JP2020028759A - 低侵襲表皮電気穿孔装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、電気穿孔して１つまたは複数の抗原を送達するための装置、ならびにこの装置を使用し、表皮組織の細胞を電気穿孔して１つまたは複数の抗原を送達する方法を対象とする。【解決手段】本装置は、筐体と、筐体から突出する複数の電極アレイであって、それぞれが少なくとも１つの電極を含む電極アレイと、これらの電極に電気的に結合されたパルス発生器と、パルス発生器に電気的に結合されたプログラム可能なマイクロコントローラと、パルス発生器およびマイクロコントローラに結合された電力源とを備える。電極アレイは、空間的に分離した部位を画定する。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年６月２８日に出願された米国特許仮出願第６１／５０２，１９８号の利益を主張し、その全ての内容が参照によって本明細書に組み込まれる。

連邦支援の研究および開発
本発明の表題の開発に関する活動は、少なくとも部分的に米国政府の軍契約第Ｗ８１ＸＷＨ−１１−Ｃ−００５１によって資金提供され、したがって、米国は、本発明に一定の権利を有し得る。

本発明は、容認可能な様式で、空間的に分離した部位に１つまたは複数のプラスミドワクチンを同時に送達することができる、電気穿孔装置に関する。

抗原プラスミドによる有効なワクチン接種に対する主要な障害は、ＤＮＡワクチンが細胞内部に送達される必要性である。標準的筋肉内注射による裸のＤＮＡの送達は、齧歯類モデルを除いて、悪名高いまでに不効率である。歴史的に、このため、大型哺乳動物およびヒトにおいて強い免疫反応を得ることができない結果に至っている。コドン最適化、ＲＮＡ最適化、リーダー配列付加、および最適化されたコンセンサス配列の開発等のいくつかの戦略が、ＤＮＡに基づくワクチンの発現を向上させるために開発されている。これらの最適化戦略は、改善された、交差反応性の免疫反応に至り得る。共送達された遺伝子に基づく分子アジュバントの付加は、もたらされる免疫反応の増大が頻繁に起きる、別の分野である。ベクター設計における改善および分子アジュバントの使用にも拘わらず、所望の組織、最も一般的には、筋肉、腫瘍、または皮膚の所望の細胞型中におけるプラスミドの高発現をもたらす、ＤＮＡワクチンの投与の効率的方法に対して、明らかな必要性が未だ、存在する。

皮膚組織（皮内）への薬物送達は、いくつかの理由のために、臨床環境において魅力的な方法である。皮膚は、人体の最も大きな器官であり、最も接近可能であり、容易に監視され、ならびに高度に免疫適格性がある。しかし、皮膚の不浸透性の障壁機能は、効率的な経皮薬物送達に対する主要な障害であった。

ヒトの皮膚は、およそ２ｍ²の面積を備え、平均でおよそ２．５ｍｍの厚さであり、人体の最も大きな器官なっている。通常、皮膚は、２つの広い組織型、表皮および真皮を有する。表皮は、断続的に角質化する、重層化した上皮である。皮膚の最も外側の層は、角質層（ＳＣ）であり、一次的障壁として機能する。ＳＣは、無生育性であるが生化学的に活性の角質細胞の１５〜３０の細胞の厚さの階層である。表皮（顆粒膜層、有棘層、基底層）の他の３つの層は、全て、分化の異なる段階でケラチノサイト、ならびに免疫ランゲルハンス細胞および皮膚樹状細胞を含有する。

経皮薬物送達および遺伝子送達のための物理的および化学的な方法の両方が、世界的にグループによって詳述されている。イオントフォレーシス療法、脂質送達、および遺伝子銃は、そのような例である。皮膚透過性を一時的に増強する物理的方法は、電気穿孔（「ＥＰ」）である。電気穿孔は、哺乳動物の細胞の脂質の二重層膜中に水溶性経路の生成をもたらす、短時間の電気的パルスの適用を伴う。これは、そうでなければあまり透過性でない細胞膜を通して、ＤＮＡを含む大きな分子の通過を可能にする。したがって、電気穿孔は、取込みまたは薬物およびＤＮＡが標的の組織に送達される程度を増強する。

電気穿孔が細胞形質転換を可能にする精確な機序は、解明されていないが、提案された理論的モデルには、膜の不安定化による穿孔事象、その後帯電した分子の細胞内への電気泳動移動が伴う。電気穿孔が発生するために、細孔の形成には、閾値エネルギーが得られることを必要とし、電気泳動的効果によって生成される移動は、電界およびパルス長の両方に依存する。

ＤＮＡワクチンの場合、電気穿孔は、免疫反応を量的に向上させ、それらの免疫反応の幅を増大させ、ならびに投与量の効率性を改善することが示されている。より最近、ＤＮＡ―ＥＰのプラットフォームは、ヒトの臨床環境への転換に成功しており、いくつかのワクチン研究において著しく改善された免疫反応を証明している。ゆえに、許容可能で、使用者に使い勝手がよく、かつ大量生産に容易に変更可能であると見なされるが、一方で強い免疫反応をもたらす、高いトランスフェクション率を継続的に得る、皮膚電気穿孔装置に対する必要性が生じている。

いくつかの筋肉内装置が、現在、臨床治験に入ることに成功しているが、処置は、概ね、侵襲的かつ有痛であると見なされている。大量のワクチン接種に変更可能であると見なされるために、特に小児科的環境において、より許容可能な電気穿孔法に対する解決策が必要とされる。したがって、許容可能な様式で複数の外的病原因子ＤＮＡワクチンを送達することができる、有効な皮膚電気穿孔装置が所望される。

本開示は、電気穿孔し、１つまたは複数の抗原を送達するための装置を対象とする。装置は、筐体と、筐体から突出する複数の電極アレイであって、それぞれが少なくとも１つの電極を含む、電極アレイと、電気的に電極に結合されたパルス発生器と、パルス発生器に電気的に結合されたプログラム可能なマイクロコントローラと、パルス発生器およびマイクロコントローラに結合された電力源と、を備える。電極アレイは、別個の部位を空間的に画定する。電極は、電気穿孔パルスを表皮組織の細胞に送達するように構成される。マイクロコントローラは、それぞれの電極アレイの電気穿孔パルスのパラメータを独立して調整するように構成される。

本開示は、本明細書に記載される装置を使用して、表皮組織の細胞を電気穿孔し、１つまたは複数の抗原を送達する方法も対象とする。実施形態において、抗原は、ＤＮＡワクチンプラスミド、ペプチド、小分子、またはそれらの組み合わせを概ね含む。本方法は、１つまたは複数の抗原を表皮組織の細胞に投与することと、表皮組織を電極と接触させることと、電気穿孔パルスを送達することと、を含む。

本実施形態によるＥＰのための低侵襲装置（ＭＩＤ）斜視図である。 図１（Ａ）、１（Ｂ）、および１（Ｃ）の実施形態の電気的システムの概略的例示である。 別の実施形態によるＥＰのためのＭＩＤの斜視図である。 図３（Ａ）、３（Ｂ）、および３（Ｃ）の実施形態の電気的システムの概略的例示である。 （Ａ）ステンレス鋼電極もしくは（Ｂ）金電極を用いて、または（Ｃ）対照として注射のみであって電気穿孔を用いずにＭＩＤを使用する、プラスミドの注射および電気穿孔後の、緑色蛍光タンパク質（ＧＦＰ）の発現の蛍光顕微鏡写真である。ＧＦＰのピクセル強度を計算した（Ｄ）。 （Ａ）１ｍｍ離間されたアレイ（上）および１．５ｍｍ離間されたアレイ（下）の電極ハンドピースの側面図として、ならびに（Ｂ）２５個の全ての針電極を示す、１ｍｍ離間されたアレイの表面のクローズアップとしてのＥＰのためのＭＩＤの図である。 １．５ｍｍまたは１ｍｍの電極離間および（Ａ）ステンレス鋼電極または（Ｂ）金電極を用いてＭＩＤを使用する、プラスミドの注射および電気穿孔後の、ＧＦＰ発現の蛍光顕微鏡写真である。注射のみであって電気穿孔を伴わない１組が、対照として使用された。ＧＦＰピクセル強度を計算した（Ｃ）。 １．５ｍｍまたは１ｍｍの電極離間を伴うＭＩＤについての電流および抵抗のグラフを示す。電極は、金またはステンレス鋼（ＳＳ）の組成であった。 ５または１５ボルトにおける、１．５ｍｍまたは１ｍｍの電極離間を伴うＭＩＤについての電流およびインピーダンスのグラフを示す。 （Ａ）５または１５ボルトにおける、１．５ｍｍまたは１ｍｍの電極離間を伴うＭＩＤを使用する、プラスミドの注射および電気穿孔後の、ＧＦＰ発現の蛍光顕微鏡写真を示す。ＧＦＰピクセル強度を計算した（Ｂ）。 （Ａ）１５ボルトにおける、１．５ｍｍまたは１ｍｍの電極離間を伴うＭＩＤを使用する、プラスミドの異なる濃度（０．５、０．２５、および０．１ｍｇ／ｍＬ）の注射および電気穿孔後の、ＧＦＰ発現の蛍光顕微鏡写真を示す。ＧＰＦピクセル強度を計算した（Ｂ）。 ＭＩＤを使用する、プラスミドの注射および電気穿孔後の、リンパ球染色の蛍光顕微鏡写真である。図１２（Ａ）は、２０×の倍率における、未治療の動物の皮膚生検である。図１２（Ｂ）は、２０×の倍率における、ＧＦＰを発現するプラスミドで治療された動物からの皮膚生検である。図１２（Ｃ）は、図１２（Ｂ）の４０×の倍率での試料である。 （Ａ）実施形態による、ＥＰのためのＭＩＤの斜視図であり、図１３（Ｂ）は、４×４のアレイおよび１．５ｍｍの離間を伴うＭＩＤの写真であり、図１３（Ｃ）は、５×５のアレイおよび１．０ｍｍの離間を伴うＭＩＤの写真であり、図１３（Ｄ）は、図１３（Ｂ）および１３（Ｃ）のＭＩＤの側面対側面の比較を示す、写真である。 皮内注射のみ（ＥＰなし）の後のＧＦＰ発現と比較される、レポーター遺伝子プラスミドおよび図１３（Ｂ）のデュアルヘッドＭＩＤを伴うＥＰの皮内投与後の、ＧＦＰ発現を示す蛍光顕微鏡写真である。

本発明は、哺乳動物への抗原の異種皮内送達を提供し得る、電気穿孔装置を対象とする。１つまたは複数の抗原は、複数の電極アレイを有する低侵襲装置（ＭＩＤ）によって、許容可能な様式で空間的に離間する部位に同時に送達され得る。電極アレイは、電気穿孔パルスをアレイごとに変化させるように構成される。例えば、それぞれの電極アレイは、独立して、選択的に活性化され、制御され得る。したがって、ＭＩＤは、抗原の異種送達を可能にする。このＭＩＤによる皮膚電気穿孔は、ワクチンを対象の皮膚に効果的に送達する、臨床的に受け入れ可能な方法を反映する。この装置は、複数の形態（核酸、タンパク質、小分子、またはそれらの組み合わせ）で複数のワクチンを同時に送達するように変更可能であるが、一方で複数の抗原の共送達から生じる、免疫干渉への潜在的懸念を取り除く。それは、また、単一の処置中に単一の抗原のより高い投与量を送達する能力を可能にする。

１．定義
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを記載する目的のためであり、限定されることを意図されない。明細書および添付される特許請求の範囲において使用されるように、単数形「ａ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が別途、明確に示さない限り、複数の参照を含む。

本明細書の数字の範囲の列挙については、同じ程度の精度を有する、その間に挟まれるそれぞれの数字は、明示的に企図される。例えば、６〜９の範囲については、７および８の数字が６および９に加えて企図され、６．０〜７．０の範囲については、６．０、６．１、６．２、６．３、６．４、６．５、６．６、６．７、６．８、６．９、および７．０の数字が明示的に企図される。

本明細書で使用される用語「電気穿孔」は、生体膜内に顕微鏡の経路（細孔）を誘導するための経膜電界パルスの使用を指し、細孔の存在は、プラスミド、オリゴヌクレオチド、ｓｉＲＮＡ、薬物、イオン、および水等の生体分子が細胞膜の１つの側から他へと一時的に通過することを可能にする。

本明細書で使用される用語「低侵襲」は、提供されるＥＰ装置の針電極による限定された貫入を指し、非侵襲電極（または非貫入針）を含み得る。貫入は、角質層を貫通する程度であることが好ましく、最も外側の生きている組織層、顆粒膜層に入るのが好ましいが、基底層には貫入しない。貫入深度は、０．１ｍｍを超えないことが好ましく、いくつかの実施形態において、貫入深度は、角質層を突破するように、約０．０１ｍｍ〜約０．０４ｍｍの範囲である。これは、角質層の貫通を可能にするが、より深い貫入を回避する、鋭利な地点を提供するために、トロカール端の接地を有する電極を使用して、達成され得る。

用語「許容可能な」および「ほぼ無痛」は、本明細書において相互交換可能に使用され、ＥＰを参照するとき、典型的に利用可能なＥＰ装置においてよりＥＰに関連付けられる痛みの実質的に低い水準を意味する。より詳細には、許容可能またはほぼ無痛のＥＰは、角質層と基底層との間の表皮層に低い電界を送達することに加えて、本明細書に記載される装置を使用することの組み合わせの結果であり、筋肉のＥＰを回避する。電界は、低い電圧水準、例えば、０．０１Ｖ〜７０Ｖ、または１Ｖ〜１５Ｖを含むことが好ましいであろう。視覚的アナログ尺度を使用して測定されるとき、本明細書に提供される方法による、本明細書に記載される装置でのＥＰを経験する対象は、無痛または痛みのないスコアから２０％（フルスケールの）以内、または例えば、２ポイント以内、０〜１０のフルスケール以内、および好ましくは、無痛スコアから１０％以内である痛みの水準を経験する。

用語「損傷を実質的に防止する」は、本明細書において、記載される装置によって標的細胞に送達され、該細胞を電気穿孔し、同じ細胞に最低限に認識可能な損傷を引き起こす、エネルギーの量を指すために使用される。認識可能な巨視的組織損傷またはそのような細胞への変化がないことが好ましい。

２．低侵襲装置
本発明は、電気穿孔パルスをアレイごとに変化させるように構成される、複数の電極アレイを有する低侵襲装置（ＭＩＤ）を対象とする。図１（Ａ）、１（Ｂ）、および１（Ｃ）は、電気穿孔し、１つまたは複数の抗原を送達するための複数の電極アレイを有する、ＭＩＤ１００を開示する。ＭＩＤ１００は、先端部１０４を有する筐体１０２と、先端部１０４に結合された複数の電極アレイ１０６、１０８であって、それぞれが正方形の４×４のパターンに配列される電極１１０を含む、電極アレイ１０６、１０８と、を備える。いくつかの実施形態において、先端部１０４および電極１１０のうちの１つまたは両方は、例えば、使用後に滅菌して、取り外された部分が再び使用され得るために、ＭＩＤ１００の残りから取り外され得る。あるいは、先端部１０４および電極１１０の１つまたは両方は、単一の使用のためであり得る。

電極アレイ１０６、１０８は、空間的に分離した部位を画定する。図１（Ａ）、１（Ｂ）、および１（Ｃ）は、２つの電極アレイ１０６、１０８を含むものとしてＭＩＤ１００を例示するが、他の実施形態において、ＭＩＤ１００は、３つ以上の電極アレイ、例えば、３つまたはそれ以上、４つまたはそれ以上、５つまたはそれ以上、６つまたはそれ以上、７つまたはそれ以上、８つまたはそれ以上、９つまたはそれ以上、または１０またはそれ以上の電極アレイを含み得る。

いくつかの実施形態において、それぞれのアレイ１０６、１０８は、０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、３．５ｍｍ、４．０ｍｍ、４．５ｍｍ、５ｍｍ、６．０ｍｍ、７．０ｍｍ、８．０ｍｍ、９．０ｍｍ、または１０．０ｍｍのそれぞれの長さを有する、電極１１０の４×４のアレイを含み得る。例示される実施形態において、それぞれのアレイ１０６、１０８は、電極１１０の４×４のアレイ、すなわち、１６の電極１１０を含み、他の実施形態において、アレイ１０６、１０８のそれぞれは、電極１１０の他の数字および／またはパターンをそれぞれ含み得る。例えば、アレイ１０６、１０８のそれぞれは、１×１、１×２、１×３、１×４、１×５、１×６、１×７、１×８、１×９、１×１０、２×１、２×２、２×３、２×４、２×５、２×６、２×７、２×８、２×９、２×１０、３×１、３×２、３×３、３×４、３×５、３×６、３×７、３×８、３×９、３×１０、４×１、４×２、４×３、４×４、４×５、４×６、４×７、４×８、４×９、４×１０、５×１、５×２、５×３、５×４、５×５、５×６、５×７、５×８、５×９、５×１０、６×１、６×２、６×３、６×４、６×５、６×６、６×７、６×８、６×９、６×１０、７×１、７×２、７×３、７×４、７×５、７×６、７×７、７×８、７×９、７×１０、８×１、８×２、８×３、８×４、８×５、８×６、８×７、８×８、８×９、８×１０、９×１、９×２、９×３、９×４、９×５、９×６、９×７、９×８、９×９、９×１０、１０×１、１０×２、１０×３、１０×４、１０×５、１０×６、１０×７、１０×８、１０×９、１０×１０、または複数の１１〜１００およびそれらのいずれかの組み合わせのパターンで配列された、電極１１０をそれぞれ含み得る。パターンは、正方形、三角形、矩形、平行四辺形、円形、または他のいずれかの幾何学形状等、様々な形状で配列され得る。針形状の電極１１０は、金、プラチナ、チタン、ステンレス鋼、アルミニウム、または他のいずれかの導電性金属を含み得る。電極は、金、銅、プラチナ、銀、または他のいずれかの導電性金属等、金属でコーティングされ、またはめっきされ得る。

いくつかの実施形態において、それぞれの電極１１０は、針形状である。すなわち、電極１１０は、それぞれ、シャフト１１２および先細の組織貫入またはトロカール端１１４を含む。図２（Ｂ）は、電極１１０を概ね円筒状であるものとして例示するが、他の実施形態において、電極１１０のうちの少なくとも１つは、準円筒状、正多面体、および不規則多面体形状、それらの派生形、およびそれらの組み合わせを含むが、これらに限定されない、いずれかの幾何学的形態を呈し得る。組織貫入端部１１４は、角質層を貫通し、顆粒膜層に到達する電極１１０を容易にする。いくつかの実施形態において、組織貫入端部１１４は、電極１１０が角質層に貫通することを可能にするが、深い貫入を回避する。この目的のために、組織貫入端部１１４は、約０．１ｍｍ以下、または約０．０１ｍｍ〜約０．０４ｍｍの長さを有し得る。

例示された電極１１０は、電気穿孔パルスを表皮組織の細胞に送達するように構成される。いくつかの実施形態において、電気穿孔パルスは、表皮組織の細胞内の損傷を実質的に防止する、電界と関連付けられる。更なる実施形態において、電気穿孔パルスは、視覚的アナログ尺度によって測定されるほぼ無痛である電位と関連付けられる。視覚的アナログ尺度は、本質的に、０ｍｍが無痛を示し、１００ｍｍが最悪の痛みを示す、１００ｍｍ長の水平線である。ほぼ無痛とは、約２０ｍｍ以下（９５％の信頼区間以内）、好ましくは１０ｍｍ以下（９５％の信頼区間以内）の中間スコアを生成する視覚的アナログ尺度を使用する、スコアである。

いくつかの実施形態において、隣接する電極１１０は、約１．５ｍｍ以下の距離だけ互いに離間する。更なる実施形態において、隣接する電極１１０は、約１．０ｍｍ以下の距離だけ互いに離間する。電極１１０の間のより短い距離は、電極１１０がより圧縮した様式で詰め込まれることを意味し、ＭＩＤ１００の効果を増強し得、ゆえに所望であり得る。いくつかの実施形態において、それぞれの電極１１０は、１００ｍｍ〜１．０ｍｍ、５０ｍｍ〜１．０ｍｍ、４０ｍｍ〜１．０ｍｍ、３０ｍｍ〜１．０ｍｍ、２０ｍｍ〜１．０ｍｍ、１０ｍｍ〜１．０ｍｍ、５．０ｍｍ〜２．０ｍｍ、５．０ｍｍ〜１．０ｍｍ、およそ２．０ｍｍ、およそ１．５ｍｍ、またはおよそ１．０ｍｍの１５０ｍｍ以下の距離だけ隣接するそれぞれの電極１１０から離間し得る。

図２も参照すると、パルス発生器１１６、１１８は、それぞれの電極アレイ１０６、１０８に電気的に結合される。いくつかの実施形態において、パルス発生器１１６、１１８のうちの少なくとも１つは、Ｅｌｇｅｎ１０００（Ｉｎｏｖｉｏ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｂｌｕｅ Ｂｅｌｌ，ＰＡ）パルス発生器（図示せず）であり得る。しかし、他の実施形態において、電気穿孔パルスは、他の好適な機序を使用して生成され得る。例示される実施形態において、プログラム可能なマイクロコントローラ１２０は、パルス発生器１１６、１１８に電気的に結合される。入力状態／信号に応答して、マイクロコントローラ１２０は、それぞれの電極アレイ１０６、１０８の使用要件または好みに応じて、それぞれの電極アレイ１０６、１０８のＥＰパラメータを独立して調整することができる。したがって、マイクロコントローラ１２０は、電気穿孔パルスをアレイごとに変化させるように構成される。例えば、パルス電圧、電流、持続時間、および印加される電気パルスの量は、それぞれの注射部位に適用される１ｃｍ³毎のジュールを変化させるように、アレイごとに変化させることができる。いくつかの実施形態において、マイクロコントローラ１２０は、電気穿孔パルスを実質的に同時に送達するように構成される。例示された実施形態において、それぞれの電極アレイ１０６、１０８は、それぞれのパルス発生器１１６、１１８で駆動される。ＭＩＤ１００は、パルス発生器１１６、１１８および電力を提供するためのマイクロコントローラ１２０に結合された電力源１２２も含む。例示された実施形態において、本明細書に記載される電力源１２２と同じ機能を行う他の電力源が代わりに使用され得るが、電力源１２２は、高および低電圧供給である。

いくつかの実施形態において、それぞれの電極アレイ１０６、１０８の電気穿孔パルスは、０．０１Ｖ〜７０Ｖ、０．０１Ｖ〜５０Ｖ、０．０１Ｖ〜４０Ｖ、０．０１Ｖ〜３０Ｖ、０．０１Ｖ〜２０Ｖ、０．０１Ｖ〜１５Ｖ、０．１Ｖ〜７０Ｖ、０．１Ｖ〜５０Ｖ、０．１Ｖ〜４０Ｖ、０．１Ｖ〜３０Ｖ、０．１Ｖ〜２０Ｖ、０．１Ｖ〜１５Ｖ、１Ｖ〜３０Ｖ、１Ｖ〜２０Ｖ、１Ｖ〜１５Ｖ、１５Ｖ〜３０Ｖ、または１５Ｖ〜３０Ｖの電位と関連付けられる。更なる実施形態において、電位は、低いことが好ましく、したがって、ＥＰは、視覚的アナログ尺度によって測定される許容可能またはほぼ無痛であるが、表皮組織内で細胞のトランスフェクションをもたらすように十分高くなる。例えば、電位は、ＭＩＤ１００の隣接する電極１１０が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍ離間するとき、５Ｖ、１０Ｖ、１５Ｖ、またはいくつかの実施形態において、２０Ｖであり得る。

いくつかの実施形態において、それぞれの電極アレイ１０６、１０８のそれぞれの電気穿孔パルスは、０．１ｍＡ〜１００ｍＡ、０．２ｍＡ〜１００ｍＡ、０．５ｍＡ〜１００ｍＡ、１ｍＡ〜１００ｍＡ、１ｍＡ〜８０ｍＡ、１ｍＡ〜６０ｍＡ、１ｍＡ〜５０ｍＡ、１ｍＡ〜４０ｍＡ、１ｍＡ〜３０ｍＡ、１０ｍＡ〜５０ｍＡ、１０ｍＡ〜４０ｍＡ、１０ｍＡ〜３０ｍＡ、１０ｍＡ〜２０ｍＡ、または１０ｍＡ〜１５ｍＡ、またはおよそ１０ｍＡ、またはいくつかの実施形態においておよそ２０ｍＡの電流と関連付けられる。電位と同様に、電流は、低いことが好ましく、したがって、ＥＰは、視覚的アナログ尺度によって測定される許容可能またはほぼ無痛であるが、表皮組織内で細胞のトランスフェクションをもたらすように十分高くなる。

いくつかの実施形態において、それぞれの電極アレイ１０６、１０８の電気穿孔パルスは、５ｍｓ〜２５０ｍｓ、１０ｍｓ〜２５０ｍｓ、２０ｍｓ〜２５０ｍｓ、４０ｍｓ〜２５０ｍｓ、６０ｍｓ、〜２５０ｍｓ、８０ｍｓ〜２５０ｍｓ、１００ｍｓ〜２５０ｍｓ、２０ｍｓ〜１５０ｍｓ、４０ｍｓ〜１５０ｍｓ、６０ｍｓ〜１５０ｍｓ、８０ｍｓ〜１５０ｍｓ、１００ｍｓ〜１５０ｍｓ、１００ｍｓ〜１４０ｍｓ、１００ｍｓ〜１３０ｍｓ、１００ｍｓ〜１２０ｍｓ、１００ｍｓ〜１１０ｍｓ、またはおよそ１００ｍｓの持続時間と関連付けられる。いくつかの実施形態において、持続時間は、短いことが好ましく、したがって、ＥＰは、視覚的アナログ尺度によって測定される許容可能またはほぼ無痛であるが、表皮組織内で細胞のトランスフェクションをもたらすように十分に長くなる。

いくつかの実施形態において、マイクロコントローラ１２０は、それぞれの電極アレイ１０６、１０８についてそれぞれの電気穿孔パルスの量を独立して調整するように構成され、電気パルスの数字は、１以上、２以上、３以上、４以上、５以上、６以上、７以上、８以上、９以上、１０以上、２０以上、３０以上、４０以上、５０以上、６０以上、７０以上、８０以上、９０以上、または１００以上であり得る。電気穿孔パルスの量を増加させ、１パルス毎のエネルギーを低下させることによって、対象によって知覚され、または経験される痛みの量も、より高いエネルギーでのより低いパルスと比較して低下され得る。生成される免疫反応を低下させないパルスのより低い数字は、対象によって経験されるより少ない痛みをもたらすとき、使用されることが好ましい。更に、より少ない痛みおよびより良好な許容可能性は、１パルス毎のより少ないエネルギーを使用することによって生じる。いくつかの実施形態において、電気穿孔パルスの量は、約１〜約１０、好ましくは約１〜約１０、より好ましくは約１〜約３である。いくつかの実施形態において、３パルスが使用される。

いくつかの実施形態において、電極アレイ１０６、１０８は、電気穿孔パルスが送達されるときに、２つのアレイ１０６、１０８によって送達される２つ抗原の干渉を実質的に防止するように、少なくともある距離だけ互いに離間する。プラスミド干渉は、皮膚内の同じ部位に順次送達されるとき、いくつかの抗原について観察されている。特定の理論によって拘束されることを希望しないが、これは、転写レベル（促進剤での可能性のある競合等）または翻訳レベル（タンパク質レベルでのミスフォールディングまたは二量化）での干渉のためであり得るであろう。複数の離間する電極アレイ１０６、１０８を有するＭＩＤ１００は、生じる免疫反応に消極的に影響し得る、この干渉効果を取り除き得るであろう。更に、複数の電極アレイ１０６、１０８を有するＭＩＤ１００は、２つの分離した処置に対する必要性を否定する可能性があり、処置された対象が１つの入射処置を経験することを可能にし、したがって、経験される痛みを減少させる。

いくつかの実施形態において、ＭＩＤ１００は、それぞれの電極アレイ１０６、１０８を選択的に活性化するために、それぞれの電極アレイ１０６、１０８に電気的に結合されたスイッチ（図示せず）を含む。例えば、ＭＩＤ１００は、フットペダルもしくはトリガボタン、または電気回路に接続された他のいずれかのトリガによってトリガされ得る。

図３および４は、別の実施形態によるパルス発生器２０２を含む、ＭＩＤ２００を例示する。この実施形態は、同じ構造の多くを利用し、図１（Ａ）〜１（Ｃ）に関して、上記のＭＩＤ１００の実施形態と同じ特性の多くを有する。したがって、以下の説明は、主として、図１（Ａ）〜１（Ｃ）に関する上記の実施形態と異なる構造および特徴を集中的に取り扱う。図１（Ａ）〜１（Ｃ）の実施形態の構造および特徴に対応する図３および４に示される実施形態の構造および特徴は、同様の数字を参照して本明細書の以下に指定される。

本実施形態において、パルス発生器２０２は、蓄電池２０４によって電源供給される。例示された実施形態において、蓄電池２０４は、筐体１０２内にある。そのように、ＭＩＤ２００は、携帯可能であり得る。蓄電池２０４は、リチウムイオン、ニッケル金属水素化物、鉛蓄電、またはニッケルカドミウム蓄電池であり得る。

図４を参照すると、パルス発生器２０２は、高および低電圧駆動体である。本実施形態におけるパルス発生器２０２は、電極アレイ１０６、１０８の両方を駆動する。マイクロコントローラ２０６は、パルス発生器２０２に電気的に結合される。マイクロコントローラ２０６は、例えば、入力状態／信号に応答して、それぞれの電極アレイ１０６、１０８の電気穿孔パラメータを独立して調整することができる。パルス発生器２０２は、マイクロコントローラ２０６によって調整されたＥＰパラメータでパルスを生成し、蓄電池２０４と共働して必要とされるように生成パルスを増幅する。

３．電気穿孔し、１つまたは複数の抗原を送達する方法
一態様において、本明細書に記載される複数の電極アレイ１０６、１０８を有するＭＩＤ１００、２００は、電気穿孔し、以下に論じられるように、対象の皮膚、器官、または他の身体部分を通して１つまたは複数の抗原を送達する方法において使用され得る。すなわち、ＭＩＤ１００、２００は、生体膜内の顕微鏡の経路（細孔）を誘導する経膜電界パルスを適用するために使用され得、細胞膜の１つの側から他への１つまたは複数の抗原の送達を可能にする。本方法は、抗原を表皮組織の細胞に投与するステップと、表皮組織を電極と接触させるステップと、免疫反応を生成するために電気穿孔パルスを送達するステップと、を含み得る。本方法は、抗原を細胞に同時に送達することと、免疫反応を生成するために電気穿孔パルスを送達することと、を更に含み得る。

・抗原を表皮組織の細胞に投与する
複数の抗原は、まず、空間的に離間する部位で皮内に注射される。いくつかの実施形態において、抗原は、Ｍａｎｔｏｕｘ技術を使用し、例えば、２９ゲージの注射針を使用して標的組織に皮内で送達される。

・表皮組織を電極に接触させる
次に、表皮組織は、約０．１ｍｍ以下、または約０．０１ｍｍ〜約０．０４ｍｍの深度で少なくとも１つの電極１１０で貫入される。注射部位および組織貫入部位は、共存していることが好ましい。いくつかの実施例において、共存することまたは注射部位および組織貫入部位を中央に置くことを容易にするために、表皮組織は、皮内注射前に、標識され、または窪ませられ得る。

・電気穿孔パルスを送達する
一度表皮組織が貫入されると、表皮組織は電極１１０と接触され、電気穿孔パルスが送達される。いくつかの実施形態において、電気穿孔パルスは、表皮組織の細胞への損傷を実質的に防止する、電界と関連付けられる。更なる実施形態において、電気穿孔パルスは、視覚的アナログ尺度によって測定されるほぼ無痛である、電位と関連付けられる。例えば、電気穿孔パルスは、約１ボルト〜約３０ボルト、または好ましくは約１５ボルト〜約２０ボルトの電位、約１ｍＡ〜約５０ｍＡ、または好ましくは約１０ｍＡ〜約１５ｍＡの電流、および約８０ｍｓ〜約１５０ｍｓの範囲、または好ましくは１００ｍｓの持続時間、またはそれらの組み合わせと関連付けられる。これらのパルス、好ましくは１〜１０パルス、より好ましくは１〜３パルスは、連続して送達され得る。

従来の皮内送達に対する欠点は、皮膚に送達され得る容量に対する制限である。単一の針注射については、概ね、１００〜１５０μＬ以下の容量が、皮膚剥離についての問題のために、直接、皮膚に送達され得る。抗原は、１０ｍｇ／ｍＬを超えない濃度でのみ生成され得るので、容量制限は、生じる投与量を抑制する可能性がある。

いくつかの実施形態において、ＭＩＤ１００、２００は、単一のワクチンのより高い投与量を送達し得ることが好ましい。ＭＩＤ１００、２００の使用は、１００〜１５０μＬの単一の注射容量の制限を回避する。いくつかの実施形態において、著しくより高い投与量は、患者へのいずれの付加的不快もなく、単一の処置で同時に送達され得る。より高い投与量を送達する能力は、特定のワクチンに対して生じる免疫反応に著しく積極的効果を有し得るであろう。複数のヘッド装置の使用は、単一のアレイ装置より多くの細胞を直接的に標的とする付加された利益も有する。抗原をトランスフェクトされた細胞の増加した数字は、抗原提示細胞への増加された提示によって改善された免疫反応をもたらし得るであろう。

いくつかの実施形態において、開示された方法は、哺乳動物等の対象に投与され得る。哺乳動物は、ヒト、サル、イヌ、ネコ、家畜、モルモット、マウス、またはラットであり得る。家畜は、例えば、ウシ、ブタ、ヒツジ、または雌ウシであり得る。

４．抗原
本発明は、上述の複数の電極アレイ１０６、１０８を有するＭＩＤ１００、２００を使用して、少なくとも１つの抗原を送達する方法も対象とする。本方法は、ＭＩＤ１００、２００による異種送達を使用する、２つまたはそれ以上の抗原またはそれらの組み合わせの送達を対象とし得る。ある実施形態において、本明細書に記載されたＭＩＤ１００、２００は、抗原の送達を向上させるために使用され得る。本明細書に使用されるように、「抗原」は、体内に導入されるとき、免疫反応（免疫を生成する）を誘発するいずれかの物質又は有機物を指す。

いくつかの実施形態において、抗原は、感染病原体または自己抗原、例えば、前立腺に特異的な抗原（ＰＳＡ）または前立腺に特異的な膜抗原（ＰＳＭＡ）等の前立腺癌抗原由来であり得る。特定の抗原が使用されることは、重要ではない。抗原は、当技術分野において既知であり、一般的ないずれの方法を使用して、本明細書において提供される方法および組成で使用するために組み込まれてもよい。本明細書に記載される様々な態様および実施形態において使用するための好適な抗原の非限定的一覧は、例えば、ＢｉｏＣａｒｂ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃａｔａｌｏｇｕｅ、およびＴｈｅ Ｊｏｒｄａｎ Ｒｅｐｏｒｔ：Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｖａｃｃｉｎｅ １９９５ ＮＩＨ，Ｂｅｔｈｅｓｄａ，Ｍｄ．，１９９５の文献に見出すことができ、これらの両方が参照によって本明細書に組み込まれる。抗原としては、核酸、ペプチド、小分子、化学療法剤、免疫療法剤、またはこれらの組み合わせが挙げられ得るが、これらに限定されない。抗原は、免疫原を含み得る。

いくつかの実施形態において、抗原は核酸を含む。核酸は、標準的なホスホジエステル結合または他の結合によって共有結合された、含窒素複素環状塩基または塩基類似体を有するヌクレオシドまたはヌクレオシド類似体を含む、オリゴヌクレオチドを含むポリヌクレオチド配合物を指す。核酸としては、ＲＮＡ、ＤＮＡ、キメラのＤＮＡ−ＲＮＡポリマー、またはそれらの類似体を挙げることができる。ＤＮＡは、対象の特定の抗原を発現するプラスミドであり得る。例えば、プラスミドは、ＳｙｎＣｏｎインフルエンザコンストラクト（Ｂｌｕｅ Ｂｅｌｌ，ＰＡのＩｎｏｖｉｏ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．）であり得る。

いくつかの実施形態において、抗原は、ペプチドを含む。ペプチドは、いずれのアミノ酸配列も含む。ペプチドは、合成されるか、または天然源から単離され得る。ペプチドは、タンパク質であり得る。ペプチドは、抗体または抗体断片であり得る。

いくつかの実施形態において、抗原は、小分子を含む。小分子としては、有機または無機配合物が挙げられる。

いくつかの実施形態において、抗原は、化学療法剤を含む。化学療法剤としては、例えば、メトトレキサート（アメトプテリン）、ドキソルビシン（アドリアマイシン）、ダウノルビシン、シトシンアラビノシド、エトポシド、５−フルオロウラシル、メルファラン、クロラムブシル、および他のナイトロジェンマスタード（例えばシクロホスファミド）、シスプラチナム、ビンデシン（および他のビンカアルカロイド）、マイトマイシン、ブレオマイシン、プロチオニン（大麦粉オリゴペプチド）、マクロモマイシン１，４−ベンゾキノン派生物、およびトレニモン等、細胞毒性または細胞増殖抑制性の薬物が挙げられ得る。

いくつかの実施形態において、抗原は、サイトカインを含む。サイトカインは、細胞の間で局部的に信号を搬送する、免疫系の細胞によって分泌される物質を指す。サイトカインは、タンパク質、ペプチド、および糖タンパク質を含む。サイトカインとしては、インターフェロン、ケモカイン、ＴＧＦ−β、ＴＮＦ−α、およびインターロイキンが挙げられるが、これらに限定されない。インターロイキンとしては、ＩＬ−１、ＩＬ−２、ＩＬ−３、ＩＬ−４、ＩＬ−５、ＩＬ−６、ＩＬ−７、ＩＬ−８、ＩＬ−９、ＩＬ−１０、ＩＬ−１１、ＩＬ−１２、ＩＬ−１３、ＩＬ−１４、ＩＬ−１５、ＩＬ−１５、ＩＬ−１６、ＩＬ−１７、ＩＬ−１８、ＩＬ−１９、ＩＬ−２０、ＩＬ−２１、ＩＬ−２２、ＩＬ−２３、ＩＬ−２４、ＩＬ−２５、ＩＬ−２６、ＩＬ−２７、ＩＬ−２８、ＩＬ−２９、ＩＬ−３０、ＩＬ−３１、ＩＬ−３２、ＩＬ−３３、ＩＬ−３５、およびＩＬ−３６挙げられる。サイトカインは、ヒト源に由来するか、またはヒト遺伝子を発現する形質転換非ヒト源由来であり得る。

抗原としては、寄生性抗原等の微生物性抗原、ウイルス性抗原、細菌性抗原、真菌性抗原、癌性抗原、コカインおよびニコチン派生物等のワクチン抗原付加薬物、弱毒菌または死菌、弱毒または死んだウイルス、自己免疫抗原、または非構造性タンパク質抗原、またはそれらのいずれかの組み合わせが挙げられ得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、抗原は、少なくとも１つのインフルエンザ、自己免疫、コカイン、または癌性抗原を含む。

いくつかの実施形態において、抗原は、炭水化物系ワクチンに使用し得る、細菌性表層多糖類由来のいずれの抗原も含む。細菌は、典型的に、糖タンパク質、糖脂質、リポ多糖類のＯ特異的側鎖、莢膜多糖類等の一部として、細胞表層上に炭水化物を発現する。好適な細菌株の非限定的例としては、肺炎連鎖球菌、髄膜炎菌、ヘモフィルスインフルエンザ菌、クレブシエラ種、シュードモナス種、サルモネラ種、赤痢菌種、およびＢ群連鎖球菌が挙げられる。いくつかの実施形態において、既知のいずれの細菌性炭水化物エピトープ（例えば、Ｓａｎｄｅｒｓ，ｅｔ ａｌ．Ｐｅｄｉａｔｒ．Ｒｅｓ．１９９５，３７，８１２−８１９、Ｂａｒｔｏｌｏｎｉ，ｅｔ ａｌ．Ｖａｃｃｉｎｅ １９９５，１３，４６３−４７０、Ｐｉｒｏｆｓｋｉ，ｅｔ ａｌ．，Ｉｎｆｅｃｔ．Ｉｍｍｕｎ．１９９５，６３，２９０６−２９１１、米国特許第６，４１３，９３５号、および国際公開第ＷＯ９３／２１９４８号において記載されるそれら）は、本明細書に記載される組成および方法における抗原として使用され得る。

いくつかの実施形態は、ウイルス性抗原を含む抗原を提供する。ウイルス性抗原の非限定的例としては、ＨＩＶ（例えばｇｐ１２０、ｎｅｆ、ｔａｔ、ｐｏｌ）、インフルエンザ、および西ナイルウイルス（ＷＮＶ）由来のそれらが挙げられる。いくつかの実施形態において、抗原は、全ての死ウイルスまたは弱毒ウイルスを含み得る。

いくつかの態様は、真菌性抗原を提供する。真菌性抗原の非限定的例としては、カンジダアルビカンス、クリプトコックスネオフォルマンス、コクシディオイデス種、ヒストプラスマ種、およびアスペルギルス種由来のそれらが挙げられる。

いくつかの実施形態は、寄生生物由来の抗原を提供する。寄生性抗原の非限定的例としては、マラリア原虫種、トリパノソーマ種、住血吸虫種、リーシュマニア種等由来のそれらが挙げられる。

いくつかの実施形態において、抗原は、炭水化物エピトープを含む。本明細書に記載される態様および実施形態において使用され得る炭水化物エピトープの非限定的例としては、Ｇａｌα１，４Ｇａｌβ（細菌性ワクチン用）、ＧａｌＮＡｃα（癌ワクチン用）、Ｍａｎβ１，２（Ｍａｎβ）_nＭａｎβ−（例えば、Ｃ．アルビカンスに対して有用な真菌性ワクチン）（式中、ｎはゼロを含む任意の整数である）、ＧａｌＮＡｃβ１，４（ＮｅｕＡｃα２，３）Ｇａｌβ１，４Ｇｌｃβ−Ｏセラミド（癌ワクチン用）、Ｇａｌα１，２（Ｔｙｖα１，３）Ｍａｎα１，４Ｒｈａα１，３Ｇａｌα１，２−（Ｔｙα１，３）Ｍａｎα４Ｒｈａ−、およびＧａｌα１，２（Ａｂｅα１，３）Ｍａｎα１，４Ｒｈａα１，３Ｇａｌα１，２（Ａｂｅα１，３）Ｍａｎα１，４Ｒｈａα１，３Ｇａｌα１，２（Ａｂｅα１，３）Ｍａｎα１，４Ｒｈａ（これらの両方は、例えば、サルモネラ種に対して有用である）が挙げられる。抗原または免疫原ならびにそれらの合成としての他の例示的な炭水化物エピトープの説明は、米国特許第６，４１３，９３５号に更に記載され、参照によって本明細書に組み込まれる。

抗原の他の例としては、疾病、ならびに疾病を引き起こす病原体、すなわち、炭疽菌、アデノウイルス、百日咳菌（Ｂｏｒｄｅｔｅｌｌａ ｐｅｒｔｕｓｓｕｓ）、ボツリヌス中毒症、ウシ鼻気管炎（ｂｏｖｉｎｅ ｒｈｉｎｏｔｒａｃｈｅｉｔｉｓ）、カタル球菌、イヌ肝炎、イヌジステンパー、クラミジア、コレラ、コクシジウム症、牛痘、サイトメガロウイルス、サイトメガロウイルス、デング熱、デングトキソプラズマ症（ｄｅｎｇｕｅ ｔｏｘｏｐｌａｓｍｏｓｉｓ）、ジフテリア、脳炎、毒素原性大腸菌、エプスタインバーウイルス、ウマ脳炎、ウマ伝染性貧血、ウマインフルエンザ、ウマの肺炎（ｅｑｕｉｎｅ ｐｎｅｕｍｏｎｉａ）、ウマリノウイルス、ネコ白血病、フラビウイルス、グロブリン、ヘモフィルスインフルエンザｂ型菌、ヘモフィルスインフルエンザ、百日咳菌（Ｈａｅｍｏｐｈｉｌｕｓ ｐｅｒｔｕｓｓｉｓ）、ヘリコバクターピロリ、ヘモフィリウス種、肝炎、Ａ型肝炎、Ｂ型肝炎、Ｃ型肝炎、ヘルペスウイルス、ＨＩＶ、ＨＩＶ−１ウイルス、ＨＩＶ−２ウイルス、ＨＴＬＶ、インフルエンザ、日本脳炎、クレブシエラ種のレジオネラ−ニューモフィラ菌、リーシュマニア、ハンセン病、ライム病、マラリア免疫原、麻疹、髄膜炎、髄膜炎菌、Ａ群髄膜炎菌多糖体、Ｃ群髄膜炎菌多糖体、流行性耳下腺炎、流行性耳下腺炎ウイルス、抗酸菌、結核菌、ナイセリア種、ナイセリアゴノレエ、ナイセリアメニンギチジス、ヒツジの青舌病（ｏｖｉｎｅ ｂｌｕｅ ｔｏｎｇｕｅ）、ヒツジ脳炎（ｏｖｉｎｅ ｅｎｃｅｐｈａｌｉｔｉｓ）、乳頭腫、パラインフルエンザ、パラミクソウイルス、パラミクソウイルス（複数）、百日咳（Ｐｅｒｔｕｓｓｉｓ）、ペスト、肺炎球菌種、ニューモシスティスカリニ、肺炎、ポリオウイルス、プロテウス種、緑膿菌、狂犬病、呼吸器合抱体ウイルス、ロタウイルス、風疹、サルモネラ菌、住血吸虫症、赤痢菌、サル免疫不全ウイルス、天然痘、黄色ブドウ球菌、ブドウ球菌種、肺炎連鎖球菌、化膿性連鎖球菌、連鎖球菌種、ブタインフルエンザ、破傷風、トレポネーマーパリダム、腸チフス、ワクシニア、水痘帯状疱疹ウイルス、およびコレラ菌に対する免疫反応または抗原反応を生成するそれらが挙げられるが、それらに限定されない。抗原または免疫原としては、様々な類毒素、ウイルス性抗原および／または水痘ワクチン、ジフテリア、破傷風、および百日咳のワクチン、ヘモフィルスインフルエンザｂ型菌ワクチン（Ｈｉｂ）、Ａ型肝炎ワクチン、Ｂ型肝炎ワクチン、インフルエンザワクチン、麻疹、流行性耳下腺炎、および風疹のワクチン（ＭＭＲ）、肺炎球菌ワクチン、ポリオワクチン、ロタウイルスワクチン、炭疽菌ワクチン、ならびに破傷風およびジフテリアのワクチン（Ｔｄ）のワクチンにおいて共通に使用される抗原等の細菌性抗原が挙げられ得る（例えば、米国特許第６，３０９，６３３号を参照）。

いくつかの実施形態において、抗原としては、癌胎児性抗原、前立腺酸性ホスファターゼ、ＰＳＡ、ＰＳＭＡ等、例えば、腫瘍関連抗原（ＴＳＡ）（白血病およびリンパ腫と関連付けられる抗原を含む）、および癌を引き起こし得る病原体と関連付けられる抗原（例えば、アデノウイルス、ＨＢＶ、ＨＣＶ、ＨＴＬＶ、カポシ肉腫関連ヘルペスウイルス、ＨＰＶ（Ｇａｒｄａｓｉｌ）等、例えば、腫瘍形成性ウイルス）等、癌と関連付けられた任意の型の抗原が挙げられ得る。

抗原は、ペプチド、多糖体、脂質、核酸等の組み合わせ等、抗原の組み合わせを含み得る。抗原は、糖タンパク質、糖脂肪、糖タンパク質、リポタンパク質、リポ多糖類等を含み得る。

開示されたＥＰ法を実行するために使用される抗原は、例えば、Ｐｉｚｚｏらへの米国特許第６，４９３，４０２号（α−２マクログロブリン複合体）、米国特許第６，３０９，６３３号、米国特許第６，２０７，１５７号、および米国特許第５，９０８，６２９号に記載されたそれら等、当技術分野において既知の技術を含む、そのターゲティングまたは向上した送達等、機能を高め、または付加的な機能を得るために、それに対して１つまたは複数の付加的な群を共役または結合することによって等、いくつかの様式で誘導体化され、または変性されるそれらを含む。

ＭＩＤ１００、２００の例示的な実施例、ならびにＭＩＤ１００、２００を使用する方法が以下により詳細に記載される。

実施例１
トランスフェクション効率に対する電極組成の効果
レポーター遺伝子局在化に対する電極材料の効果を論じるために、異なる電極組成（金およびステンレス鋼）を用いる２つの低侵襲装置（ＭＩＤ）についてトランスフェクション効率を比較した。この比較は、金電極に対するより安価な代替物（ステンレス鋼）を使用することができ、一方でなおトランスフェクション効果を維持するかを評価することとなっていた。電極組成は、金めっきされた電極をソケットから容易に取り外し、同じゲージおよび長さのステンレス鋼電極と交換したため、容易に試験した。これは、電極組成のみが異なる、同一の電極ヘッドを生成した。

実験の概要は、表１に詳述される。

一連の生体内発現局在化の研究を終了した。全ての生体内実験は、ハートレイ系モルモット（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＭＡのＣｈａｒｌｅｓ Ｒｉｖｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）において実行し、これは、皮膚科学的用途のための優れたモデルと見做される。全ての実験は、機関のＩＡＣＵＣプロトコルの下で実行した。全ての動物実験は、改正された米国国防総省（ＤｏＤ）３２１６．１“Ｕｓｅ ｏｆ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ａｎｉｍａｌｓ ｉｎ ＤｏＤ Ｐｒｏｇｒａｍｓ，”９ ＣＦＲ ｐａｒｔｓ １−４“Ａｎｉｍａｌ Ｗｅｌｆａｒｅ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓ，“Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ“Ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃａｒｅ ＆ Ｕｓｅ ｏｆ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ａｎｉｍａｌｓ，”およびＡｎｉｍａｌ Ｗｅｌｆａｒｅ Ａｃｔ（７ Ｕ．Ｓ．Ｃ．２１３１−２１５９）を実施する農務省規則、ならびに他の適用される連邦法および規則ならびにＤｏＤの指示に従って実施した。全ての動物処置は、麻酔下で実行した。

レポーター遺伝子ＧＦＰを発現するプラスミドをモルモット皮膚の皮内に注射した（０．５、１、および２ｍｇ／ｍＬ）。注射後直ちに、金またはステンレス鋼電極を用いてＭＩＤ装置を使用し、注射部位で皮膚を電気穿孔した。動物は、処置後３日で殺処理した。皮膚は、切除し、蛍光顕微鏡下で可視化した。高解像度の写真を撮影し、次いで、標準的ソフトウェア（Ａｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ５）を使用して、ピクセル強度について解析した。発現水準を予め定義された処置面積のピクセル計数によって計算した。ピクセル解析のための電極接点の「ゲート領域」は、トランスフェクションは、電極が皮膚と直接接触するところでのみ、電界を印加し、電界を形成する場合にのみ行われるという前提に基づいて確立した。ＭＩＤ装置内の第１の電極と第４の電極との間の距離は、４．５ｍｍであった。したがって、Ａｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ５における「定規ツール」を使用して、４．５ｍｍ²の領域を単離し、およそ９５ピクセルの長さとして定義した。Ａｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ５は、３つの異なるチャネル（赤、緑、青）で０〜２５５（最も暗い〜最も明るい）の範囲のピクセル強度を認識した。正のＧＦＰ信号が緑のチャネルで優勢であるため、ピクセル解析をこのチャネルに限定した。ＣＳ５バージョンのＡｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐは、選択された領域の平均および中央値のピクセル強度を自動的に計算することができた。ピクセル強度の分布がほとんどの場合において幾何学対照的でないため、中央値は、ヒストグラムの中央の傾向のより良好な表示を与えると見なされた。正確な結果を確実にするために、複数の動物の複数の処置部位からのプールされたデータを解析した。

結果を図５に示す。結果は、続いて電気穿孔せずに皮内注射後のＧＦＰ発現とも比較した。金とステンレス鋼群との間に統計的に著しい差はなかった（処置群とＩＤ注射のみの対照との間でｐ値＜０．０５）。結果は、より安価なステンレス鋼電極が引き出すレポーター遺伝子発現で金電極と同程度に効果的であったことを示唆した。

実施例２
トランスフェクション効率に対する電極離間効果
トランスフェクション効率およびレポーター遺伝子局在化に対する電極離間の効果を評価するために、１ｍｍ離間した回路基板を作製し、ハンドピース筐体内に嵌合し、１．５ｍｍ離間した回路基板を伴う類似のＭＩＤと比較した。表面処理面積が異なる離間において、２つのハンドピースの間で同じに止まることを確実にするために、追加の電極列を１ｍｍ離間した回路基板に追加した。ゆえに、４×４の電極列（１６個の電極）を伴う１．５ｍｍの離間ハンドピースを５×５の電極列（２５個の電極）を伴う１ｍｍの離間ハンドピースと比較した。したがって、それぞれのハンドピースは、およそ４〜４．５ｍｍ²のおよその処理表面積を有した。図６Ａは、側面斜視からの両方のハンドピースの写真を示す。上のハンドピースは、１ｍｍの離間であり、下のハンドピースは、１．５ｍｍの離間である。図６Ｂは、１ｍｍのハンドピースの表面のクローズアップ図を示す。

実施例１に記載されるように、一連の生体内発現局在化の研究を終了した。具体的には、レポーター遺伝子ＧＦＰをモルモット皮膚に発現するプラスミドＤＮＡの既知の投与量（０．５、１、および２ｍｇ／ｍＬ）の皮内注射後、１ｍｍまたは１．５ｍｍの試作装置を使用し、ほぼ直ちに、注射後１０秒以内に、生じる注射気泡を電気穿孔した。電極は、金またはステンレス鋼の組成であった。動物は、処置後３日で殺処分した。皮膚は、切除し、蛍光顕微鏡下で可視化した。高解像度の写真を撮影し、次いで、標準的ソフトウェア（Ａｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ５）を使用して、ピクセル強度について解析した。発現水準は、予め定義された処理面積のピクセル計数によって計算した。正確な結果を確実にするために、複数の動物の複数の処置部位からのプールされたデータを解析した。ＧＦＰの発現は、異なる期間に渡って監視し（１２、２４、および４８時間）、発現動力学の評価を可能にした。

実験の概要を表２に詳述する。

結果を図７に示す。結果は、それぞれの条件につき６個の処置について示す。結果は、続いて電気穿孔せずに、皮内注射後のＧＦＰ発現とも比較した。１．５ｍｍ離間した回路基板を伴う装置についての結果と１ｍｍ離間した回路基板を伴う装置についての結果との間に統計的に著しい差はなかった（処置群とＩＤ注射のみの対照との間でＰ値＜０．０５）。結果は、複数の実験を表し、１．５ｍｍまたは１ｍｍの電極離間を使用する低侵襲装置の電気穿孔（ＭＩＤ ＥＰ）を用いて、成功裏の強いトランスフェクションを得たことを証明した。

これらの結果は、２つの電極離間の間に可視の差（目によって、かつピクセル計数によって量的に判定する）を観察しなかったので、電極離間が皮膚内のＧＦＰ発現に影響しないことを示唆した。したがって、１．５ｍｍまたは１ｍｍの電極離間を使用してＭＩＤ ＥＰを用いる電気穿孔は、強いレポーター遺伝子発現をもたらした。

実施例３
電流に対する電極離間の効果
本明細書に記載される装置は、それぞれの電気穿孔パルス中に生じる、全ての電気的パラメータをリアルタイムで捕捉および記憶する能力を有し得る。実施例１に記載されたように、一連の生体内発現局在化の研究を終了し、異なる電極離間および組成の装置を用いる電気穿孔についての電流および電圧を調べた。印加電圧は定量に止まり（１５ボルト）、それぞれの電極離間およびそれぞれの電極組成について、それぞれの処置のために送達されるインピーダンス（抵抗）および電流を調べた。

図８は、生じるインピーダンス（オームでの抵抗）および電流（ミリＡｍｐ）の両方を示す。

電流は、１．５ｍｍのハンドピース（平均２３ｍＡ）と比較して、１ｍｍのハンドピース（平均８５ｍＡ）においておよそ３倍大きいが、印加電圧は、すべての条件に渡って同じであった。１．５ｍｍのハンドピースにおける上昇した電流は、組織のインピーダンスにおいて大きな低下（およそ７５％）をもたらした。許容可能な皮膚装置を生産する観点からは、上昇した電流は、患者に対してより多くの苦痛または感覚を引き起こすことによって問題であり得る。上昇した電流は、患者において、より多くの苦痛または感覚を引き起こす可能性があり、したがって、上昇した電流は、許容可能な皮膚装置を生産するときに問題であり得る。これらの結果は、電極離間が生じるＧＦＰ発現に影響しないように見える一方で、離間または付加的電極の存在が電流の流れに影響し、したがって、組織のインピーダンスに影響する可能性があることを示唆した。

上昇した電流の問題を更に論じるために、印加電圧を３分の１（５ボルトまで）に低下させ、なお１０〜２０ｍＡの電流をもたらし得るかどうかを調査した。電極は、ステンレス鋼であった。結果は、図９に示す。結果は、実際の電極離間ではなく、付加的電極が生じる電流に影響したことを示唆した。

低下した電圧がトランスフェクション効果に影響するかどうかを評価するために、レポーター遺伝子ＧＦＰを発現するＤＮＡプラスミドをモルモット皮膚の皮内に送達し、その後、直ちに１５または５ボルトで、１．５ｍｍ（４×４）の電極離間または１ｍｍ（４×４または５×５）の電極離間を伴うＭＩＤ装置を使用して、電気穿孔した。動物は、処置後３日に殺処分した。皮膚は、切除し、蛍光顕微鏡下で可視化した。高解像度の写真を撮影し、次いで、標準的ソフトウェア（Ａｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ５）を使用して、ピクセル強度について解析した。

結果を図１０に示す。これらの結果は、トランスフェクション効果をなお維持しながら、入力電圧をより大きな電極ハンドピース上で低下させ得ることを示唆した。したがって、結果は、無痛および低電圧パラメータを維持しながら、強いトランスフェクションをより大きなアレイを用いて得ることができることを示唆した。ヒトの臨床的装置では、使用要件または好み、例えば注射量に応じて最適な有効範囲を維持するために、少なくとも２５個の電極が必要とされる可能性が高い。
実施例４
トランスフェクション効率に対するプラスミド濃度の効果

トランスフェクション効率に対する、レポーター遺伝子ＧＦＰを発現する低濃度のプラスミドの効果は、異なる組成および電極離間の装置を用いて調べた。

一連の生体内発現局在化の研究は、実施例１に記載されたように終了した。レポーター遺伝子ＧＦＰを発現するプラスミドは、モルモットの皮膚の皮内に注射し（０．５、０．２５、および０．１ｍｇ／ｍＬ）、その後、直ちに１５ボルトで、金またはステンレス鋼電極および１ｍｍで（５×５）または１．５ｍｍで（４×４）の離間した電極を伴うＭＩＤ装置を使用して、電気穿孔した。動物は、処置後３日で殺処分した。皮膚は、切除し、蛍光顕微鏡下で可視化した。高解像度の写真を撮影し、次いで、標準的ソフトウェア（Ａｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ５）を使用して、ピクセル強度について解析した。発現水準は、予め定義された処理面積のピクセル計数によって計算した。正確な結果を確実にするため、複数の動物の複数の処置部位からのプールされたデータを解析した。

結果を図１１に示す。ＩＤ注射のみ（ＥＰなし）の後のＧＦＰ発現も観察したが、最低限の発現を検知した（データは図示せず）。離間または電極組成の間の統計的に著しい差は、レポーター遺伝子ＧＦＰを発現するプラスミドの濃度のいずれにも観察しなかった。

実施例５
細胞レベルで解析される電気穿孔効率
上記の実施例において詳述された、実験からの処置された動物から切除された皮膚試料は、免疫組織化学的に解析した。処置後の皮膚は、死後に切除し、区分し、パラフィンマウントした。ＧＦＰ発現細胞を観察し、高出力の蛍光顕微鏡（ＯｌｙｍｐｕｓのＢＸ５１ＴＦ）を使用して計数した。ＧＦＰ発現細胞の数および領域（すなわち、表皮中の層の階層）を表示した。組織区分は、また、リンパ球ＩＨＣ、ケラチノサイト（表皮中の細胞の大部分）、およびランゲルハンス細胞（表皮中の最も一般的ＡＰＣ）等、トランスフェクトされた細胞種の直接的同定を可能にするために、マウントする前に市販の抗体の収集物を用いて対比染色した。抗体は、リンパ球浸潤の際に電気穿孔の効果を観察するためにも使用した。

強いケラチノサイト染色は、表皮中に得た。皮膚区分中の表皮領域は、明確に画定した。全体として、結果は、付加的電極が、組織のインピーダンスに影響する等、電流の流れに著しく影響したことを示唆した。この増大した電流の流れは、レポーター遺伝子の生じる発現に影響しないように見える。しかし、電圧は、５×５の１ｍｍハンドピース上で低下させ、一方で強力な電流および強いトランスフェクションをなお得ることができることが明らかであった。

皮膚中のランゲルハンス特異抗体のための陽性染色を見るために、脾臓およびリンパの節を殺処分された動物から切除し、抗体のための陽性対照として使用した。強い抗体染色は、脾臓およびリンパの節の両方で検知したが、皮膚では検知しなかった。特定の理論によって拘束されることを希望しないが、これは、抗体が機能しているが、皮膚中の信号が弱すぎて検知しないか、または試験された組織中に存在するランゲルハンス細胞がないことを示唆した。

付加的な結果は、図１２に示す。電気穿孔およびレポーター遺伝子の発現の両方が処置面積に対するリンパ球の浸潤をもたらしたことを観察した。ＥＰおよびレポーター遺伝子発現の組み合わせは、最も大きい浸潤をもたらした。ケラチノサイト染色およびレポーター遺伝子発現の共存を観察する一方、染色は、一貫していなかった。しかし、リンパ球ＩＨＣおよびレポーター遺伝子発現の共存は、一貫して確認した。

実施例６
デュアルヘッド装置
小さい緩衝ゾーンを伴う側面と側面の２つのアレイを有するデュアルヘッド装置を製造した。アレイは、パルスを同時に送達するように設計した。あるいは、それぞれのヘッドは、付加的な機器の改変を用いて、独立してパルス変調し得る。プラスチックの筐体および特注の電気的構成要素を試作した。装置は、図１３に示す。

一連の生体内発現局在化の研究は、実施例１に記載されたように、終了した。レポーター遺伝子ＧＦＰまたはＲＦＰを発現するプラスミドを１ｍｇ／ｍＬの濃度でモルモット皮膚の皮内に注射した。注射後、直ちに、デュアルヘッド装置（２５Ｖで、４×４のアレイおよび１．５ｍｍ離間の１６個のステンレス鋼電極を伴う）を使用して、電気穿孔した。結果は、図１４に示し、これは、皮内注射のみ（ＥＰなし）の後のＧＦＰ発現と比較した、レポーター遺伝子プラスミドの皮内投与後のＧＦＰ発現およびＭＩＤ１００、２００を用いるＥＰを示す、蛍光顕微鏡写真である。ＭＩＤ１００、２００の電極１１０は、１．５ｍｍの離間によって互いに離間した。動物は、処置後、殺処分し、皮膚を切除し、蛍光顕微鏡下で可視化した。蛍光顕微鏡写真は、空間的に離間する部位に複数のプラスミドを同時に送達したことを確認した。

実施例７
トランスフェクションの動力学
一連の生体内発現局在化の研究は、実施例１に記載された方法を使用して終了する。具体的には、既知の投与量（０．５、１、および２ｍｇ／ｍＬ）のレポーター遺伝子ＧＦＰを発現するプラスミドＤＮＡのモルモット皮膚への皮内注射後、１ｍｍまたは１．５ｍｍの試作装置を使用して、生じる注射気泡を直ちに電気穿孔する。ＭＩＤの電極は、金またはステンレス鋼の組成になる。動物は、処置後、異なる時点（１２時間、２４時間、および４８時間、３日）で殺処分される。皮膚は、それぞれの時点について、切除し、蛍光顕微鏡下で可視化する。高解像度の写真を撮影し、次いで、標準的ソフトウェア（Ａｄｏｂｅ Ｐｈｏｔｏｓｈｏｐ ＣＳ５）を使用して、ピクセル強度について解析する。発現水準は、予め定義された処理面積のピクセル計数によって計算する。正確な結果を確実にするために、複数の動物の複数の処置部位からのプールされたデータを解析する。ＧＦＰの発現は、発現動力学の評価を容易にするために、異なる期間に渡って比較される。

特定の実施形態が例示され、記載されたが、当業者に明らかになるように、本開示の趣旨および範囲を逸脱せずに、様々な改変が行われ得ることを上記から理解されたい。そのような変更および改変は、本明細書に添付される特許請求の範囲に定義される、本開示の範囲及び教示の範囲内である。

Claims (14)

1. 電気穿孔して１つまたは複数の抗原を送達するための装置であって、
   筐体と、
   前記筐体から突出する複数の電極アレイであって、空間的に分離した部位を画定し、それぞれの電極アレイが複数の電極を含む、複数の電極アレイと、
   それぞれの電極アレイの少なくとも１つの電極に電気的に結合されたパルス発生器と、
   前記パルス発生器に電気的に結合されたプログラム可能なマイクロコントローラと、
   前記パルス発生器および前記マイクロコントローラに結合された電力源と、を備え、それぞれの電極が、電気穿孔パルスを表皮組織の細胞に送達するように構成され、前記マイクロコントローラが、それぞれの電極アレイの前記電気穿孔パルスのパラメータを独立して調整するように構成される、装置。
2. 前記電気穿孔パルスが電位と関連付けられ、前記マイクロコントローラが、前記電位をアレイごとに変化させるように構成される、請求項１に記載の装置。
3. 前記電気穿孔パルスが電流と関連付けられ、前記マイクロコントローラが、前記電流をアレイごとに変化させるように構成される、請求項１に記載の装置。
4. 前記電気穿孔パルスが持続時間と関連付けられ、前記マイクロコントローラが前記持続時間をアレイごとに変化させるように構成される、請求項１に記載の装置。
5. 前記マイクロコントローラが、それぞれの電極アレイについてそれぞれの電気穿孔パルスの量を独立して調整するように構成され、前記量が１〜１０である、請求項１に記載の装置。
6. 前記電気穿孔パルスが送達されるとき、空間的に分離した部位が前記抗原の干渉を実質的に阻止する、請求項１に記載の装置。
7. それぞれの電極アレイ内の複数の電極がそれぞれのパターンで配列される、請求項１に記載の装置。
8. それぞれの電極アレイ内の複数の電極の少なくとも１つの電極が０．１ｍｍ以下の長さを有する組織貫入端部を含む、請求項１に記載の装置。
9. それぞれの電極アレイ内の複数の電極の少なくとも１つの電極が０．０１ｍｍ〜０．０４ｍｍの長さを有する組織貫入端部を含む、請求項１に記載の装置。
10. 前記電気穿孔パルスが前記表皮組織の前記細胞内の損傷を実質的に阻止する、請求項１に記載の装置。
11. 前記電気穿孔パルスが、０．０１Ｖ〜７０Ｖである電位と関連付けられ、ここで当該電位が視覚的アナログ尺度で測定されるほぼ無痛である、請求項１に記載の装置。
12. 隣接する電極が１．０ｍｍ以下の距離で互いに離間する、請求項１に記載の装置。
13. 隣接する電極が１．５ｍｍ以下の距離で互いに離間する、請求項１に記載の装置。
14. それぞれの電極アレイのための複数の電極が前記電気穿孔パルスを実質的に同時に送達するように構成される、請求項１に記載の装置。