente la luz Uva entrante a través de área de un centímetro cuadrado, en un volumen de un centímetro cúbico.

Asumiendo que la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria en el interior de este volumen de un centímetro cuadrado (o volumen unitario) está bien mezclada, la energía Uva suministrada a las células diana a través de una ventana de un centímetro cuadrado (o área unitaria) puede ser expresada como:

(3.2)Ea \ = \ Ev/(Fa/d)ave \ = \ Ev/(33 . 12\text{*}C\text{*}S\text{*}10^{-8})

donde

Ea = energía UVA suministrada por área unitaria, Julio/cm^{2}

Ev = Eo * A/V, energía UVA suministrada por volumen unitario, Julios/ml

Eo = Io * t, energía UVA incidente suministrada por área unitaria, Julio/cm^{2}

Io = irradiancia incidente, Julio/cm^{2}-s

t = tiempo de irradiación, segundos

V = A*D, volumen irradiado, ml

A = Area de irradiación, cm^{2}

D = Espesor de película de una capa leucocito-plaquetaria, cm

C = concentración de glóbulos rojos, \sim1.1 * H * 10^{8} células/ml

H = hematocrito de la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria, %

S = Factor de apilamiento, número sin dimensión entre 1 y 2.

Sustituyendo S = 1,5, la media de 1 y 2, como una estimación y C = 1,1 * H * 10^{8}, la ecuación 3,2 se convierte en:

(3.3)Ea = Ev/(54.65*H)

Sustituyendo Ev = Eo * A / V y V = A * D:

(3.4)\frac{Ea}{Eo} = \frac{1}{(54 . 65\text{*}H\text{*}D)}

Las ecuaciones 2.0 y 2.4, cuando se aplica a un fluido que contiene glóbulos rojos como el material atenuador dominante, predicen factores Ale casi idénticos hasta una concentración de glóbulos rojos de aproximadamente el 20%, como se ha representado en la figura 10. A concentraciones de glóbulos rojos mayores, donde la condición teórica asumida en la ecuación de apilamiento se desvía de la situación real, la diferencia entre las dos ecuaciones se vuelve predeciblemente mayor. De hecho, a concentraciones de glóbulos rojos de más del 20% puede ser más apropiado usar la ecuación 2.0. A concentraciones de glóbulos rojos extremadamente bajas (por ejemplo inferior al 0,2%), donde la atenuación causada por el componente de plasma de la propia suspensión ya no es despreciable en comparación con la atenuación producida por los glóbulos rojos, la ecuación 3.4 puede perder algo de su
precisión.

Otro procedimiento para calcular el Factor ALE puede utilizar las mediciones del espesor uniforme del fluido biológico y el porcentaje de glóbulos rojos del fluido biológico. Las ecuaciones usadas para este procedimiento se pueden utilizar preferiblemente con concentraciones de glóbulos rojos en la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria de hasta el 20%, y más preferiblemente usadas con una concentración de glóbulos rojos de hasta el 7% y el
8%.

Una vez que se ha calculado el FLEV, se puede realizar un cálculo adicional basado en el sistema específico de suministro de luz. El cálculo del sistema de suministro determina qué periodo de tiempo de irradiación se necesita para suministrar el FLEV al fluido, teniendo en cuenta diversos factores relacionados con la fuente de luz y su capacidad actual de suministrar luz. Este cálculo puede preferiblemente tener en cuenta factores tales como la forma de la fuente de luz, decaimiento de lámpara a lo largo del tiempo, la dimensión del haz de luz, y el volumen del fluido que se está irradiando.

La variable L (mW/cm^{2}) supone el decaimiento de la producción de la fuente de luz a lo largo del tiempo y depende de las propiedades de la fuente de la lámpara usada, preferiblemente medida en una posición fija a partir de la línea central de la lámpara. A título de ejemplo, L se puede determinar tomando mediciones por hora de una lámpara ejemplar a lo largo de la vida útil de la lámpara. A media que el tiempo avanza, la intensidad de la lámpara se reduce. En una realización específica, una vez que las mediciones por hora han sido realizadas, se puede crear una ecuación que coincida con las mediciones. Entonces, la ecuación puede ser utilizada para determinar el valor de L conociendo simplemente cuantas horas de lámpara se han usado. En una realización alternativa, se puede acceder directamente a una base de datos que contiene las mediciones de la vida de la lámpara.

Por ejemplo, en una realización particular de la presente invención, la figura 11 representa, en una tabla de consulta, el valor L (mW/cm^{2}) a lo largo de 150 mediciones por hora para una lámpara utilizada en el sistema UVAR® tomadas a 25 cm de su centro. Estas mediciones dan como resultado la siguiente ecuación del decaimiento de irradiancia de lámpara simple:

(3.5)L \ = \ a \ + \ b\text{*}(x)^{0 . 5} \text{*}ln(x) \ + \ c\text{*}ln(x)

El valor L permite que se ajuste la vida útil de la lámpara para determinar el periodo de tiempo que la fuente de luz irradia los objetivos para conseguir el resultado deseado. Basándose en los valores L de la figura 11, se determina una ecuación ejemplar de decaimiento de la irradiancia de la lámpara única donde a es igual a 0,78552878, b es igual a 0,00059106023, y c es igual a 0,032384473. Esta ecuación, así como la tabla para los valores L para la fuente de luz utilizada, se puede guardar y ser accesible por ejemplo, en una memoria de sistema o una una tabla de consulta.

En el sistema ejemplar UVAR®, la cámara de fotoactivación está situada entre dos grupos de lámparas y la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria se recircula a través de una trayectoria de serpentín en el interior de la cámara de fotoactivación. El espesor de la película sanguínea en la cámara es el mismo, aproximadamente 1,4 mm de espesor. Con este espesor de película sanguínea, con un valor de hematocrito de al menos alrededor de algún porcentaje, la luz Uva de irradiación es completamente absorbida por la película de sangre y se puede calcular la cantidad total de energía UVA suministrada a cada ml de suspensión de una capa leucocito-plaquetaria en circulación. Este valor es 255 julios/ml en el sistema UVAR®.

La irradiancia de la luz UVA que alcanza la superficie de las células diana en la suspensión está atenuada por los glóbulos rojos en la trayectoria de la luz. El glóbulo rojo es casi totalmente opaco a la luz UVA. En estas condiciones, es razonable asumir que la atenuación de la irradiancia es inversamente proporcional a la concentración de glóbulos rojos en la trayectoria de la luz. La concentración de glóbulos blancos es aproximadamente un orden de magnitud inferior al de los glóbulos rojos e igualmente el glóbulo blanco es mucho menos opaco a la luz UVA que los glóbulos rojos. Por lo tanto, la cantidad de atenuación causada por los glóbulos blancos será insignificante y se puede ignorar en la derivación de la ecuación del tiempo de irradiación.

La cantidad total de energía UVA suministrada a cada ml de la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria en circulación se puede expresar como:

(3.6)Ev = k*H

donde

Ev = cantidad total de energía UVA suministrada por volumen unitario, julios/ml

k = constante proporcional

H = hematocrito

En el sistema UVAR®, el valor de Ev es 255 julios/ml y el valor medio de hematocrito es aproximadamente el 3,5%. Por lo tanto, k = 255/3,5.

La energía UVA se suministra a través de la cámara de irradiación y a la superficie de la película de la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria en el interior de la cámara de irradiación mientras que la película de una capa leucocito-plaquetaria está fluyendo en el interior de la cámara de irradiación. La cantidad total de energía UVA suministrada al volumen total de la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria se puede calcular multiplicando la irradiancia en la superficie de la película de sangre (a través la pared de la cámara), el periodo de irradiación y el área de película de sangre irradiada. Igualmente, la energía UVA suministrada a una volumen unitario, Ev, se puede expresar dividiendo la cantidad total de UV suministrada dividida por el volumen total de la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria.

(3.7)Ev \ = \ \frac{(Io\text{*}1000\text{*}A\text{*}t\text{*}60)}{V}

donde

Ev = energía UVA suministrada por volumen unitario, J/ml

Io = irradiancia UVA en la superficie de la película sanguínea, W/cm^{2}

A = Area de película sanguínea irradiada en el interior de la cámara de irradiación, 1330 cm^{2}

t = Tiempo de irradiación, segundos

V = Volumen total de la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria en el bucle de circulación, ml

Los factores de multiplicación 1000 y 60, se pueden utilizar para la corrección unitaria de milivatios a vatios y de minutos a segundos.

Combinando las ecuaciones 3.6 y 3.7, y sustituyendo k = 255/3,5 y a = 1330 cm^{2}, el periodo de irradiación se puede expresar como:

(3.8)t_{sec} = 0.9128*60*H*(V/A)/Io

La ecuación para el valor medio de irradiancia, Io, de la luz UVA en la superficie de la película sanguínea en el interior de la cámara de irradiación se puede derivar como sigue.

La luz UVA que alcanza la superficie de la película sanguínea en el interior de la cámara de irradiación UVAR® procede de un conjunto luminoso constituido por nueve (9) lámparas. En la caja luminosa de instrumentos, la luz UVA atraviesa el vidrio transparente UVA y la pared acrílica de la cámara de irradiación antes de alcanzar la película sanguínea. Igualmente, la salida UVA no es uniforme a lo largo de la longitud de la lámpara UVA fluorescente tubular. La salida es mayor en la sección media de la lámpara e inferior cerca de los extremos de la lámpara. Por lo tanto, el valor medio de irradiancia de la luz Uva que alcanza la película sanguínea se puede obtener midiendo la irradiancia en puntos a lo largo del conjunto de luces y calculando su valor medio. Sin embargo, puesto que la salida de la lámpara decae a lo largo del tiempo, es extremadamente difícil medir todos los puntos simultáneamente en un tiempo de lámpara dado. Como se ha descrito más adelante, este problema se resolvió por la relación de este valor medio respecto del valor medio de irradiancia de lámpara única en un punto fijo que se puede medir rápidamente.

La figura 12 muestra, el valor medio de irradiancia UVA de seis (6) lámparas únicas medidas en puntos medios y a una distancia de 25 cm del centro de la lámpara como una función de la vida útil de la lámpara. El valor de irradiancia decae muy rápidamente al principio y se reduce más gradualmente a medida que aumenta la vida útil de la lámpara. Después de aproximadamente 60 horas de uso, la salida de la lámpara se reduce muy lentamente y permite une tiempo suficiente para medir los puntos en el conjunto de luces y calcular el valor medio de irradiancia. Las mediciones de irradiancia se hicieron en el punto de las 61,5 horas y en el punto de las 150 horas respectivamente. Se calcularon las relaciones de estos valores medios de irradiancia en la caja de luces y las irradiancias medias de lámpara única en la correspondiente vida útil de la lámpara. Las relaciones fueron 23,9 en el punto de las 61,6 horas y 21,9 en el punto de las 150 horas, dando como resultado el valor medio de 22,9.

Io en la ecuación 3.8 se puede expresar como:

(3.9)Io = k*L*[T/100]

donde

k = Relación de irradiancia de la caja de luz y la lámpara única, 22,9

L = Irradiancia de lámpara única, mW/cm^{2}

T = Porcentaje del factor de transmisión de la cámara de irradiación acrílica, el 92%.

Sustituyendo la ecuación 3.9 por Io en la ecuación 3.8 y los actuales valores por las variables correspondientes, la ecuación 3.8 del tiempo de irradiación se convierte en:

(4.0)t = (2.59958*V*H)/L

donde L es la irradiancia de lámpara única expresada como una ecuación de línea de regresión basada en los puntos de los datos medidos mostrados en la figura 11 y 12.

En un sistema UVAR® ejemplar usado en las aplicaciones CTCL ECP, la siguiente ecuación 4.1 se usa mediante los procedimientos y sistemas de la presente invención para determinar los tiempos de irradiación:

(4.1)t_{min} \ = \ \frac{(91 . 28\text{*}V\text{*}H)}{(T\text{*}k\text{*}L_{1})}

donde

T_{num} = Tiempo de irradiación, minutos

V = Volumen del fluido en el bucle de tratamiento/recirculación, ml

H = Hematocrito

T = 92 (porcentaje de factor de transmisión de la cámara de irradiación)

k = 23,9 (una constante basada sobre una relación de la intensidad de una lámpara medida en un punto en el fluido respecto de intensidad del todo el conjunto de lámparas en el sistema UVAR®).

Corrigiendo por tiempo en segundo, da:

(4.2)t_{sec} \ = \ \frac{(60\text{*}91 . 28\text{*}V\text{*}H)}{(T\text{*}k\text{*}L_{1})}

Insertando constantes da:

(4.3)t_{sec} \ = \ \frac{(60\text{*}91 . 28\text{*}V\text{*}H)}{(92\text{*}23 . 9\text{*}L_{1})}

Recogiendo constantes da:

(4.4)t_{sec} \ = \ \frac{(2 . 49081\text{*}V\text{*}H)}{L_{1}}

\newpage

Respecto de la figura 11, y usando los siguientes parámetros:

Vida de la lámpara = 2,7 horas

V = 210 ml

H = 2,9

El valor L en la vida útil de la lámpara de 2 horas es 7625 en la figura 11. el valor L en la vida útil de la lámpara es de 3 horas es 7488. La interpolación lineal que usa la aritmética de número enteros da:

(4.5)7625 \ + \ \left(\frac{(7488-7625)\text{*}7}{10}\right) \ = \ 7625 \ + \ -95 \ = \ 7530

Por lo tanto:

(4.6)t_{sec} \ = \ \frac{(2491\text{*}210\text{*}29)}{7530} \ = \ 2014 \ sec. \ = \ 3357 \ min

El instrumento UVAR®, en una realización específica, usa dos grupos de lámparas. Las edades de las lámparas de estos grupos pueden diferir, y teóricamente, también sus tablas de tiempo de irradiación. Para presentar, el cálculo completo, es preferiblemente realizarlo dos veces, uno por cada grupo de lámparas y el valor se debe promediar. Este valor es el tiempo de fotoactivación. Una vez que se ha realizado el cálculo, el tiempo restante se reduce inmediatamente e la cantidad de tiempo de las lámpara Uva que ya han estado en el sistema UVAR®.

Una vez que se ha calculado el periodo de tiempo de irradiación, el sistema de la presente invención puede realizar la etapa adicional de suministrar la energía lumínica, durante ese periodo de tiempo, al fluido que contiene los objetivos. En una realización particular de la presente invención, el sistema puede dar instrucciones al dispositivo de fotoactivación para suministrar el FLEV al fluido durante el periodo de tiempo determinado. Esto se puede llevar a cabo por ordenador o mediante cualesquiera otros procedimientos conocidos. De hecho, el sistema de la presente invención efectúa le predeterminación del FLEV. Esta variable predeterminada puede ser accesible por el usuario, por ejemplo, disponible en forma de tabla, y en una realización particular de la presente invención se guarda o es accesible en la memoria de un ordenador.

Con el fin de evaluar la precisión de la cantidad calculada de energía UVA predicha por las ecuaciones 2.0 y 2.4, se suspendió un número igual de linfocitos en solución salina de tampón fosfato y en una suspensión de una capa leucocito-plaquetaria con el 3,5% de hematocrito. Estas dos suspensiones fueron expuestas a una luz UVA en presencia de 100 ng/ml de 8-MOP. Se proporcionaron también controles en los cuales no se añadió 8-MOP a las suspensiones. El grado de daño a las células por este tratamiento a la misma concentración de 8-MOP depende de la dosificación de la energía UVA y se puede medir por la viabilidad celular.

Los periodos de irradiación se calcularon mediante las ecuaciones 2.0 y 2.4 para suministrar aproximadamente 1,4 Julios/cm^{2} de energía UVA a los linfocitos en los fluidos. Puesto que la solución salina de tapón fosfato es transparente a la luz UVA, el periodo de irradiación se calculó basado en la irradiancia incidente (ecuación 2.0). El periodo de irradiación para los linfocitos en la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria se calculó por las ecuaciones 2.0 y 2.4. La viabilidad celular después de la irradiación de ambas muestras se midió para comparar el daño a las células. La viabilidad celular de ambas muestras fue de alrededor del 19% o menos siete días después de la irradiación mientras que la muestra de control no tratada fue de aproximadamente el 85% o más. Este resultado muestra que los linfocitos en la solución salina de tampón fosfato y la suspensión de una capa leucocito-plaquetaria recibieron la misma cantidad de daño y la consiguiente muerte celular. De hecho, los linfocitos en ambas muestras recibieron la misma cantidad de energía UVA calculada por cada ecuación.

La ecuación 2.0 puede preferiblemente usarse con cualesquiera soluciones o suspensiones parcialmente transparentes. Esto requiere una medición precisa del factor de transmisión (T) de un espesor conocido (D) del fluido, preferiblemente en condiciones en las cuales los materiales en el fluido son homogéneos. La ecuación 2.4 se puede aplicar particularmente con fluidos que comprenden glóbulos rojos.

Respecto de las figuras asociadas, en una realización específica de la invención, la figura 1 describe un sistema de fotoféresis extracorpóreo 100 como una aplicación de fototerapia aplicada al tratamiento de leucocitos. Véase la solicitud PCT WO 97/36581. El sistema de fototerapia 100 incluye un fármaco fotoactivable 8-MOP, un paciente 120, un dispositivo de extracción de fluido biológico (130) para extraer sangre, un dispositivo centrífugo 140 para separar las células mononucleares de cultivo de la sangre, un dispositivo de fotoactivación 150, un dispositivo de inserción de fluido (es decir, una capa leucocito-plaquetaria) 160, y un dispositivo de inserción de sangre 170. Un experto en la materia apreciará que el sistema 100 puede contener dispositivos adicionales y distintos y puede soportar diversas aplicaciones de fototerapia, como se ha mencionado anteriormente. Véase las patentes nos 4.921.473, 4.838.852, 5.147.289, 5.150.705, 5.383.847, 5.433.738 y 5.459.322, cada una de las cuales se refiere a diversas aplicaciones en las cuales el sistema de la presente invención se puede utilizar.

Las figuras 2A y 2B describen un diagrama de flujo 200 de la sangre en el sistema de fotoféresis en la figura 1. La primera etapa es mezclar la sangre del paciente 200 con 8-MOP 110 (etapa 202). En la presente realización, se administra oralmente al paciente 120 8-MOP 110 y a lo largo de una pocas horas, el fármaco se mezcla con la sangre del paciente 120. A continuación, después de que el fármaco 10 interactúe eficientemente con la sangre (etapa 204) se extrae una cantidad de mezcla de sangre y fármaco 130 (etapa 206) y se transfiere a un separador, tal como un dispositivo centrifugador 140 (etapa 208).

Después de transferir la mezcla de sangre y fármaco al dispositivo centrifugador, 140, el dispositivo centrifugador 140 separa la mezcla (etapa 210). Un dispositivo centrifugador particular una un sensor óptico para determinar cuando separar (o espumar) el fluido. En primer lugar, el centriguador separa el plasma, a continuación las capa leucocito-plaquetaria, que contiene el material objetivo (es decir, 8-MOP en los leucocitos) y a continuación los glóbulos rojos. El dispositivo centrifugador usa un sensor óptico, midiendo la luz desviada en el centrifugador determina cuando retirar separar el material o de los fluidos separados Después de la separación la capa leucocito-plaquetaria y un porcentaje de plasma se vuelven a combinar. El plasma es el medio en el cual residen los leucocitos y 8-MOP. Incluso después de la separación, aunque, la mezcla separada de una capa leucocito-plaquetaria y plasma puede comprender algunos glóbulos rojos y plaquetas, puesto que el proceso de separación no puede conseguir la separación total. Estos glóbulos rojos y plaquetas restantes, contenidos en la capa leucocito-plaquetaria, son los atenuadores no-objetivos de la luz. En la presente realización, los glóbulos rojos son los materiales no-objetivos dominantes puesto que son los principales atenuadores de luz, cuando se compara con otro material atenuador en el fluido
objetivo.

Una vez que el fluido objetivo (es decir, la mezcla de una capa leucocito-plaquetaria) se separa, un segundo sensor óptico determina si el fluido objetivo contiene un hematocrito deseado (porcentaje de glóbulos rojos) (etapa 212). En una realización particular, un hematocrito particular es aproximadamente el uno (1) o el dos (2) por ciento. Este segundo sensor óptico, que mide el factor de transmisión, determina si se alcanza el hematocrito deseado (es decir, el 1% en la presente realización). Si el porcentaje de hematocrito no está al porcentaje deseado, se procede a la mezcla adicional de sangre y fármaco por el centrifugador (etapa 210).

Si el fluido no objetivo contiene el porcentaje deseado de hematocrito, entonces el centrifugador determina que fluido separado se está procesando (etapa 214). Si el centrifugador está procesando el fluido no-objetivo, entonces el centrifugador combina el plasma separado restante con los glóbulos rojos separados y transfiere la mezcla al dispositivo de inserción de sangre separada 170 (etapa 216). A continuación el dispositivo de inserción de sangre devuelve la mezcla de glóbulos rojos/plasma al paciente (etapa 218) y se detiene el procesamiento.

Si el centrifugador está procesando el fluido objetivo, el centrifugador entonces transfiere el fluido objetivo al dispositivo de fotoactivación (etapa 220). La etapa 220 y la etapa 216 puede producirse concurrentemente. La cámara de fotoactivación 150 irradia entonces el fluido durante un periodo de tiempo (etapa 222). El ordenador 300 controla el cámara de fotoactivación 150 como se ilustra en la figura 3 y se describe en la mención correspondiente. El fluido objetivo, ahora tratado, se transfiere a continuación a un dispositivo de inserción de fluido 160 (etapa 224). A continuación, el dispositivo de inserción de objetivos devuelve la mezcla de glóbulos rojos/plasma al paciente (etapa 226) y se detiene el procesamiento.

La figura 3 es un diagrama de un ordenador 300 para controlar el dispositivo de fotoactivación 10 según la ejecución de la presente invención. El ordenador 300 incluye una memoria 310, una unidad de procesamiento central (CPU) 320, una interfaz de fotoactivación 330, una interfaz de operador 340, un dispositivo de entrada 350, y una pantalla de visualización de vídeo 360. un experto en la técnica apreciará que el ordenador 300 puede contener componentes adicionales o diferentes. La memoria 310 incluye, además, un sistema operativo 312, un programa de fotoactivación 314, y una tabla de consulta 315. La tabla de consulta 315 puede comprender una ubicación de almacenamiento en la memoria 310 y puede contener tablas que corresponden a datos necesitados por el programa de fotoactivación 314. Las tablas individuales y los datos correspondientes están descritos más en detalle en las descripciones que corresponden a las figuras 4 a 9. El programa de fotoactivación 312 adquiere el FLEV. El FLEV podría obtenerse accediendo a la tabla de consulta 315, por el dispositivo de entrada 350, o por el cálculo como se ha descrito en las descripciones que corresponden a las figuras 4 a 9.

Aunque se han descrito componentes del sistema que están almacenados en la memoria 310, un experto en la técnica apreciará que uno o más de estos componentes se puede guardar también en otros medios legibles por ordenador, tal como dispositivos de almacenamiento secundario, como discos duros, disquetes o CD-ROMS; una onda portadora de Internet; u otras formas de RAM o ROM. De hecho, cada uno de los procedimientos, o etapas particulares contenidas en su interior, se puede levar a cabo por o guardar en un ordenador o medio legible por ordenador.

La figura 4 describe un diagrama de flujo 400 de las etapas realizadas por el programa de fotoactivación 314 cuando se requiere determinar y a continuación suministrar una cantidad de energía lumínica a un fluido que contiene objetivos, con lo cual los objetivos en el fluido recibirán una cantidad efectiva de energía lumínica. La primera etapa realizada por el programa de fotoactivación 314 es obtener el TELEV (etapa 402). El resultado deseado se define previamente y se basa en la aplicación de fototerapia. Por ejemplo, cuando se usa fotoféresis para tratar CTCL, el TELEV aplicado a los leucocitos hace preferiblemente que al menos el 50% de los leucocitos mueran gradualmente dentro de las 6 semanas siguientes a la exposición a la energía lumínica.

El TELEV se puede obtener accediendo, por ejemplo, a una tabla de consulta 315 que contiene datos de TELEV. En una realización alternativa de la presente invención, el programa de fotoactivación 314 puede obtener el TELEV por el dispositivo de entrada 350. La figura 5 ilustra como el TELEV se puede identificar clínicamente una vez que se conoce el resultado deseado.

Una vez que se obtiene el TELEV, la siguiente etapa es el porcentaje de energía lumínica incidente que será suministrada a un área unitaria media de fluido.

El factor ALE se obtiene para cualquier objetivo en un fluido biológico conociendo el valor medio de energía lumínica (Julio/cm^{2}) en el área superficial unitaria de los objetivos en el fluido y conociendo el valor de energía lumínica (Julio/cm^{2}) en la superficie incidente del fluido biológico. La descripción que acompaña la figura 6 ilustra tal procedimiento para obtener el factor ALE.

Después de obtener el factor ALE, la siguiente etapa es obtener el FLEV o la cantidad de energía lumínica necesaria para suministrar el fluido de manera que los objetivos en el fluido reciban el TELEV (etapa 406). En una realización preferida, el FLEV puede calcularse conociendo el TELEV y el factor ALE y cuando la ecuación 1.0, descrita anteriormente.

Después de obtener el FLEV, se puede obtener el periodo de tiempo de irradiación (etapa 408). El periodo de tiempo de irradiación es la cantidad de tiempo necesario para que la lámpara o la fuente de energía lumínica suministre el FLEV al fluido. El periodo de tiempo de irradiación se obtiene accediendo a la parte de la tabla de consulta 315 que pertenece a los datos del periodo de tiempo de irradiación.

En una realización alternativa de la presente invención, se puede calcular el periodo de tiempo de irradiación. Los factores que pueden ser considerados en le cálculo del periodo de tiempo de irradiación son el decaimiento o la potencia de la lámpara, o la forma de la lámpara. Después de obtener el periodo de tiempo de irradiación, se puede dar instrucciones al dispositivo de fotoactivación 150 para acoplar la lámpara de energía lumínica durante el periodo de tiempo de irradiación.

La figura 5 describe un diagrama de flujo 500 de las etapas realizadas cuando se obtiene clínicamente el TELEV. La primera etapa de obtención clínica del TELEV es obtener el resultado deseado de la fototerapia (etapa 502). La siguiente etapa es colocar los objetivos de muestra en un fluido no-atenuador que a menudo es un fluido biológico o químico (etapa 504). Un experto en la técnica reconocerá que hay numerosos medios no-fluidos y otros tipos de fluido que pueden soportar objetivos tales como solución salina, y plasma filtrado. En una realización alternativa, cuando los objetivos residen inicialmente en un fluido, las muestras del fluido se pueden usar para los ensayos clínicos, siempre que se filtre uno más de los materiales no-objetivos.

A continuación, las muestras del fluido que contiene los objetivos son irradiadas con diversas cantidades de energía lumínica (etapa 506). Después de irradiar los fluidos de muestra, se identifica un TELEV que corresponde a la muestra que produjo el resultado deseado (etapa 508).Un experto en la técnica apreciará que cualquier TELEV es específico de la aplicación particular de los procedimientos y sistemas de la presente invención.

La figura 6 describe un diagrama de flujo 600 d las etapas realizadas por el programa de fotoactivación 314 cuando se obtiene el factor Ale. Este procedimiento para obtener el factor ALE se puede usar para cualquier fluido que contenga objetivos. La primera etapa para obtener el factor Ale es obtener el valor medio de energía lumínica en el área superficial unitaria de los objetivos en el fluido (etapa 620). El programa de fotoactivación 314 puede obtener el valor medio de energía lumínica en el área superficial unitario por el dispositivo de entrada 350.

La siguiente etapa es obtener el valor de energía lumínica en la superficie incidente del fluido biológico (etapa 604). El programa de fotoactivación 314 puede obtener el valor de energía lumínica en la superficie incidente por el dispositivo de entrada 350. El factor Ale puede entonces calcularse (etapa 606).

La figura 7 describe un gráfico de Factores ALE calculados para un fluido que comprende glóbulos rojos como materiales no-objetivos para tres diferentes espesores diferentes de fluido (1 mm, 2 mm y 3mm). Estos factores ALE se calcularon usando las ecuaciones 1.1 (modelo analítico) y 1.3 (modelo de apilamiento). La relación de la energía lumínica media suministrada a los objetivos en el fluido y la energía lumínica suministrada l punto incidente es marca como una función del porcentaje de hematocrito a diferentes espesores de fluido.

Claims

1. Sistema para determinar un valor de energía lumínica para fluido para suministrar a un fluido biológico que comprende objetivos, en el que el valor de energía lumínica para el fluido es la cantidad de energía lumínica que hay que suministrar a dicho fluido para maximizar la probabilidad de que dichos objetivos reciban la energía lumínica que produce un resultado deseado, comprendiendo el sistema

a): medios adaptados para obtener dicho valor efectivo de energía lumínica para los objetivos que comprende

i): medios adaptados para disponer dichos objetivos en otro fluido que no contiene esencialmente otro material de atenuación de la luz;

ii): medios adaptados para irradiar dicho otro fluido que contiene dichos objetivos con valores de muestra de energía lumínica; y

iii): medios adaptados para determinar el valor de energía lumínica para la muestra que produce dicho resultado deseado;

b): medios adaptados para obtener dicho factor medio de energía lumínica para el fluido que comprende

i): medios adaptados para obtener un valor medio de energía lumínica en un área superficial incidente de dicho fluido biológico; y

ii): medios adaptados para obtener un valor de energía lumínica en una superficie incidente de dicho fluido biológico; y

c): medios adaptados para calcular un periodo de tiempo de irradiación mediante una fuente de energía lumínica para suministrar dicho valor de energía lumínica para fluido a dicho fluido biológico.

2. El sistema según la reivindicación 1, que comprende, además, medios adaptados para exponer dicho fluido biológico al valor de energía lumínica para fluido.

3. El sistema según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual los medios para determinar el valor de energía lumínico para fluido es uno o más procesadores de ordenador.

4. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicho fluido biológico contiene un fármaco activable por energía lumínica.

5. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el cual dicho fluido biológico comprende material no-objetivo que atenúa dicha energía lumínica para dichos objetivos y dicho material no-objetivo comprende los glóbulos rojos.

6. El sistema según la reivindicación 5, en el cual dicho fluido biológico comprende una capa leucocito-plaquetaria rica en leucocitos.