JP2005523085A - 電場の移動及び電極極性の反転で生体材料を処理する方法。 - Google Patents

Abstract

波形発生器（１２）によって提供されるパルス電場を使用して処理剤で生物細胞材料を処理する方法及び装置が提供される。処理方法は、３列又はそれ以上の個別の平行な電極列（１９）を含む電極アセンブリを得ることを含む。電極アセンブリは、治療領域上に加えられる。導電路は、電極（１９）と波形発生器（１２）の間に、アレイスイッチ（１４）を通して確立される。継時的な電場は、治療領域へ、継時的な電場波形の形態で波形発生器（１２）からアレイスイッチ（１４）を通して隣接する電極列（１９）に印加され、各継時的な電場は同じ方向を有し、治療領域中の隣接する継時的な電極列間に継時的な電場を印加する間に、電極列の極性は継時的に反転される。結果として、治療領域中の生物細胞材料は、電極での有害な電気分解生成物の形成を最小にして、処理剤と均一な電場で単一方向に処理される。

Description

本出願は、「電場の移動及び電極極性の反転で生体材料を処理する方法（ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＴＲＥＡＴＩＮＧ ＢＩＯＬＯＧＩＣＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＷＩＴＨ ＴＲＡＮＳＬＡＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＦＩＥＬＤＳ ＡＮＤ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＰＯＬＡＲＩＴＹ ＲＥＶＥＲＳＡＬ）」について２００２年４月１６日出願した、係属中の米国特許仮出願、出願番号第６０／３７２，４３６号に関する。また、本出願は、Ｋｉｎｇ及びＷａｌｔｅｒｓの「処理剤でコーティングした電極及びその使用（ＥＬＥＣＴＲＯＤＥＳ ＣＯＡＴＥＤ ＷＩＴＨ ＴＲＥＡＴＩＮＧ ＡＧＥＮＴ ＡＮＤ ＵＳＥＳ ＴＨＥＲＥＯＦ）」について２００１年８月０３日出願した、係属中の米国特許仮出願、出願番号第０９／９２０，８６１号に関し、この出願は、２０００年１月１２日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／０００１４号に関し、この出願は、１９９９年１月２８日出願の共係属中の米国特許仮出願、出願番号第６０／１１７，７５５号に基づくものであり、２０００年８月３日にＰＣＴ国際特許公開番号第ＷＯ ００／４４４３８号で公開された。

本発明は、パルス電場を用いて治療材料を活細胞に送達する方法に関する。さらに詳細には、本発明は、巨大分子及び化学治療薬品などの物質をインビボ、エクスビボ、インビトロで細胞中に、及び組織中に送達するための方法及び装置を提供する。

エレクトロポレーションは、細胞膜を横切る電場を適用して、細胞を横切る短時間の電位を生じさせることによって細胞膜を可逆的に不安定化するものである。適切にいえば不安定化によって、治療材料が通過することのできる一時的な孔又は通路が得られる。エレクトロポレーションの用途は多い。その一部には、（１）ＤＮＡ又はＲＮＡの一時的な導入、（２）ＤＮＡの永久的な移入、（３）抗体若しくは他の蛋白質、又は薬品の細胞への導入、（４）遺伝子治療、（５）癌予防接種等がある。

エレクトロポレーションを用いて治療化合物を活細胞に送達するには、３つの構成要素からなるシステム、すなわち（１）パルス電圧波形発生器、（２）パルス電圧波形発生器の陽極又は陰極を電極に接続するためのスイッチング装置、（３）パルス電圧をパルス電場に変換するための電極アレイからなるシステムが必要である。電極は、水性溶液でのインビトロ送達、又は組織中へのインビボ送達を行うために設計することができる。

電極アレイが単一の陽極と単一の陰極からなる最も基本的なシステムでは、スイッチング装置は必要ない。電極アレイの主要な目的は、細胞処理の領域に均一（ｕｎｉｆｏｒｍ）な電場を提供することである。

多数の特許、公報出願、参照文献がこれらの事項に関係しており、これらは以下の通りである。
米国特許
１９９７年１０月７日に発行されたＭｉｒ他の第５，６７４，２６７号
１９９７年１２月３０日に発行されたＨｏｆｍａｎｎの第５，７０２，３５９号
１９９９年２月２３日に発行されたＢｅｒｎａｒｄの第５，８７３，８４９号
１９９９年１１月３０日に発行されたＤｅｖ他の第５，９９３，４３４号
２０００年１月４日に発行されたＷａｌｔｅｒｓ他の第６，０１０，６１３号
２０００年１月１１日に発行されたＨｏｆｍａｎｎ他の第６，０１４，５８４号
２０００年４月２５日に発行されたＨｏｆｍａｎｎ他の第６，０５５，４５３号
２０００年８月２９日に発行されたＭａｔｈｉｅｓｅｎ他の第６，１１０，１６１号
２０００年９月１２日に発行されたＷａｌｔｅｒｓ他の第６，１１７，６６０号
国際特許広報
２００１年３月０２日に発行されたＳｈｉｒｋｈａｎｚａｄｅｈのＰＣＴ／ＧＢ０１／００８９９
２０００年１月１２日に発行されたＫｉｎｇ他のＰＣＴ／ＵＳ００／０００１４
発行文献
Ｈｏｆｍａｎｎ他、「電気化学的治療：研究所から診療所への移行（Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ：Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｏ ｔｈｅ Ｃｌｉｎｉｃ）」、ＩＥＥＥ 薬学及び生物学における工学（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ）、１９９６年１１月／１２月。
Ｍｉｒ他、「電気パルスを介する骨格筋への高効率遺伝子移動（Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｇｅｎｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎｔｏ ｓｋｅｌｅｔａｌ ｍｕｓｃｌｅ ｍｅｄｉａｔｅｄ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｕｌｓｅｓ）」アメリカ科学アカデミー会報（Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｃｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）、ＵＳＡ、９６巻、４２６２〜４２６７頁、１９９９年４月。
Ｇｅｈｌ他、「骨格筋のインビボエレクトロポレーション：電場分布に対する閾値、効力、及び相関（Ｉｎ ｖｉｖｏ ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｋｅｌｅｔａｌ ｍｕｓｃｌｅ：ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ，ｅｆｆｉｃａｃｙ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）」、生物化学及び生物物理会報（Ｂｉｏｃｈｉｍｉｃａ ｅｔ Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａ Ａｃｔａ）１４２８（１９９９）、２３３〜２４０頁。
Ｌｏｏｍｉｓ−Ｈｕｓｓｅｌｂｅｅ，Ｊ．Ｗ．、Ｃｕｌｌｅｎ，Ｐ．Ｊ．、Ｉｒｖｉｎｅ，Ｒ．Ｆ．、＆ Ｄａｗｓｏｎ，Ａ．Ｐ．、（１９９１）。エレクトロポレーションは電極プレートからのカチオンの溶解性のため、人工産物を生じ得る。アルミニウムイオンは、エレクトロポレートされたＬ１２１０細胞中で、イノシトール１，３，４，５−テトラキスホスファートのイノシトール１，４，５−トリホスファートへの変換を高める。生物化学ジャーナル（Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｊ．）２７７、８８３〜８８５頁。
Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ，Ｕ．、Ｓｔａｃｈｏｗｉｃｚ，Ｎ．、Ｓｉｍｍ，Ａ．、Ｆｕｈｒ，Ｇ．、Ｌｕｃａｓ，Ｋ．、Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎ，Ｕ．、マイクロ秒のパルスを用いるアルミニウム電極での高効率電気移入。
Ｓｔａｐｕｌｉｏｎｉｓ，Ｒ．（１９９９）。エレクトロポレーションにおける生物学的巨大分子の電気パルス誘起沈澱。生物電気化学生物エネルギー（Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｅｎｅｒｇ．、４８、２４９〜２５４頁。
Ｔｏｍｏｖ，Ｔ．＆ Ｔｓｏｎｅｖａ，Ｉ．（２０００年）、生物電気化学（Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）、５１、２０７〜２０９頁。
Ｋｏｔｎｉｋ，Ｔ．、Ｍｉｋｌａｖｃｉｃ，Ｄ．、Ｍｉｒ，Ｌ．Ｍ．。対称双極性矩形パルスによる細胞膜の電気浸透化、ＩＩ部。電解質汚染が低減される。
Ｂｏｃｋｒｉｓ，Ｊ．Ｏ．、Ｒｅｄｄｙ，Ａ．Ｋ．Ｎ編集、最新の電気化学（Ｍｏｄｅｒｎ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）。Ｐｌｅｎｕｍ／Ｒｏｓｅｔｔａ、１９７７年。

Ｍｉｒ他（第５，６７４，２６７号）には、同心針のアレイが示唆されている。このアレイでは、１個の陽極と１個の陰極の２個の針がアレイの全ての針から選択される。スイッチング装置は、処理領域を網羅する多くの対を選択するために使用される。１対の針は限られた領域しか網羅しない。さらに、領域中で全ての対の針を選択しても、処理領域全体を均一に網羅することは不可能である。この点に関して、全処理領域を均一に網羅する、電極アレイ及び電極アレイ中の電極を選択する方法を提供することが望まれている。

Ｈｏｆｍａｎｎ（第５，７０２，３５９号）及びＤｅｖ（第５，９９３，４３４号）は、２個の陽極と２個の対向陰極を一度に選択する類似のシステムを開示している。すなわち、２対の対向する陽極と陰極が一度に選択される。合計６対の電極があり、その内、２対がスイッチング装置によって一度にパルス発生器に接続される。より最近、Ｈｏｆｍａｎｎ他（第６，０１４，５８４号と第６，０５５，４５３号）は、針電極のアレイを使用し、２個の対向電極対を一度に接続し、これら電極対を９０度回転することを開示している。

Ｂｅｒｎａｒｄ（第５，８７３，８５９号）は、オフセット針電極の列からなる電極システムを開示しており、その中の少なくとも３個の電極は正三角形に配置され、これらの電極はパルス発生器に接続される。このアレイは、２個の電極がパルス発生器の１つの極性に接続され、第３の電極が逆の極性に接続されている、１個以上の正三角形からなる。このシステムでは、様々な電極を接続して網羅する領域を処理できよう。１個の電極が１極性で、２個の電極が逆の極性の組合せでは、電場が有効にならない治療領域が大きく残ってしまう。このシステムでは、２個の電場ベクトルが異なる方向を向く。

１９９９年に、Ｇｅｈｌ他は、上述の論文を公表し、その中で、平行な２列の針電極アレイを開示している。この電極アレイは、列の中に非常に均一な電場を提供し、提供された電場は、殆ど２枚の平行プレートの間に提供される電場ほどに均一である。しかし、治療領域が増加するにつれ、針列の間の距離が長くなる。針列の間の距離が長くなると、それにつれ電場の均一性が低下し、同じ電場強度を維持するために電圧を大きくなければならない。

先に述べた特許と刊行物におけるスイッチング装置のパルス波形は、一般に矩形波であり、同じパルス幅と間隔を有し、少数のパルスを使用する。

次いで、Ｗａｌｔｅｒｓ他は、参照により本明細書に組み込んでいる米国特許第６，０１０，６１３号の中で、パルスのパラメーターをパルス毎（ｐａｌｓｅ−ｔｏ−ｐｕｌｓｅ ｂａｓｉｓ）に変化させることのできる波形を提案している。これらの波形は、短時間の電場パルス（マイクロ秒の範囲）を用いて孔を形成し、次いで一連のより低く長時間（ミリ秒の範囲）の電場パルスで大きな荷電分子を細胞中に動かすために使用される。

Ｍｉｒ他は、次いで上述の１９９９年４月のアメリカ科学アカデミー会報の中で、数十ミリ秒の電場時間は骨格筋の移入に最適であるとの開示を公表した。これらのより長いパルス幅は、電極近傍における電気化学効果の問題を生じた。

Ｓｈｉｒｋｈａｎｚａｄｅｈは、上述のＰＣＴ／ＧＢ０１／００８９９公報の中で、より長いパルスに起因する電極の電気化学的影響を、その１個に水素を注入したパラジウム電極の使用によって対処した。

双極性パルスを使用することで電極の電気化学的性質も最小にすることができる。Ｍａｔｈｉｅｓｅｎ（第６，１１０，１６１号）は、低電場強度と中間の時間（５０〜５０００マイクロ秒）の双極性パルスを骨格筋のインビボのエレクトロポレーションに用いることを開示しているが、電気化学的影響については特に述べていない。

ある点で、双極性パルスの使用は、電気化学的な問題に対処するかもしれないが、他の点では、双極性パルスの使用は生産性が低い。第１のパルスは大きな荷電分子を一方向に動かし、直ちに逆の極性で続く第２のパルスは、次いで大きな荷電分子を元に戻す。活細胞中への送達を向上させ、同時に電気化学的影響を最小にするためには、大きな荷電分子を同じ方向に動かし続ける方法が必要である。

上述の細胞のエレクトロポレーションに係わる方法において、電極及び電極表面の局部的な環境に関する研究が行われた。この点研究によって、そのような電極から金属イオンが放出されることが明らかになった。

文献「Ｌｏｏｍｉｓ−Ｈｕｓｓｅｌｂｅｅ，Ｊ．Ｗ．、Ｃｕｌｌｅｎ，Ｐ．Ｊ．、Ｉｒｖｉｎｅ，Ｒ．Ｆ．＆ Ｄａｗｓｏｎ，Ａ．Ｐ．（１９９１年）では、エレクトロポレーションは、電極プレートからのカチオンの溶解によって、人工産物を生じることがあるとする。アルミニウムイオンは、エレクトロポレートされたＬ１２１０細胞中で、イノシトール１，３，４，５−テトラキスホスファートのイノシトール１，４，５−トリホスファートへの変換を高める。生物化学ジャーナル（Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｊ．）２７７、８８３〜８８５頁」の中で、Ｌｏｏｍｉｓ−Ｈｕｓｓｅｌｂｅｅ他は、エレクトロポレーションの間にアルミニウム電極からアルミニウムイオンが発生することを発表した。アルミニウムイオンは研究中の生物学的プロセスを阻害した。著者らは、エレクトロポレーションの間に生成したアルミニウムイオンが細胞に有害であり得ると結論付けた。

文献「Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ，Ｕ．、Ｓｔａｃｈｏｗｉｃｚ，Ｎ．、Ｓｉｍｍ，Ａ．、Ｆｕｈｒ，Ｇ．、Ｌｕｃａｓ，Ｋ．、Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎ，Ｕ．マイクロ秒のパルスを用いるアルミニウム電極での高効率な電気的移入」の中で、Ｆｒｉｅｄｒｉｃｈ他は、長いパルスの間にアルミニウム電極から多量のアルミニウムが放出されることを示した。アルミニウムイオン放出の主な原因は、水の電気分解によって生じた電極界面のｐＨの変化であった。アルミニウムイオンの放出は、短いパルスを使用するときに低減された。

文献「Ｓｔａｐｕｌｉｏｎｉｓ，Ｒ．（１９９９）。エレクトロポレーションにおける生物学的巨大分子の電気パルス誘起沈澱。生物電気化学生物エネルギー（Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｅｎｅｒｇ．、４８、２４９〜２５４頁。）」の中で、Ｓｔａｐｕｌｉｏｎｉｓ他は、アルミニウム、鉄、又は銅イオンがエレクトロポレーションの間に金属電極の陽極から形成されることを示した。このプロセスによって生成した金属イオンは、巨大分子を沈澱した。巨大分子の沈澱は、薬品の減少と細胞への巨大分子の送達の減少を招いた。

文献「Ｔｏｍｏｖ，Ｔ．＆ Ｔｓｏｎｅｖａ，Ｉ．（２０００年）、生物電気化学（Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）、５１、２０７〜２０９頁。」の中で、Ｔｏｍｏｖ他は、アルミニウム含有電極からのアルミニウムイオンの放出と同様に、エレクトロポレーションの間に、ステンレス鋼電極から金属イオンが形成されたことを観察した。より高い電場、より広いパルス幅、及びより高い塩濃度によって、より多くの鉄が放出された。鉄の有害な潜在的影響が論じられた。量としては、アルミニウム電極から放出されるよりも、ステンレス鋼電極からの鉄の放出のほうが少ない（他の文献で示されている）。

文献「Ｋｏｔｎｉｋ，Ｔ．、Ｍｉｋｌａｖｃｉｃ，Ｄ．、Ｍｉｒ，Ｌ．Ｍ．。対称双極性矩形パルスによる細胞膜の電気浸透化、ＩＩ部。電解質汚染が低減される。」の中で、Ｋｏｔｎｉｋ他は、アルミニウム電極からのアルミニウムの放出と、ステンレス鋼電極からの鉄の放出を比較した。２種類の金属電極によって誘起される金属イオン放出に及ぼす単極性パルスと双極性パルスの影響が比較された。他の文献に見られるように、エレクトロポレーションに単極性パルスを用いるときに、多量の金属イオンが放出された。双極性パルスを用いると、金属イオン形成は顕著に低減された。

文献「Ｂｏｃｋｒｉｓ，Ｊ．Ｏ．、Ｒｅｄｄｙ，Ａ．Ｋ．Ｎ編集、最新の電気化学（Ｍｏｄｅｒｎ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）。Ｐｌｅｎｕｍ／Ｒｏｓｅｔｔａ、１９７７年。」の中には、エレクトロポレーション中に金属導体とイオン性導体の境界で起きる事象の一般的な議論がなされている。この議論はインビボ又はインビトロのエレクトロポレーションに使用した電極が電子伝導体であることを明らかにしている。電極を取り囲む組織又は流体はイオン性導体である。２つの間の境界は複雑である。電極で電気分解が起きる。静止状態では、境界でイオン性導体中にイオン雲があり、等しい強度の電荷と逆の電荷を電子伝導体内に誘起する。少なくとも２つの逆に荷電した電極（電子伝導体）の間に電位が印加されると、イオン性導体を横切って電流が誘起される。イオン性電流は、イオンが、溶液を通る電子の輸送に積極的に関わる点で、電子伝導体中の電流と異なる。電流とは、イオン性コンダクタンスによって溶液を通る一方向性の電子の流れである。

一方の電極は電子の供給源（陰極）として働き、他方は電子を取り込むためのシンク（陽極）として働く。電子供給源では、イオンは電子化、すなわち還元される。電子シンク（ｅｌｅｃｔｒｏ ｓｉｎｋ）では、イオンは脱電子化、すなわち酸化される。例として、水素イオンは電子化電極で電子化されて水素分子を形成する。電子シンク電極では、水の脱電子化で酸素が形成される。他のイオンも同じ作用を受けることができる。

電気分解の多くの生成物はエレクトロポレーションプロセスに有害である。それらは電極−イオン性導体境界を妨害し、細胞に毒になることがある。さらに、電極の金属が電気分解又は腐食によって溶液中に導入されることがある。

双極性パルスは電極の極性を反転する。これによって、電子化電極は脱電子化電極になり、脱電子化電極は電子化電極になる。この反転は電気化学的影響の逆転を結果、したがって、単極性パルスの悪い影響を低減する。

先行技術の研究から、また、本発明者の開示から、電気パルス、エレクトロポレーション、有害な電極の影響、及び細胞の処理剤摂取に関して多くの結論が導かれた。第１に、単極性パルスも、巨大分子の良好な電気泳動と細胞の処理剤摂取の良好なレベルが得られる良好なエレクトロポレーション環境を提供することができるが、有害な電極の影響が問題である。第２に、第１と対比して、双極性パルスは、有害な電極の影響が問題にならないエレクトロポレーション環境を提供することができるが、巨大分子の電気泳動が少なく、細胞の処理剤摂取レベルが低くなる。この点で、単極性パルスの欠点を蒙ることなく単極性パルスを使用する利点が得られ、双極性パルスの欠点を蒙ることなく双極性パルスを使用する利点が得られる、エレクトロポレーション方法が提供されれば望ましいことであろう。

より詳細には、単極性パルスを用いるが電極での有害な電気分解の影響が最小である、生体材料を電場と処理剤を用いて処理する方法を提供することは望ましいことであろう。

また、単極性パルスを用いて、良好な細胞の処理剤摂取のための良好な電気泳動特性を維持する、生体材料を電場と処理剤で処理する方法を提供することは望ましいことであろう。

また、単極性パルスを用いるが、逆の電極極性も用いる、生体材料を電場と処理剤で処理する方法を提供することは望ましいことであろう。

また、双極性パルスを用いることなく逆の電極極性を用いる、生体材料を電場と処理剤で処理する方法を提供することは望ましいことであろう。

したがって、前述の先行技術の内容は、処理剤を細胞中に駆動するためにエレクトロポレーションと電気泳動を用いることが周知であることと示すが、上述の先行技術は、（１）処理空間（Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｖｏｌｕｍｅ）全体に均一で一方向性のパルス電場を形成できること、
（２）同じパルス電圧の印加で、より大きな、又はより小さな処理空間に、同じ大きさの均一で一方向性の電場を形成することができること、
（３）電極アレイを取り去ることなく、処理空間全体に、第２の均一で一方向性の電場を、第１の電場方向に対して９０度又は１８０度又は２７０度で形成できること、
（４）電極アレイを取り去ることなく、処理空間全体に、第３又は第４の均一で一方向性の電場を、第１の電場方向に対して９０度又は１８０度又は２７０度で形成できること、
（５）数百マイクロ秒よりも長いパルス幅を使用するとき、双極性電場を用いることなく、電極での有害な電気化学的活性を最小にすることができること、
（６）処理空間に隣接する部位に継時的に電場を印加することによって、処理空間の加熱を低減することができること、
（７）単極性パルスの欠点を蒙ることなく、単極性パルスを用いる有益性が得られるエレクトロポレーションの方法を提供すること、
（８）双極性パルスの欠点を蒙ることなく、双極性パルスを用いる有益性が得られるエレクトロポレーションの方法を提供すること、
（９）単極性パルスを用いるが、電極での有害な電気分解の影響を最小にする、電場と処理剤で生体材料を処理する方法を提供すること、
（１０）単極性パルスを用い、良好な細胞の処理剤摂取のための良好な電気泳動特性を維持する、生体材料を電場と処理剤で処理する方法を提供すること、
（１１）単極性パルスを用いるが、逆の電極極性も用いる、生体材料を電場と処理剤で処理する方法を提供すること、
（１２）双極性パルスを用いることなく逆の電極極性を用いる、生体材料を電場と処理剤で処理する方法を提供すること
の望ましい特徴の組合せを有する、生体生物細胞、特に生体哺乳類細胞の中に治療処理剤を送達する方法を教示も示唆もしていない。

上述の望ましい特徴は、処理剤を生体材料中に駆動するために、電場を移動させ、電極極性を反転させて生体材料を処理する、本発明の独特の方法によって提供される。本発明のさらに多くの態様は以下のその説明から明らかになろう。先行技術を超える本発明の他の利点も明らかにされよう。

発明の開示
本出願は、「電場の移動及び電極極性の反転で生体材料を処理する方法（ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＴＲＥＡＴＩＮＧ ＢＩＯＬＯＧＩＣＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ＷＩＴＨ ＴＲＡＮＳＬＡＴＩＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬ ＦＩＥＬＤＳ ＡＮＤ ＥＬＥＣＴＲＯＤＥ ＰＯＬＡＲＩＴＹ ＲＥＶＥＲＳＡＬ）」について２００２年４月１６日出願した、係属中の米国特許仮出願、出願番号第６０／３７２，４３６号に関するものであることを特記する。さらに、本発明の態様は、Ｋｉｎｇ及びＷａｌｔｅｒｓの「処理剤で被覆した電極及びその使用（ＥＬＥＣＴＲＯＤＥＳ ＣＯＡＴＥＤ ＷＩＴＨ ＴＲＥＡＴＩＮＧ ＡＧＥＮＴ ＡＮＤ ＵＳＥＳ ＴＨＥＲＥＯＦ）」について２００１年８月０３日出願した、係属中の米国特許出願、出願番号第０９／９２０，８６１号、及び２０００年１月１２日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／０００１４号に開示されており、この出願は１９９９年１月２８日出願の同時係属中の米国特許仮出願、出願番号第６０／１１７，７５５号に基づくものである。ＰＣＴ国際出願番号第ＰＣＴ／ＵＳ００／０００１４号は、２０００年８月３日にＰＣＴ国際特許公開番号第ＷＯ ００／４４４３８号で公開され、参照により本明細書に組み込まれている。上述のＰＣＴ出願及び１９９９年１月２８日に出願した上述の米国特許仮出願、出願番号第６０／１１７，７５５号で既に開示した本発明の態様の一部を開示すことに加え、本出願は追加の発明の態様を開示するものである。

本出願は生物細胞の処理に関する。生物細胞は、インビボ、エクスビボ、又はインビトロのものとすることができる。さらに詳細には、生物細胞は表皮組織及び表皮組織中のランゲルハンス細胞であることができる。また、生物細胞は、深層組織であることができ、深層組織中の腫瘍であることができる。

本発明の原理は多くの方法で述べることができる。

本発明の一態様によれば、波形発生器によって提供されるパルス電場を用いる、処理剤での材料の処理方法が、提供される。この方法は、
３列以上の個別の電極列を含む電極アセンブリを得るステップと、
電極と波形発生器の間に導電路を確立するステップと、
継時的な電場波形の形態で波形発生器から隣接する電極列に継時的な電場を印加するステップであって、各継時的な電場が同じ方向を有し、隣接する継時的な電極列の間に継時的な電場を印加する間に、電極列の極性を継時的に反転するステップとを含む。

本発明の他の態様によれば、波形発生器によって提供されたパルス電場を用いる、薬品で材料を処理する方法が提供される。この方法は、
ａ）Ｋ列の電極を含み（Ｋは少なくとも３である）、各継時的な電極列が前の電極列から離れて配置されていると、電極アセンブリを得るステップと、
ｂ）Ｋ列の電極と波形発生器との間に導電路を確立するステップと、
ｃ）波形発生器からＫ列の電極に、継時的な電場波形の形態で継時的な電場を提供するステップであって、各電場が同じ方向を有しており、
（ａ）Ｌ番目の電場が、Ｋ列の電極の中で、選択されたＬ番目の電極列と（Ｌ＋１）番目の電極列の間に印加され（Ｌ＋２はＫより小さいか等しく、Ｌ番目の電極列が第１の極性を有し、（Ｌ＋１）番目の電極列が第２の極性を有する）、
（ｂ）引き続き、（Ｌ＋１）番目の電場が、（Ｌ＋１）番目の電極列と（Ｌ＋２）番目の電極列の間に印加される（（Ｌ＋１）番目の電極列が第１の極性を有し、（Ｌ＋２）番目の電極列が第２の極性を有する）、ステップと、
ｄ）ステップｃ）を、Ｌ＋２がＫよりも小さいか等しくなるように所望の数のＬを選択して、所望の回数だけ繰り返すステップとを含む。

各Ｋ列の電極は、少なくとも３個の個別の電極を含むことができる。

電場波形は、パルス電場波形とすることができる。

電場波形は、単極性電場波形とすることができる。

パルス電場波形は、矩形パルスからのものにすることができる。

パルス電場波形は、少なくとも３つの継時的な非正弦波電気パルスの連続である電気的パルスからのものにすることができ、材料に対して１００Ｖ／ｃｍに等しいかより大きい電場強度を有し、少なくとも３つの非正弦波電気パルスの連続は、（１）少なくとも３つのパルスの少なくとも２つが互いにパルス振幅の点で異なる特徴、（２）少なくとも３つのパルスの少なくとも２つが互いにパルス幅の点で異なる特徴、（３）少なくとも３つのパルスの第１の２つのパルス組の第１のパルス間隔が、少なくとも３つのパルスの第２の２つのパルス組の第２のパルス間隔と異なる特徴の、一つ又は２つ又は３つを有する。

第１の極性は正とすることができ、第２の極性は負とすることができる。また、第１の極性は負とすることができ、第２の極性は正とすることができる。

継時的な電場は、第１及び第２の電極列からＫ番目の電極列に一方向に印加することができる。次いで、継時的な電場はＫ番目の電極列及び（Ｋ＋１）番目の電極列から第１の電極列に逆方向で一方向に印加することができる。

処理される材料は、生体材料であることができる。生体材料は細胞材料であることができる。細胞材料は、皮膚細胞、組織、深層臓器組織、筋肉組織及び他の哺乳類細胞であることができる。

処理剤は、電極上で電極から放出可能な組織処理剤の分子を含むことができ、それは、電極に電気泳動パルスを印加することによって電極から放出される。電極から放出可能な組織処理剤の分子は、電極を溶媒に接触させることによって放出することができる。

本発明の他の態様によれば、
ａ）Ｋ列の電極を含み（Ｋは少なくとも３である）、各継時的な電極列が前の電極列から離れて配置され、各電極が免疫賦活物質で静電コーティング（ｓｌａｔｉｃａｌｌｙ−ｃｏａｔｅｄ）されている電極アセンブリを得るステップと、
ｂ）Ｋ列の電極と波形発生器との間に導電路を確立するステップと、
ｃ）静電コーティングした電極を処理すべき組織の中へ挿入するステップと、
ｄ）電極から免疫賦活物質を放出するステップと、
ｅ）波形発生器からＫ列の電極に継時的な電場波形の形態で継時的な電場を提供して、放出された免疫賦活物質を組織中の細胞に導入するステップであって、各電場が同じ方向を有し、
（ａ）Ｌ番目の電場が、Ｋ列の電極の中で、選択されたＬ番目の電極列と（Ｌ＋１）番目の電極列の間に印加され（Ｌ＋２はＫより小さいか同じであり、Ｌ番目の電極列が第１の極性を有し、（Ｌ＋１）番目の電極列が第２の極性を有する）、
（ｂ）引き続き、（Ｌ＋１）番目の電場が、（Ｌ＋１）番目の電極列と（Ｌ＋２）番目の電極列の間に印加される（（Ｌ＋１）番目の電極列が第１の極性を有し、（Ｌ＋２）番目の電極列が第２の極性を有する）ステップと、
ｆ）ステップｅ）を、Ｌ＋２がＫよりも小さいか等しくなるように所望の数のＬを選択して、所望する回数繰り返すステップとを含む、免疫治療の方法が提供される。

静電コーティング中の分子は、ポリヌクレチドワクチン、固相のポリヌクレオチドワクチン、ＤＮＡワクチン、固相のＤＮＡワクチン、ＲＮＡワクチン、固相のＲＮＡワクチン、蛋白質ベースのワクチン、固相の蛋白質ベースのワクチン、臓器処理剤及び他の深層組織腫瘍処理剤などの固相、ゲル、及び巨大分子とすることができる。

免疫賦活物質は、電極に電気泳動パルスを印加することによって電極から放出することができる。また、免疫賦活物質は、電極を溶媒に接触させることによって電極から放出することができる。免疫賦活物質は、体液を含む溶媒に電極を接触させることによって電極から放出することができる。

電極アセンブリは、少なくとも３列の平行な電極列に配置された複数の電極を含むことができる。少なくとも３列の電極列は、少なくとも３個の平行な電極プレートを含むことができる。

平行な電極列は針電極を含むことができる。針電極は、皮膚だけを貫通する比較的短い針を含むことができる。針電極は、皮下の組織を貫通する比較的長い針を含むことができる。平行な電極列は、パッド電極を含むことができる。

本発明の他の態様によれば、波形発生器によって提供されたパルス電場を用いて材料を処理する方法が提供される。この方法は、
第１電極と、第１電極から離れて配置されている第２電極と、第２電極から離れて配置されている第３電極とを含む電極アセンブリを得るステップと、
電極と波形発生器との間に導電路を確立するステップと、
処理すべき材料が電極の間に配置されるように電極を配置するステップと、
第１電場が第１電極と第２電極の間に印加されるように、継時的なパルス波形の形態で、波形発生器から処理すべき材料に共通方向に印加された共通方向の継時的な電場を提供するステップであって、第２電場が第２電極と第３電極の間に印加されるように、第１電極が第１極性を有し、第２電極が第２極性を有し、第２電極が第１極性を有し、第３電極が第２極性を有し、第１電場と第２電場が共通の直線方向にあるステップとを含む。

電極アセンブリは、処理すべき材料中に配置され、第３電極から離れて配置されている第４電極をさらに含むことができ、それは第３電場が第３電極と第４電極の間に印加されるように、追加のパルス波形の形態で波形発生器から処理すべき材料に印加された追加の電場をさらに提供する。第３電極は第１極性を有し、第４電極は第２極性を有する。第１、第２、第３電場は共通直線方向である。

電極アセンブリは、処理すべき材料中に配置された、第４電極から離れて配置されている第５電極をさらに含むことができ、それは、第４電場が第４電極と第５電極の間に印加されるように、追加のパルス波形の形態で波形発生器から処理すべき材料に印加された追加の電場をさらに提供し、第４電極は第１極性を有し、第５電極は第２極性を有する。第１、第２、第３、第４電場は共通の直線方向である。

本発明の他の態様によれば、波形発生器から提供されたパルス電場を提供する方法は、
ａ）Ｋ列の電極を含み（Ｋは少なくとも３である）各継時的な電極列が前の電極列から離れて配置されている電極アセンブリを得るステップと、
ｂ）Ｋ列の電極と波形発生器との間に導電路を確立するステップと、
ｃ）継時的な電場波形の形態で波形発生器からＫ列の電極に継時的な電場を提供するステップであって、各電場が同じ方向を有し、
（ａ）Ｌ番目の電場が、Ｋ列の電極の中で、選択されたＬ番目の電極列と（Ｌ＋１）番目の電極列の間に印加され（Ｌ＋２はＫより小さいか等しく、Ｌ番目の電極列は第１の極性を有し、（Ｌ＋１）番目の電極列は第２の極性を有する）、
（ｂ）引き続き、（Ｌ＋１）番目の電場が、（Ｌ＋１）番目の電極列と（Ｌ＋２）番目の電極列の間に印加される（（Ｌ＋１）番目の電極列が第１の極性を有し、（Ｌ＋２）番目の電極列が第２の極性を有する）ステップと、
ｄ）ステップｃ）を、Ｌ＋２がＫよりも小さいか等しくなるように所望の数のＬを選択して、所望の回数繰り返すステップとを含む。

本発明の他の態様によれば、
少なくとも３個の平行な電極列と少なくとも３個の平行な電極行からなる、マトリックス中に配列された少なくとも９個の個別の電極を含む電極アレイを備える電極アセンブリを得るステップと、
個別の電極と波形発生器の間に導電路を確立するステップと、
継時的な電場波形の形態で波形発生器から隣接する平行な電極列に継時的な電場を印加するステップであって、各継時的な電場が同じ第１方向を有し、隣接する継時的な電極列に継時的な電場を第１方向に印加している間、電極列の極性を継時的に反転するステップと、
継時的な電場波形の形態で波形発生器から隣接する平行な電極行に継時的な電場を印加するステップであって、各継時的な電場が同じ第２方向を有し、隣接する継時的な電極行に継時的な電場を第２方向に印加している間、電極行の極性を継時的に反転し、第２方向が第１方向と直交するステップとを含む、波形発生器によって提供されたパルス電場を用いて処理剤で材料を処理する方法が提供される。

電極列中の全ての個別の電極は恒久的に互いに接続することができ、各電極列はアレイスイッチに接続することができる。代りに、全ての電極は個別にアレイスイッチに接続することができる。

電極は針電極とすることができる。電極によって形成される電場強度は２００ｖ／ｃｍ以上とすることができる。電気パルス発生器は、アレイスイッチに接続された１対の電極列当たり１パルスを発生することができる。電気パルス発生器は、１マイクロ秒から１秒の矩形パルスを発生することができる。

本発明の他の態様によれば、パルス発生器に接続されたアレイスイッチへ接続するための電極アセンブリが提供される。電極アセンブリは、少なくとも３個の平行な電極列と少なくとも３個の平行な電極行からなる、マトリックスに配列された少なくとも９個の個別の電極を含み、少なくとも９個の個別の電極は、それぞれ個別にアレイスイッチに接続される。

電極アセンブリに関して、各個別の電極はパルス発生器の陽極、又はパルス発生器の陰極、又は中性電位のいずれかに選択的に接続される。

本発明の他の態様によれば、パルス発生器に接続された電極アセンブリとアレイスイッチの組合せが提供される。当該組合せは、少なくとも３個の平行な電極列と少なくとも３個の平行な電極行からなる、マトリックスに配列された少なくとも９個の個別の電極を含む電極アレイを備える電極アセンブリを有し、アレイスイッチは電極アレイに接続され、少なくとも９個の個別の電極は、それぞれ個別にアレイスイッチに接続される。

各個別の電極は、アレイスイッチを通じてパルス発生器の陽極、又はパルス発生器の陰極、又は中性電位のいずれかに選択的に接続することができる。

本発明の他の態様によれば、治療化合物を生物細胞に送達するための装置が提供される。装置は波形発生器を含む。アレイスイッチは波形発生器に電気的に接続される。少なくとも３個の平行な電極列と少なくとも３個の平行な電極行からなる、マトリックスに配列される少なくとも９個の個別の電極を含む電極アレイを備える電極アセンブリが提供される。電極アレイはアレイスイッチに電気的に接続される。少なくとも９個の個別の電極は、それぞれ個別にアレイスイッチに接続される。

各個別の電極は、波形発生器の陽極、又は波形発生器の陰極、又は中性電位のいずれかに選択的に接続することができる。

本発明の他の態様によれば、治療領域にある生物細胞中に治療化合物を送達するための装置が提供される。装置は、波形発生器を含む。アレイスイッチは波形発生器に電気的に接続される。電極アセンブリは治療領域に配置するために提供される。電極アセンブリは、少なくとも３個の平行な電極列と少なくとも３個の平行な電極行からなる、マトリックスに配列される少なくとも９個の個別の電極を含む電極アレイを備える。電極アレイはアレイスイッチに電気的に接続される。少なくとも９個の個別の電極は、それぞれ個別にアレイスイッチに接続され、各個別の電極はアレイスイッチを通して波形発生器の陽極、又は波形発生器の陰極、又は中性電位のいずれかに選択的に電気的に接続される。

継時的な電場は、治療領域中へ継時的な電場波形の形態で波形発生器から隣接する継時的な電極列に印加され、各継時的な電場は同じ第１方向を有し、隣接する継時的な電極列間に継時的な電場を第１の方向に印加している間、電極列の極性が継時的に反転される。

更に、継時的な電場は、波形発生器から継時的な電場波形の形態で治療領域中の隣接する継時的な電極行に印加され、各継時的な電場は同じ第２方向を有し、隣接する継時的な電極列間に継時的な電場を第２の方向に印加している間、電極列の極性が継時的に反転される。第２方向は第１方向と直交する。

上記の概要は、以下のその詳細な説明をより良く理解することができ、且つ、当技術への本発明の寄与をより良く認識することができるように、本発明のより重要な特徴を広く記載している。勿論、以降に説明し、本明細書に添付する請求項の主題となる、本発明の追加の特徴が存在する。

この点で、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、その用途が、以下の説明に記載され、又は図に示された構造及び構成要素の構成に制限されるものではないことが理解される。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施し実行することが可能である。また、本明細書に用いる語法及び用語は説明のためであり、制限的に考えるべきではないことを理解すべきである。

このように、当業者であれば、開示に基礎付けられるその概念が、本発明のいくつかの目的を実施するために、他の構造、方法、システムを設計する基礎として容易に使用できることを認識するであろう。したがって、請求項は、それらが本発明の精神と範囲を逸脱しない限り、それらの等価な構造を含むとみなすことは重要である。

上記の観点から、電場を移動させ、且つ電極極性を反転させて、生体材料を処理する新規な且つ改善された方法であって、単極性パルスの欠点を蒙ることなく、単極性のパルスを使用する利点が得られるエレクトロポレーション法を提供することは、本発明の一の目的である。

本発明のさらに他の目的は、電場を移動させ、且つ電極極性を反転させて、生体材料を処理する新規且つ改善された方法であって、双極性パルスの欠点を蒙ることなく、双極性のパルスを使用する利点が得られるエレクトロポレーション法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、電場を移動させ、且つ電極極性を反転させて、生体材料を処理する新規且つ改善された方法であって、単極性パルスを使用するが、電極での有害な電気分解の影響を最小にする、電場と処理剤で生体材料を処理する方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、電場を移動させ、且つ電極極性を反転させて、生体材料を処理する新規且つ改善された方法であって、単極性パルスを使用して、細胞が良好に処理剤を摂取するための良好な電気泳動特性を維持する、電場と処理剤で生体材料を処理する方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、電場を移動させ、且つ電極極性を反転させて、生体材料を処理する新規且つ改善された方法であって、単極性パルスを使用するが逆の電極極性も使用する、電場と処理剤で生体材料を処理する方法を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、電場を移動させ、且つ電極極性を反転させて、生体材料を処理する新規且つ改善された方法であって、双極性パルスを使用せずに逆の電極極性を使用する、電場と処理剤で生体材料を処理する方法を提供することである。

その使用で得られる追加の利点及び特定の目的は、本発明の好ましい実施形態が示されている付属の図面及び説明事項を参照すべきである。

本発明の詳細な以下の説明を検討すれば、本発明はより良く理解され、上記の目的並びに上記に記載したもの以外の目的はより明らかになるであろう。それらの説明は付属の図面を参照する。

処理方法は図１に示したシステムを用いる。パルス発生器１２が存在する。パーソナルコンピュータ１３はインターフェースでパルス発生器１２に接続する。ＲＳ−２３２インターフェース１５を使用して、パーソナルコンピュータ１３をパルス発生器１２と接続することができる。アレイスイッチ１４はパルス発生器の陽極１６とパルス発生器の陰極１８に接続される。また、アレイスイッチ１４は中性又は制御１７にも接続される。また、アレイスイッチ１４は、各電極列又は電極アレイ中の各電極のいずれにも個別に接続される。そのようなパルス発生器の１つはＣｙｔｏ Ｐｕｌｓｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｃ．のＰＡ−４０００ Ｐｕｌｓｅ Ａｇｉｌｅ発生器である。そのようなアレイスイッチの１つはＣｙｔｏ Ｐｕｌｓｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｉｎｃ．のＰＡ−２０１ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｐｕｌｓｅ Ｓｗｉｔｃｈである。ＰＡ−２０１ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｐｕｌｓｅ Ｓｗｉｔｃｈは３２個の電極又は３２列の電極列まで接続可能であることが注目される。図２に示したように、ＰＡ−２０１は、電極の列を恒久的に配線するならば、パルス発生器の陽極１６又は陰極１８を任意の電極アレイの列に接続でき、又は電極列を互いに恒久的に配線しなければ、アレイ中の任意の電極に接続することができる。

様々な電極を用いることができる。例えば、電極は、固体針、中空針、被覆針、被覆しない針、多孔質針とすることができる。

本発明の推移波電極方法をより完全に認識するために、インビボの電極列に関する電場の考察を最初に論じる。

電極アレイが２個の活性な平行列からなり、各列が２個の電極からなり、１列が陽極に接続されており、１列が陰極に接続されているならば、形成される電場は図３Ａに示される。推定される電場は領域線４０と４２で示される。列の長さと同じ外形寸法を有し、列間隙と同じ間隙を有する完全に平行なプレートを基準とした。特定の列中の電極間の間隙が増加したり、或いは電極列間の間隙が増加したり、或いは針の直径が増加すると、それにつれ電場の均一性は低下する。

図３Ｂ及び図４Ａは列電極当たり針６個において推定される電場を示す。推定される電場は領域線４４と４６で示されている。Ｃｙｔｏ Ｐｕｌｓｅ Ｓｔｕｄｙによる１９９９年１０月の公表されていない内部の結論は、
１）電極列の間の間隙距離３６が、列の電極間の横方向の距離３４の少なくとも３倍大きく、
２）電極列の横方向の長さ３８が、電極列間の間隙距離３６の少なくとも２．５倍であり、
３）針電極の直径が、電極列間の間隙距離３６の約０．２倍であれば、
ほぼ均一な電場（等価の平行プレートで形成される電場の２０％以内）になることであった。

列当たり１個又は２個の針だけを用いて形成される電場（図３Ａに示すように）は、最善でも非常に狭い均一な電場を形成できるだけである。

図４Ｂに示すように、１列が１個の電極を有し、第２列が２個の逆極性の電極を有する正三角形は、複雑な電場４８を有し、この電場は均一ではなく、単一方向性の電場ベクトルをもたない（米国特許第５，８７３，８４９号参照。）。より詳細には、図４Ｂは３列の等辺の電場パターンを示している。示したように、等辺は非常に限られた処理空間の範囲を有し、電場ベクトルは２つの異なる方向を向く。

処理空間を増加するために、電極列間の間隙距離３６を大きくすることができる。示したように、これは縁部での電場の均一性を低下させる。距離が大きくなる程、均一性はゼロになる。電極列間のより長い間隙距離３６はまた、中央で同じ電場強度を維持するために電圧の増加が必要である。

列間隙を大きくして処理空間を増加する代りに、追加の列を加えることができる。全ての列がパルス発生器に同時に接続されると、各列の極性は交互でなければならない。これは３つの問題を起す。第１の問題は、１つの列から次の列へ電場の方向が１８０度変化することである。第２の問題は、加熱である。１列を追加することは並列に他の抵抗を有効に加えることになり、したがって生体組織又は水性溶液などの電導性媒質に挿入したとき、電極の内部インピーダンスが低下する。第３の問題は、２列より多い活性手段を有することによって、各列からの電流がより多く必要なことである。

Ｃｙｔｏ Ｐｕｌｓｅ Ｓｃｉｅｎｃｅによる１９９９年１２月及び２０００年６月の未公表研究において、２列以上を同時に接続することの効果が求められた。使用された電極のパラメーターは、以下の表１に記載する。

１２月の研究では、３列を使用し、以下の表２のように接続した。

針のアレイを３種類の均一な水性溶液中に置き、表３に示す以下の抵抗が測定された。

第３列を追加することは、電極のインピーダンスを半分まで低減しなかった。これは、より少ない電流が流れ、したがって電場が小さいことを示唆した。

６月の研究では、水性溶液とビーフステーキ中に８個までの電極を使用した。６月の研究の結果は表４に示す。再び、他の類似の抵抗を加えるときの基本的な予測ほどアレイのインピーダンスは低下しなかった。したがって、さらに多くの列を加えるにつれ、電場強度が予測よりも低くなる。

複数の平行な電極列で、１対だけが同時に活性である各列のパルス形態は、図５Ａから５Ｄに示されている。

しかし、図５Ａから５Ｄを詳細に論ずる前に、まず図２に注目する。図２に示すように、アレイスイッチ１４において、各電極は選択されたスイッチ１９によって陽極（＋）電位、又は陰極（−）電位、又は中性電位のいずれかに接続することができる。図２に示す特定の選択では、電極１（又は電極列１）は陰極電位に接続される。電極２（又は電極列２）は陽極電位に接続される。電極３〜８（又は電極列３〜８）は中性電位に接続される。

図５Ａから図５Ｄの議論に戻って、図２のアレイスイッチ１４の選択は図５Ａの選択と一致する。

引き続き、図２には示さず、図５Ｂに示しているが、電極列１〜５で、電極列１が中性電位に接続される。電極列２は陰極電位に接続される。電極列３は陽極電位に接続される。電極列４と５は中性電位に接続される。

さらに、図５Ｃに示したように、電極列１と２は中性電位に接続される。電極列３は陰極電位に接続される。電極列４は陽極電位に接続される。電極列５は中性電位に接続される。

さらに、図５Ｄに示すように、電極列１〜３は中性電位に接続される。電極列４は陰極電位に接続される。電極列５は陽極電位に接続される。

明らかに、図５Ａから図５Ｄに示すように、電場ベクトル２０は単一方向に漸次的に移動する。さらに、図５Ａから５Ｄのように、電場が漸次移動する際、電場の各追加の位置で均一である。

さらに、均一な電場が単一方向に進むにつれ極性の反転が起きる。より詳細には、図５Ａにおいて、電極列２は陽極電位に接続される。図５Ｂにおいて、電極列２は陰極電位に接続される。

図５Ｂにおいて、電極列３は陽極電位に接続される。図５Ｃにおいて、電極列３は陰極電位に接続される。

図５Ｃにおいて、電極列４は陽極電位に接続される。図５Ｄにおいて、電極列４は陰極電位に接続される。

電極列１〜５では、それぞれの列中のそれぞれの電極を互いに結線できることが理解される。代りに、それぞれの電極列中のそれぞれの電極をアレイスイッチ１４によって同時に選択することができる。

図５Ａから図５Ｄの例では、５個の５×５個の電極要素が用いられる。すなわち、２５個の電極が、５列と５行を有するマトリックス中に配置される。一般に、本発明に使用される電極アレイは、Ｋ列とＭ行を有するマトリックスアレイにすることができる。

以下の表５は、電極が針であると想定した場合の電極間の距離の関数として、様々なパラメーターを提供する。

図６及び図７の「範囲」に関して、処理される実際の領域は、５×５電極のマトリックスアレイ内の領域である。また、図６及び図７に関して、５×５電極のマトリックスアレイ中の２５電極の各々は、独立にアレイスイッチ１４に接続される。

図６に関してさらに詳細には、電極の水平列２４の群が選択されるように、電極はアレイスイッチ１４によって選択される。これに関して、第１方向の漸進的な電場ベクトル２２は、図６では縦に配向されている。イオン最小化のための実際の領域は第１のイオン最小化領域２６であり、電場で処理される領域よりも小さい。これに関して、第１方向の漸進的な電場ベクトル２２は、第１イオン最小化領域２６よりも縦方向に長い。

図７に関してさらに詳細には、電極の縦行３０の群が選択されるように、電極はアレイスイッチ１４によって選択される。この点、第２方向の漸進的な電場ベクトル２８は、図７では縦に配向されている。イオン最小化のための実際の領域は第２のイオン最小化領域３２であり、電場で処理される領域よりも小さい。この点、第２方向の漸進的な電場ベクトル２８は、第２イオン最小化領域３２よりも水平方向に長い。

処理領域が、（ａ）図６に示すような、電極の逆の極性を伴って第１方向に処理領域を進む、均一な電場の漸進的な連作による第１の処理と、次いで、（ｂ）図７に示すような、電極の逆の極性を伴って、第１方向と直交する第２方向に処理領域を進む、均一な電場の漸進的な連作による第２の処理とによって処理される、処理方法を提供することができる。

上記から、本発明は、記載した全ての目的を完遂することは明らかであり、エレクトロポレーション方法の提供に有利に使用することができ、単極性パルスの欠点を蒙ることなく単極性パルスの利点を使用する利点が得られる、電場の移動と電極極性の反転で生体材料を処理する新規且つ改善された方法を提供することを含む。本発明で、電場の移動と電極極性の反転で生体材料を処理する方法は、双極性パルスの欠点を蒙ることなく双極性パルスの利点を使用する利点が得られるエレクトロポレーション方法を提供する。本発明で、電場の移動と電極極性の反転で生体材料を処理する方法は、単極性パルスを使用するが電極での有害な電気分解の影響を最小にする、電場と処理剤で生体材料を処理する方法を提供する。本発明で、電場の移動と電極極性の反転で生体材料を処理する方法は、単極性パルスを使用し、細胞の良好な処理剤摂取のための電気泳動特性を維持する、電場と処理剤で生体材料を処理する方法を提供する。本発明で、電場の移動と電極極性の反転で生体材料を処理する方法には、単極性パルスを使用するが電極の逆極性も使用する、電場と処理剤で生体材料を処理する方法が提供される。本発明で、電場の移動と電極極性の反転で生体材料を処理する方法には、双極性パルスを使用しないで電極の逆極性を使用する、電場と処理剤で生体材料を処理する方法が提供される。

単一方向の均一な電場を形成するのに用いるシステムを示す概略図である。 アレイスイッチ中の特定のスイッチ構成によって決定された、電極アレイの特定の極性構成を示す概略図である。 図３Ａの左側において、２列の電極列が互いに４ｍｍ離れており、図３Ａの右側において、２列の電極列が互いに６ｍｍ離れている、電極列当たり２個の針を用いる電場を示す概略図である。 図３Ｂの左側において、２列の電極列が互いに４ｍｍ離れており、図３Ｂの右側において、２列の電極列が互いに６ｍｍ離れている、電極列当たり６個の針を用いる電場を示す概略図である。 図３Ｂの左側と同様に、６個の陰極列と完全に対向する６個の陽極列の電場を示す図である。 各電極列が隣接する最も近い電極列又は複数の電極列から等距離である、上部の４個の陽極列と、中間の平行な５個の陰極列と、底部の４個の陽極列との間の電場を示す図である。 電極列の逆の極性を伴って、継時的に選択された電極列を通る、電場ベクトルの漸進的な単一方向の動きを示す概略図である。 電極列の逆の極性を伴って、継時的に選択された電極列を通る、電場ベクトルの漸進的な単一方向の動きを示す概略図である。 電極列の逆の極性を伴って、継時的に選択された電極列を通る、電場ベクトルの漸進的な単一方向の動きを示す概略図である。 電極列の逆の極性を伴って、継時的に選択された電極列を通る、電場ベクトルの漸進的な単一方向の動きを示す概略図である。 第１治療領域中の水平の電極列を通る、第１方向の漸進的な電場ベクトルの単一方向の動きを示す概略図である。 第２治療領域中の縦の電極行を通る、第２方向の漸進的な電場ベクトルの単一方向の動きを示し、第２方向の漸進的な電場ベクトルが、第１方向の漸進的な電場ベクトルと直交することを示す概略図である。

Claims (65)

1. 波形発生器によって提供されるパルス電場を用いて、処理剤で材料を処理する方法であって、
   ３列以上の個別の電極列を有する電極アセンブリを得るステップと、
   電極と波形発生器の間に導電路を確立するステップと、
   継時的な電場波形の形態で波形発生器から隣接する電極列に継時的な電場を印加するステップであって、各継時的な電場が同じ方向を有し、隣接する継時的な電極列の間に継時的な電場を印加する間に、電極列の極性が継時的に反転されるステップとを含む方法。
2. 波形発生器によって提供されるパルス電場を用いて、薬品で材料を処理する方法であって、
   ａ）Ｋ列の電極を含み（Ｋは少なくとも３である）、後続の各電極列が前の電極列から離れて配置されている電極アセンブリを得るステップと、
   ｂ）Ｋ列の電極と波形発生器との間に導電路を確立するステップと、
   ｃ）継時的な電場波形の形態で波形発生器からＫ列の電極に継時的な電場を提供するステップであって、各電場が同じ方向を有しており、
   （ａ）Ｌ番目の電場が、Ｋ列の電極の中で、選択されたＬ番目の電極列と（Ｌ＋１）番目の電極列の間に印加され（Ｌ＋２はＫより小さいか等しく、Ｌ番目の電極列は第１の極性を有し、（Ｌ＋１）番目の電極列は第２の極性を有する）、
   （ｂ）引き続き、（Ｌ＋１）番目の電場が、（Ｌ＋１）番目の電極列と（Ｌ＋２）番目の電極列の間に印加される（（Ｌ＋１）番目の電極列は第１の極性を有し、（Ｌ＋２）番目の電極列は第２の極性を有する）ステップと、
   ｄ）Ｌ＋２がＫよりも小さいか等しくなるように所望の数のＬを選択して、所望する回数だけステップｃ）を繰り返すステップと
   を含む方法。
3. 前記Ｋ列の電極が、少なくとも３個の個別の電極を含む請求項２に記載の方法。
4. 前記電場波形が、パルス電場波形である請求項２に記載の方法。
5. 前記電場波形が、単極性電場波形である請求項２に記載の方法。
6. 前記パルス電場波形が、矩形パルス波形である請求項２に記載の方法。
7. 前記パルス電場波形は、１００Ｖ／ｃｍに等しいかより大きい電場強度を有し、材料に対する、少なくとも３つの非正弦波電気パルスの連続である電気的パルスからなり、前記少なくとも３つの非正弦波電気パルスの連続が、（１）少なくとも３つのパルス中の少なくとも２つは互いにパルス振幅が異なるという特徴、（２）少なくとも３つのパルス中の少なくとも２つは互いにパルス幅が異なるという特徴、（３）少なくとも３つのパルス中の２つからなる第１の組の第１のパルス間隔は、少なくとも３つのパルス中の２つからなる第２の組の第２のパルス間隔と異なるという特徴の、１つ又は２つ又は３つを有する請求項２に記載の方法。
8. 第１極性が正であり、第２極性が負である請求項２に記載の方法。
9. 第１極性が負であり、第２極性が正である請求項２に記載の方法。
10. 継時的な電場が、第１及び第２の電極列からＫ番目の電極列に印加される請求項２に記載の方法。
11. 継時的な電場が、Ｋ番目の電極列及び（Ｋ−１）番目の電極列から第１電極列に印加される請求項２に記載の方法。
12. 前記処理される材料が生体材料を含む請求項２に記載の方法。
13. 前記処理される材料が細胞材料を含む請求項１２に記載の方法。
14. 前記処理される細胞材料が皮膚細胞を含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記処理される細胞材料が組織を含む請求項１３に記載の方法。
16. 前記処理される組織が深層臓器組織を含む請求項１５に記載の方法。
17. 前記処理される組織が筋組織を含む請求項１５に記載の方法。
18. 前記処理剤が、電極に電気泳動パルスを印加することによって電極から放出される、電極上の電極放出性組織処理剤の分子を含む請求項２に記載の方法。
19. 前記電極放出性組織処理剤の分子が、電極を溶媒と接触させることによって電極から放出される請求項１９に記載の方法。
20. 免疫治療の方法であって、
    ａ）Ｋ列の電極を含み（Ｋは少なくとも３である）、各継時的な電極列が前の電極列から離れて配置されており、各電極が免疫賦活物質で静電コーティングされている電極アセンブリを得るステップと、
    ｂ）Ｋ列の電極と波形発生器との間に導電路を確立するステップと、
    ｃ）免疫賦活物質で静電コーティングした電極を処理すべき組織の中へ挿入するステップと、
    ｄ）電極から免疫賦活物質を放出するステップと、
    ｅ）放出された免疫賦活物質が組織の細胞中に導入されるように、継時的な電場波形の形態で波形発生器からＫ列の電極に継時的な電場を提供するステップであって、各電場が同じ方向を有し、
    （ａ）Ｌ番目の電場が、Ｋ列の電極の中で、選択されたＬ番目の電極列と（Ｌ＋１）番目の電極列の間に印加され（Ｌ＋２はＫより小さいか等しく、Ｌ番目の電極列が第１の極性を有し、（Ｌ＋１）番目の電極列が第２の極性を有する）、
    （ｂ）引き続き、（Ｌ＋１）番目の電場が、（Ｌ＋１）番目の電極列と（Ｌ＋２）番目の電極列の間に印加される（（Ｌ＋１）番目の電極列が第１の極性を有し、（Ｌ＋２）番目の電極列が第２の極性を有する）ステップと、
    ｆ）Ｌ＋２がＫよりも小さいか等しくなるように所望の数のＬを選択して、所望する回数だけステップｅ）を繰り返すステップとを含む方法。
21. 前記静電コーティング中の分子が固相である請求項２０に記載の方法。
22. 前記静電コーティング中の分子がゲル状である請求項２０に記載の方法。
23. 前記静電コーティング中の分子が巨大分子である請求項２０に記載の方法。
24. 前記静電コーティング中の分子がポリヌクレオチドワクチンである請求項２３に記載の方法。
25. 前記静電コーティング中の分子が固相のポリヌクレオチドワクチンである請求項２３に記載の方法。
26. 前記静電コーティング中の分子がＤＮＡワクチンである請求項２３に記載の方法。
27. 前記静電コーティング中の分子が固相のＤＮＡワクチンである請求項２３に記載の方法。
28. 前記静電コーティング中の分子がＲＮＡワクチンである請求項２３に記載の方法。
29. 前記静電コーティング中の分子が固相のＲＮＡワクチンである請求項２３に記載の方法。
30. 前記静電コーティング中の分子が蛋白質ベースのワクチンである請求項２３に記載の方法。
31. 前記静電コーティング中の分子が固相の蛋白質ベースのワクチンである請求項２３に記載の方法。
32. 前記静電コーティング中の分子が臓器処理剤である請求項２３に記載の方法。
33. 前記静電コーティング中の分子が深層組織腫瘍処理剤である請求項３３に記載の方法。
34. 前記免疫賦活物質が、電極に電気泳動パルスを印加することによって電極から放出される請求項２０に記載の方法。
35. 前記免疫賦活物質が、電極を溶媒に接触させることによって電極から放出される請求項２０に記載の方法。
36. 前記免疫賦活物質が、体液を含む溶媒に電極を接触させることによって電極から放出される請求項２０に記載の方法。
37. 前記電極アセンブリが、少なくとも３列の平行な電極列に配置された複数の電極を含む請求項２０に記載の方法。
38. 前記少なくとも３列の電極列が、少なくとも３個の平行な電極プレートを含む請求項３７に記載の方法。
39. 前記平行な電極列が、針電極を含む請求項２０に記載の方法。
40. 前記針電極が、皮膚だけを貫通する比較的短い針を含む請求項３９に記載の方法。
41. 前記針電極が、皮下の組織を貫通する比較的長い針を含む請求項３９に記載の方法。
42. 前記平行な電極列が、パッド電極を含む請求項２０に記載の方法。
43. 波形発生器によって提供されたパルス電場を用いて材料を処理する方法であって、
    第１電極と、第１電極から離れて配置されている第２電極と、第２電極から離れて配置されている第３電極とを含む電極アセンブリを得るステップと、
    電極と波形発生器の間に導電路を確立するステップと、
    処理すべき材料が電極の間に配置されるように電極を配置するステップと、
    継時的なパルス波形の形態で波形発生器から共通方向で処理すべき材料に印加される継時的な電場を提供するステップであって、第１電場が第１電極と第２電極の間に印加され（第１電極が第１極性を有し、第２電極が第２極性を有する）、第２電場が第２電極と第３電極の間に印加される（第２電極が第１極性を有し、第３電極が第２極性を有し（第１電場と第２電場が共通の直線方向にある）ステップと
    を含む方法。
44. 前記電極アセンブリが、第３電極から離れ、処理すべき材料中に配置される第４電極をさらに含み、
    第３電極と第４電極の間に印加される第３電場が、追加のパルス波形の形態で波形発生器から処理すべき材料に印加される追加の電場をさらに提供し、第３電極が、第１極性を有し、第４電極が第２極性を有し、第１、第２、第３電場が共通の直線方向にある
    請求項４３に記載の方法。
45. 電極アセンブリが、第４電極から離れ、処理すべき材料中に配置される第５電極をさらに含み、
    第４電極と第５電極の間に印加される第４電場が、追加のパルス波形の形態で波形発生器から処理すべき材料に印加される追加の電場をさらに提供し、第４電極が第１極性を有し、第５電極が第２極性を有し、第１、第２、第３、第４電場が共通の直線方向にある請求項４４に記載の方法。
46. 波形発生器から供与されるパルス電場を提供する方法であって、
    ａ）Ｋ列の電極を含み（Ｋは少なくとも３である）、後続の各電極列が前の電極列から離れて配置されている電極アセンブリを得るステップと、
    ｂ）Ｋ列の電極と波形発生器との間に導電路を確立するステップと、
    ｃ）継時的な電場波形の形態で波形発生器からＫ列の電極に継時的な電場を提供するステップであって、各電場が同じ方向を有し、
    （ａ）Ｌ番目の電場が、Ｋ列の電極の中で、選択されたＬ番目の電極列と（Ｌ＋１）番目の電極列の間に印加され（Ｌ＋２はＫより小さいか等しく、Ｌ番目の電極列が第１の極性を有し、（Ｌ＋１）番目の電極列が第２の極性を有する）、
    （ｂ）引き続き、（Ｌ＋１）番目の電場が、（Ｌ＋１）番目の電極列と（Ｌ＋２）番目の電極列の間に印加される（（Ｌ＋１）番目の電極列が第１の極性を有し、（Ｌ＋２）番目の電極列が第２の極性を有する）ステップと、
    ｄ）ステップｃ）を、Ｌ＋２がＫよりも小さいか等しくなるように所望の数のＬを選択して、所望の回数だけ繰り返すステップと
    を含む方法。
47. 波形発生器によって提供されたパルス電場を用いて処理剤で材料を処理する方法であって、
    少なくとも３個の平行な電極列と少なくとも３個の平行な電極行のマトリックスに配列された、少なくとも９個の個別の電極を含む電極アセンブリを得るステップと、
    個々の電極と波形発生器の間に導電路を確立するステップと、
    継時的な電場波形の形態で波形発生器から隣接する平行な電極列に継時的な電場を印加するステップであって、各継時的な電場が同じ第１方向を有し、隣接する継時的な電極列に継時的な電場を第１方向に印加している間に、電極列の極性を継時点に反転するステップと、
    継時的な電場波形の形態で波形発生器から隣接する平行な電極行に継時的な電場を印加するステップであって、各継時的な電場が同じ第２方向を有し、隣接する継時的な電極行に継時的な電場を第２方向に印加している間に、電極行の極性が継時的に反転され、第２方向が第１方向と直交するステップと
    を含む方法。
48. 治療化合物をインビボ又はインビトロで活細胞中に送達する装置であって、
    列当たり４個以上の電極を有する平行な３列以上の電極列からなり、各列中の電極が隣接電極列中の電極に対向している電極アレイと、
    陽極と陰極を備える電気パルス電圧発生手段と、
    パルス電圧発生器の陽極を１つの電極列に接続し、パルス電圧発生器の陰極を対向する隣接の電極列に接続するアレイスイッチング手段であって、電極列の次の対の１列だけが前の対の接続の間に接続され、且つ、接続された共通電極列の極性が次に接続される電極列の対と逆になるように、電極列の後続対を継時的に選択し、全ての電極列を前記パルス発生器に接続し終えるまで、継時的に次の隣接電極列を同様に接続するために操作されるアレイスイッチング手段と
    を含む装置。
49. 電極列中の全ての個別の電極が恒久的に接続され、各電極列がアレイスイッチに接続される請求項４８に記載の装置。
50. 全ての電極が個別に前記アレイスイッチに接続される請求項４８に記載の方法。
51. 前記電極が針電極である請求項４８に記載の方法。
52. 電極によって形成される電場の強度が２００Ｖ／ｃｍ以上である請求項４８に記載の方法。
53. 前記電気パルス発生器が、前記アレイスイッチによって連結される電極列１対当たり１個のパルスを発生する請求項４８に記載の方法。
54. 前記電気パルス発生器が１マイクロ秒〜１秒の矩形パルスを発生する請求項４８に記載の方法。
55. 前記活細胞が、哺乳類細胞である請求項４８に記載の方法。
56. 前記活細胞が、ヒトの組織細胞である請求項４８に記載の方法。
57. 前記治療化合物が大きな分子である請求項４８に記載の方法。
58. 治療化合物をインビボ又はインビトロで活細胞中に送達する装置であって、
    列当たり４個以上の電極を有する平行な３列以上の電極列からなり、各列中の電極が対向している電極アレイと、
    陽極と陰極を備える電気パルス電圧発生手段と、
    パルス電圧発生器の陽極を１つの電極列に接続し、パルス電圧発生器の陰極を対向する電極の隣接列に接続するアレイスイッチング手段であって、電極列の次の対の１列だけが前の対の接続の間に接続され、且つ、接続された共通電極列の極性が次に接続される電極列の対と逆になるように、電極列の後続対を継時的に選択し、全ての電極列を一方向に接続し終えるまで、継時的に次の隣接電極列を同様に接続し、次いでアレイの各列を直交方向に接続し、上記の接続・パルス発生プロセスを繰り返すアレイスイッチング手段と
    を含む装置。
59. パルス発生器に接続されたアレイスイッチに接続するための電極アセンブリであって、
    少なくとも３個の平行な電極列と少なくとも３個の平行な電極行からなるマトリックスに配列された少なくとも９個の個別の電極を含み、前記少なくとも９個の電極が、それぞれ個別にアレイスイッチに接続されている電極アレイ
    を有する電極アセンブリ。
60. 個別の電極が、それぞれパルス発生器の陽極、又はパルス発生器の陰極、又は中性電位のいずれかに選択的に接続される請求項５９に記載の電極アセンブリ。
61. 電極アセンブリとパルス発生器に接続されたアレイスイッチの組合せであって、
    少なくとも３個の平行な電極列と少なくとも３個の平行な電極行からなるマトリックスに配列された少なくとも９個の個別の電極を含む電極アレイを有する電極アセンブリと、
    前記電極アレイに接続され、前記少なくとも９個の個別の電極が、それぞれ前記アレイスイッチに個別に接続されるアレイスイッチと
    を含む組合せ。
62. 個別の電極が、前記アレイスイッチを通してパルス発生器の陽極、又はパルス発生器の陰極、又は中性電位のいずれかに選択的に接続される請求項６１に記載の組合せ。
63. 生物細胞中に治療化合物を送達するための装置であって、
    波形発生器と、
    前記波形発生器に電気的に接続されるアレイスイッチと、
    少なくとも３個の平行な電極列と少なくとも３個の平行な電極行からなるマトリックスに配列された少なくとも９個の個別の電極を含む電極アレイを有する電極アセンブリであって、前記電極アレイが前記アレイスイッチに電気的に接続され、前記少なくとも９個の個別の電極が、それぞれ前記アレイスイッチに個別に接続される電極アセンブリと
    を含む装置。
64. 個別の電極が、前記アレイスイッチを通して波形発生器の陽極、又は波形発生器の陰極、又は中性電位のいずれかに選択的に接続される請求項６３に記載の装置。
65. 波形発生器と、
    前記波形発生器に電気的に接続されるアレイスイッチと、
    治療領域上に配置される電極アセンブリであって、前記電極アセンブリが少なくとも３個の平行な電極列と少なくとも３個の平行な電極行からなるマトリックスに配列された少なくとも９個の個別の電極を含む電極アレイを有し、前記電極アレイが前記アレイスイッチに電気的に接続され、前記少なくとも９個の個別の電極が、それぞれ前記アレイスイッチに個別に接続される電極アセンブリとを備える、治療領域の生物細胞中に治療化合物を送達するための装置であって、
    個別の電極の各々が、前記アレイスイッチを通して波形発生器の陽極、又は波形発生器の陰極、又は中性電位のいずれかに選択的に接続され、
    継時的な電場が、治療領域に対し、継時的な電場波形の形態で、波形発生器から隣接する電極列に印加され、各継時的な電場が同じ第１方向を有し、隣接する継時的な電極列間に継時的な電場を第１方向に印加する間に、電極列の極性が継時的に反転され、
    継時的な電場が、治療領域に対し、継時的な電場波形の形態で、波形発生器から隣接する電極列に印加され、各継時的な電場が同じ第２方向を有し、隣接する継時的な電極行間に継時的な電場を第２方向に印加する間に、電極行の極性が継時的に反転され、第２方向が第１方向と直交する装置。

Images