JP4455801B2 - 特異的且つ選択的な電気的及び電磁気的シグナルの施用による遺伝子の調節 - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の分野
本発明は、損傷もしくは罹病組織、軟骨もしくは骨の処置のために標的細胞への特異的且つ選択的な電気的及び電磁気的シグナルの施用により標的細胞における遺伝子発現を調節する方法並びにシグナルを発生させるための装置に関する。
【０００２】
発明の背景
様々な生物学的組織及び細胞に存在すると考えられる生体電気的相互作用及び活性は、生理学的プロセスの最も理解が低いものの一つである。しかしながら、最近、ある種の組織及び細胞の増殖及び修復に関するこれらの相互作用及び活性に多数の研究がある。特に、電場及び電磁場による刺激並びに骨及び軟骨の増殖及び修復に対するその影響に多数の研究がある。研究者等は、そのような研究が様々な医学的問題の新規な処置の開発において有用であるかもしれないと考える。
【０００３】
変形性関節症（ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｊｏｉｎｔ ｄｉｓｅａｓｅ）としても知られている変形性関節症（ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒｉｔｉｓ）は、関節軟骨の変性並びに肋軟骨下骨の増殖及びリモデリングを特徴とする。一般症状は、硬直（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）、動きの制約及び痛みである。変形性関節症は、関節炎の最も一般的な形態であり、そして有病率は、年齢とともに著しく増加する。自己報告の変形性関節症にかかっている中高年層患者は、冒されていない同等の人より２倍頻繁に医師に診察を受けに行くことが示されている。そのような患者はまた、その年齢群の他の人と比較して制限される活動及び床につく経験をする日も多い。我々の研究では、症状を示す患者の大部分が、８年の追跡期間中に著しく身体障害になった。Ｍａｓｓａｒｄｏ ｅｔ ａｌ．，Ａｎｎ Ｒｈｅｕｍ Ｄｉｓ ４８：８９３−７（１９８９）。
【０００４】
非ステロイド性抗炎症薬（ＮＳＡＩＤｓ）は、依然として変形性関節症の主要な処置様式である。ＮＳＡＩＤｓの効能が、それらの鎮痛性もしくは抗炎症性または軟骨における変性プロセスの遅延によるのかは未知である。また、ＮＳＡＩＤｓは、患者に有害であり得るという懸念もある。例えば、ＮＳＡＩＤｓは、胃、胃腸管、肝臓及び腎臓における周知の有毒作用を有する。しかしながら、アスピリンは、動物におけるプロテオグリカン合成及び通常の軟骨修復プロセスを阻害する。ヒトにおけるある研究により、インドメタシンが股関節部軟骨の破壊を加速するかもしれないことが示唆された。全ての不都合な作用は、変形性関節症にまさに最もかかりやすい集団である中高年層においていっそう一般的であるようである。
【０００５】
骨粗しょう症として一般的に知られている疾患において、骨は鉱物質を失い、そして異常に希薄になる。骨は、細胞の有機成分及びマトリックス並びに無機もしくは鉱物成分を含んでなる。細胞及びマトリックスは、骨に硬さを与えるリン酸カルシウム（８５％）及び炭酸カルシウム（１０％）の鉱物成分が詰まっている膠原繊維の構造を含んでなる。一般に、骨粗しょう症は中高年層を悩ますと考えられるが、あるタイプの骨粗しょう症は、骨が機能性ストレスを受けていない全ての年齢のヒトを冒す可能性がある。そのような場合、患者は、長い期間の不動の間に皮質骨及び海綿質の著しい損失を経験する可能性がある。中高年層患者は、骨の骨折後に固定すると不使用による骨損失を経験することが既知であり、それは、結局、すでに骨粗しょう症の骨格における二次骨折につながる可能性がある。減少した骨密度は、椎骨虚脱、股関節部、下腕、手首、足首の骨折並びに能力を奪う痛みにつながる可能性がある。そのような疾患の別の非外科的治療が必要とされる。
【０００６】
パルス電磁場（ＰＥＭＦ）及び容量結合（ＣＣ）は、１９７９年における食品医薬品局による承認以来、骨治癒における治癒しない骨折及び関連する問題を処置するために広く使用されている。この形態の治療の試みの最初の根拠は、骨に対する物理的ストレスが、力学的歪と一緒に、骨形成を促進するシグナルへの物理的ストレスの変換を引き起こす機構であると考えられたほんの少しの電流の出現をもたらすという結果であった。偽関節の処置において成功した直接電場刺激と一緒に、ＰＥＭＦ及び容量結合（ここで、電極は処置領域における皮膚上に配置される）を用いる非浸襲性の技術もまた有効であると判明した。パルス電磁場は、非常に導電性の細胞外液におけるわずかな誘導電流（ファラデー電流）を発生させ、一方、容量結合は、組織における電流を直接引き起こし；それによりＰＥＭＦ及びＣＣは両方とも内因性電流によく似る。
【０００７】
最初は骨における結晶の表面で起こる現象のためであると考えられた内因性電流は、主として、いわゆる「流動電位」を発生させる、固定負電荷を有する有機成分を含有する骨のチャンネルにおける電解質を含有する流体の動きのためであることが示されている。軟骨における電気的現象の研究により、軟骨が力学的に圧縮されると出現し、軟骨マトリックスにおけるプロテオグリカン及びコラーゲン中の固定負電荷の表面上に流体及び電解質の動きをもたらす、骨において記述されているものに類似する力学的−電気的変換機構が示されている。これらの流動電位は、明らかに、骨におけるものと同様の軟骨における目的にかない、そして力学的歪と一緒に、マトリックス成分の軟骨細胞合成を刺激することができるシグナル伝達につながる。
【０００８】
直流、容量結合及びＰＥＭＦの主要な利用は、偽関節骨骨折の治癒における整形外科においてである（Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｂｏｎｅ ａｎｄ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ，６３：２−１３，１９８１；Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ａｎｄ Ｐｏｌｌａｃｋ，Ｊ．Ｂｏｎｅ ａｎｄ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ，６７：５７７−５８５，１９８５；Ｂａｓｓｅｔｔ ｅｔ ａｌ．，Ｃｒｉｔ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ．，１７：４５１−５２９（１９８９）；Ｂａｓｓｅｔｔ ｅｔ ａｌ．，ＪＡＭＡ ２４７：６２３−８（１９８２））。臨床応答は、成人における股関節部の虚血壊死及び子供におけるレッグ−ペルテス病において報告されている。Ｂａｓｓｅｔｔ ｅｔ ａｌ．，Ｃｌｉｎ Ｏｒｔｈｏｐ ２４６：１７２−６（１９８９）；Ａａｒｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｃｌｉｎ Ｏｒｔｈｏｐ ２４９：２０９−１８（１９８９）；Ｈａｒｒｉｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ Ｐｅｄｉａｔｒ Ｏｒｔｈｏｐ ４：５７９−８４（１９８４）。また、ＰＥＭＦ（Ｍｏｏｎｅｙ，Ｓｐｉｎｅ，１５：７０８−７１２，１９９０）及び容量結合（Ｇｏｏｄｗｉｎ，Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｓｐｉｎｅ，２４：１３４９−１３５６，１９９９）は、腰椎融合の成功率を著しく上げることができることも示されている。また、末梢神経再生及び機能の増大並びに血管形成の促進の報告もある。Ｂａｓｓｅｔｔ，Ｂｉｏａｓｓａｙｓ ６：３６−４２（１９８７）。ステロイド注入及び他の通常の処置に無反応性の持続性回旋腱板腱炎にかかっている患者は、プラシーボで処置した患者と比較して有意な利益を示した。Ｂｉｎｄｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｌａｎｃｅｔ ６９５−８（１９８４）。最後に、Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．は、適切な容量結合シグナルが腰脊椎における脊椎骨骨粗しょう症を防ぎそして逆転する両方ができることをラットにおいて示している（Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｏｒｔｈｏｐ．Ｒｅｓ．６：６７６−６８４，１９８８；Ｂｒｉｇｈｔｏｎｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｂｏｎｅ ａｎｄ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ，７１：２２８−２３６，１９８９）。
【０００９】
さらに最近では、この分野における研究は、刺激が組織及び細胞に対して有する影響に集中している。例えば、直流は細胞膜を貫通しないこと及び制御は細胞外マトリックス分化（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）により行われることが推測されている。Ｇｒｏｄｚｉｎｓｋｙ，Ｃｒｉｔ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇｎｇ ９：１３３（１９８３）。直流と異なり、ＰＥＭＦは細胞膜を貫通することができ、そしてそれらを刺激するかもしくは細胞内細胞小器官に直接影響を及ぼすいずれかであることが報告されている。細胞外マトリックス及びインビボでの軟骨内骨化に対するＰＥＭＦの影響の試験により、軟骨分子の増加した合成及び骨小柱の成熟が認められた。Ａａｒｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｂｏｎｅ Ｍｉｎｅｒ．Ｒｅｓ．４：２２７−２３３（１９８９）。さらに最近では、Ｌｏｒｉｃｈ，Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．は、容量結合シグナルのシグナル伝達が電位依存性カルシウムチャンネルを通してであり、サイトゾルカルシウムの増加、続いて活性化（細胞骨格）カルモジュリンの増加を引き起こすことを報告した（Ｃｌｉｎ Ｏｒｔｈｏｐ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ３５０：２４６−２５６，１９９８）。
【００１０】
多数の研究は、応答の機構を理解するために組織培養物を調べることに向けられている。ある研究では、電場が軟骨細胞のＤＮＡへの［3Ｈ］−チミジンの取り込みを増やすことが認められ、電気的刺激により生じるＮａ及びＣａ2+の流れがＤＮＡ合成を誘発するという考えを裏付けた。Ｒｏｄａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ １９９：６９０−６９２（１９７８）。研究により、電気的摂動による二次メッセンジャー、ｃＡＭＰの変化及び細胞骨格再編成が認められている。Ｒｙａｂｙ ｅｔ ａｌ．，Ｔｒａｎｓ．ＢＲＡＧＳ ６：（１９８６）；Ｊｏｎｅｓ ｅｔ ａｌ．，Ｔｒａｎｓ．ＢＲＡＧＳ ６：５１（１９８６）；Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ａｎｄ Ｔｏｗｎｓｅｎｄ，Ｊ．Ｏｒｔｈｏｐ．Ｒｅｓ．６：５５２−５５８，１９８８。別の研究により、グリコサミノグリカン、硫酸化、ヒアルロン酸、リゾチーム活性及びポリペプチド配列に対する影響が認められている。Ｎｏｒｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｏｒｔｈｏｐ．Ｒｅｓ．６：６８５−６８９（１９８８）；Ｇｏｏｄｍａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｎ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ８５：３９２８−３９３２（１９８８）。
【００１１】
周期的な二軸の０．１７％の力学的歪は、培養したＭＣ３Ｔ３−Ｅ１骨細胞においてＴＧＦ−β1 ｍＲＮＡの有意な増加をもたらすことが本発明者等により１９９６年に報告された。Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．２２９：４４９−４５３（１９９６）。いくつかの重要な研究が、１９９７年に続いた。ある研究では、同じ周期的な二軸の０．１７％の力学的歪が、同様の骨細胞においてＰＤＧＦ−Ａ ｍＲＮＡの有意な増加をもたらすことが報告された。Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．４３：３３９−３４６（１９９７）。また、２０ｍＶ／ｃｍの６０ｋＨｚ容量結合電場は、同様の骨細胞においてＴＧＦ−β1の有意な増加をもたらすことも報告された。Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．２３７：２２５−２２９（１９９７）。しかしながら、そのような場が他の遺伝子に対して有する影響は文献に報告されていない。
【００１２】
罹病もしくは損傷組織、骨及び軟骨、並びに変形性関節症、骨粗しょう症及び癌のような疾患状態の処置のための方法及び装置の大きな必要性がある。特に、ある遺伝子を選択的にアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションすることによる罹病もしくは損傷骨、組織及び軟骨細胞の処置並びにそのような疾患状態の処置のための方法及び装置の必要性がある。本発明は、当該技術分野におけるこれら並びに他の重要な必要性に関する。
【００１３】
発明の要約
本発明は、特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルの施用により標的細胞の遺伝子発現を調節することに関する。特に、本発明は、標的細胞へのそのようなシグナルの施用により遺伝子の発現を調節する方法に関する。
【００１４】
本発明の好ましい態様として、特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルを用意すること及び遺伝子発現を調節するように損傷もしくは罹病組織、軟骨及び／もしくは骨をシグナルにさらすことにより損傷もしくは罹病組織、軟骨及び／もしくは骨を処置する方法が提供される。本発明の方法によれば、「特異的且つ選択的」シグナルは、標的とする遺伝子もしくは標的とする機能的に相補的な遺伝子をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションする振幅、継続期間、使用サイクル、周波数及び波形の前もって決定した特性を有するシグナルである（特異性）。これにより、既定の生物学的もしくは治療応答を得るために様々な遺伝子発現をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションするための異なるシグナルを選択することができる（選択性）。本発明はさらに、標的遺伝子（１個もしくは複数）をアップレギュレーション及び／もしくはダウンレギュレーションする特異的且つ選択的シグナルを発生させるために本明細書において記述する方法を用いる装置に関する。
【００１５】
関連する態様として、本発明は、骨欠損症、変形性関節症、骨粗しょう症、癌及び他の疾患の処置のための方法及び装置に関する。本発明の方法はまた、既定タンパク質の細胞生産を増やすことが既知であるかもしくは増やすと思われる出発シグナルの継続期間を順序だてて変えることにより特定の標的遺伝子の「特異的且つ選択的」シグナルを決定する方法論も含む。最適継続期間を選択した後、目的のタンパク質の遺伝子発現により決定されるような最適継続期間にわたってシグナルの振幅を変える。他のシグナル特性を一定に保ちながら使用サイクル、周波数及び波形を順序だてて変える。目的のタンパク質の遺伝子発現の最大増加をもたらす最適シグナルが決定されるまでこのプロセスを繰り返す。
【００１６】
本発明のこれら及び他の態様を以下の発明の詳細な記述において説明する。
本発明は、添付の図面と関連して取り上げる以下の発明の詳細な記述から明らかになる。
【００１７】
発明の好ましい態様の詳細な記述
本発明の好ましい態様を図１−１２に関連して以下に詳細に記述する。当業者は、これらの図面に関して本明細書において示す記述が例示目的のためだけであり、そして本発明の範囲を決して限定するものではないことを認識する。本発明の範囲に関する全ての問題は、添付の請求項に照会することにより解決することができる。
【００１８】
本発明は、特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルの施用によりある種の遺伝子の発現を調節できるという発見に基づく。言い換えれば、骨、軟骨及び他の組織細胞における各遺伝子を調節するための特異的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルがあること及びこれらの特異的なシグナルはそのような細胞における当該遺伝子を特異的且つ選択的に調節できることが本発明者等によって見出された。特に、組織もしくは細胞の増殖、維持、修復及び変性もしくは変質を支配する遺伝子発現を、有益な（ｓａｌｕｔｏｒｙ）臨床効果をもたらすように特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルの施用により本発明に従って調節することができる。そのような発見は、骨の骨折及び欠損症、変形性関節症、骨粗しょう症、癌及び他の疾患を包含するある種の医学的症状を標的とする処置方法の開発において、並びにそのような方法を用いる装置を開発するために有用である。
【００１９】
本明細書において用いる場合、「シグナル」という語句は、力学的シグナル、超音波シグナル、電磁場及び電場を包含する様々なシグナルをさすために使用する。「シグナル」という語句は、それが結合場もしくはパルス電磁場であるにせよ、直流、容量結合もしくは誘導結合により発生させるにせよ電場をさすことができると理解されるべきである。
【００２０】
「遠隔」という語句は、遠方に作用するかもしくは遠方から制御される、作用することを意味するために使用する。「遠隔」調節は、遠方から遺伝子の発現を制御することをさす。「遠隔的に」与えることは、遠方から与えることをさす。例えば、遠隔供給源から特異的且つ選択的シグナルを与えることは、組織もしくは細胞から離れている供給源からまたは体の外側もしくは外部の供給源からシグナルを与えることをさすことができる。
【００２１】
「特異的且つ選択的」シグナルという語句は、標的とする遺伝子もしくは標的とする機能的に相補的な遺伝子をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションする振幅、継続期間、使用サイクル、周波数及び波形の前もって決定した特性を有するシグナルを意味する（特異性）。これにより、既定の生物学的もしくは治療応答を得るために様々な遺伝子発現をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションするための異なるシグナルを選択することができる（選択性）。
【００２２】
「調節する」という用語は、遺伝子発現を制御することを意味する。調節するは、アップレギュレーションする及びダウンレギュレーションする両方を含むと理解される。アップレギュレーションするは、遺伝子の発現を増やすことを意味し、一方、ダウンレギュレーションするは、遺伝子の発現を抑制するかもしくは妨げることを意味する。
【００２３】
「機能的に相補的な」は、既定の細胞もしくは組織において発現が相補的であるかもしくは相乗作用を有する２個もしくはそれ以上の遺伝子をさす。
【００２４】
「組織」は、患者の構造材料の一つを形成する細胞外物質と一緒に細胞の集合体をさす。本明細書において用いる場合、「組織」という用語には、筋肉及び器官組織並びに骨もしくは軟骨組織が包含されるものとする。「組織」という用語はまた、本明細書において用いる場合、個々の細胞をさすこともできる。
【００２５】
「患者」は動物、好ましくは哺乳動物、より好ましくはヒトをさす。
【００２６】
本発明は、ある組織、細胞もしくは疾患を標的とする処置方法及び装置を提供する。特に、損傷もしくは罹病組織もしくは細胞における修復プロセスと関連する遺伝子発現を、標的組織もしくは細胞において調節する遺伝子に特異的且つ選択的な電気的シグナルの施用により調節することができる。有益な臨床効果をもたらすように各遺伝子もしくは相補的な遺伝子の各組に特異的且つ選択的なシグナルの施用により遺伝子発現をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションすることができる。例えば、特定の特異的且つ選択的シグナルは、ある望ましい遺伝子発現をアップレギュレーションすることができ、一方、同じもしくは別の特定の特異的且つ選択的シグナルは、ある望ましくない遺伝子発現をダウンレギュレーションすることができる。ある遺伝子を、ある特定の特異的且つ選択的シグナルによりアップレギュレーションし、そして別の特異的且つ選択的シグナルによりダウンレギュレーションすることができる。当業者は、組織の増殖、維持、修復及び変性もしくは変質を支配する遺伝子を調節することによりある種の罹病もしくは損傷組織を処置のための標的とできることを理解する。
【００２７】
本発明の方法及び装置は、ある標的とする罹病もしくは損傷組織と関連する遺伝子発現に特異的且つ選択的なシグナルを同定することに基づく。例えば、様々な形態（例えば、容量結合、誘導結合、結合場）の電気は、各選択遺伝子に施用するシグナルの周波数、振幅、波形もしくは使用サイクルを変えることにより患者の体の標的組織もしくは細胞における遺伝子発現を特異的且つ選択的に調節することができる。電気にさらす継続期間もまた、患者の体の標的組織もしくは細胞における遺伝子発現を特異的且つ選択的に調節する電気の能力に影響を及ぼすことができる。遺伝子発現に対する所望の効果をもたらす周波数、振幅、波形、使用サイクル及び継続期間の適切な組み合わせが見出されるまで特異的且つ選択的シグナルを各遺伝子に体系的に施用することができる。
【００２８】
ある遺伝子発現のための電場の特異性及び選択性には、いくつかの因子が影響を与えることができるので、様々な罹病もしくは損傷組織または疾患状態を処置のための標的とできることが理解されるべきである。特に、適切な周波数、振幅、波形及び／もしくは使用サイクルの電場は、ある遺伝子の発現に特異的且つ選択的であることができ、従って、選択的処置（ｔａｒｇｅｔｅｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ）を提供することができる。時間的因子（例えば、電場にさらす継続期間）もまた、特定の遺伝子発現のための電場の特異性及び選択性に影響を与えることができる。遺伝子発現の調節は、特定の継続期間にわたる電場の施用によりさらに効果的である（もしくは可能にする）ことができる。従って、本発明は、様々な罹病もしくは損傷組織または疾患を標的とする処置を提供するために電場がある種の遺伝子発現に特異的且つ選択的であると判明するまで電場の施用の周波数、振幅、波形、使用サイクル及び／もしくは継続期間を変えることを提供することが当業者により理解される。
【００２９】
従って、適切な継続期間にわたる適切な周波数、振幅、波形及び／もしくは使用サイクルの電場を包含する特異的且つ選択的シグナルの施用により特定の罹病もしくは損傷組織と関連するある遺伝子の発現を調節することが可能であるので本発明は選択的処置を提供することができる。従って、ある罹病もしくは損傷組織または疾患状態を処置のための標的とするためにある種の遺伝子の発現を調節するように電場を包含するシグナルの特異性及び選択性に影響を与えることができる。それにより本発明は、骨欠損症、変形性関節症、骨粗しょう症及び癌の処置を包含する多数の選択的処置を提供する。
【００３０】
本発明はさらに、損傷もしくは罹病組織並びにある種の疾患状態の処置のための装置を提供する。特に、本発明は、ある遺伝子発現に特異的且つ選択的な少なくとも一つのシグナルの供給源を含む装置を提供する。本発明の装置は、特異的且つ選択的シグナルを加えるように適合させる少なくとも一つの電極による標的細胞への施用のためのそのようなシグナルの生成を提供することができる。
【００３１】
本発明の装置は、特異的且つ選択的シグナルを罹病もしくは損傷組織及び／または患者の皮膚に直接施用することができる。容量結合装置は被験体の皮膚に接触させなければならないことが認識されるが、本発明の装置はまた、特異的且つ選択的シグナルの遠隔施用（例えば、罹病もしくは損傷組織から離れたシグナルの施用）を提供することもできる。本発明の装置は、損傷もしくは罹病組織の近くで患者の体に電極をつける手段を含むことができる。例えば、粘着性の導電性電極を図１０に示すような骨粗しょう症に悩む膝関節の両側で患者の皮膚につけることができる。図１０に同様に示すように、本発明の装置はまた、患者の体に装置をつける手段を含むこともできる。例えば、本発明の装置は、ふくらはぎ、大腿もしくは腰の周りに合わせるフックおよびループ型ファスナー帯に電力装置をつけることができるように裏側にフックおよびループ型ファスナーパッチを有する電力装置につけた電極を含むことができる。
【００３２】
本発明の装置は、様々なように用いることができる。本発明の装置は携帯用であることができ、または患者の体に一時的にもしくは永久的につけることができる。本発明の装置は、好ましくは非浸襲性である。例えば、本発明の装置は、前もって決定した特異的且つ選択的シグナルの施用のために患者の皮膚と接触するように適合させる電極の利用により患者の皮膚に用いることができる。そのようなシグナルはまた、経時変動性電流（ｔｉｍｅ ｖａｒｙｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔｓ）が流れ、従って組織を貫通する特異的且つ選択的電磁場をもたらすコイルによって施用することもできる。本発明の装置はまた、患者の皮膚の下への移植を包含する、患者における移植が可能であることもできる。
【００３３】
以下の実施例は、本発明の方法が骨細胞における遺伝子発現の調節により骨成長及び修復を提供できることを例示する。本発明の方法は、新しい骨折及び偽関節骨折の近くで骨成長及び修復を刺激することができる。骨成長及び修復はまた、変形性関節症もしくは骨粗しょう症の近くで刺激することもできる。本発明の方法により骨細胞、軟骨細胞、繊維組織細胞、幹細胞及び癌細胞を包含する様々な細胞を標的とすることができる。
【００３４】
以下の実施例はまた、本発明の方法が軟骨成長及び修復を提供できることも例示する。ある遺伝子の発現に特異的且つ選択的なシグナルにより軟骨成長及び修復を刺激することができる。例えば、本発明の方法は、変形性関節症患者における関節軟骨修復を刺激することができ、そして軟骨細胞における遺伝子発現の調節を提供することができる。特に、本発明の方法は、軟骨を修復する遺伝子（例えば、アグリカン及びＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子）のアップレギュレーション、軟骨を破壊する遺伝子（例えば、メタロプロテイナーゼをコードする遺伝子）のダウンレギュレーション及び関節軟骨を破壊するメタロプロテイナーゼを阻害する遺伝子（例えば、メタロプロテイナーゼの組織インヒビターをコードする遺伝子）のアップレギュレーションを提供することができる。本発明の方法により関節軟骨細胞を包含するそして関節軟骨、硝子軟骨及び成長板軟骨（ｇｒｏｗｔｈ ｐｌａｔｅ ｃａｒｔｉｌａｇｅ）を包含する様々な軟骨細胞を標的とすることができる。
【００３５】
以下の実施例はさらに、本発明の方法が関節軟骨細胞における遺伝子発現の調節を提供することを例示する。例えば、以下の実施例では、胎仔関節軟骨細胞を２０ｍＶ／ｃｍの６０ｋＨｚ容量結合電場に０．５、２．０、６．０及び２４．０時間にわたってさらしている。０．５時間のみの刺激後に35ＳＯ4／μｇＤＮＡの統計学的に有意な取り込み（有意なプロテオグリカン合成を示す）が認められた。同一の実験を繰り返し、そして主要な軟骨プロテオグリカンのメッセンジャー、アグリカンｍＲＮＡのレベルをモニターした。０．５時間のみの電気的刺激後にアグリカンｍＲＮＡの有意な増加（ほとんど１００％）があった。従って、時間的因子は、関節軟骨細胞における遺伝子発現を調節するシグナルの特異性及び選択性に影響を与えることができる。
【００３６】
本発明の方法はまた、ある種の疾患の処置も提供する。特に、本発明の方法は、癌の処置を提供することができる。原発性（もしくはさらに転移性）癌にかかっている患者において、メタロプロテイナーゼは癌の広がりを少なくともある程度招く。メタロプロテイナーゼは、癌を阻止しようとする意図で隣接細胞により築かれる繊維壁もしくは膜を酵素的に分解する。しかしながら、上記のように、メタロプロテイナーゼの組織インヒビターはそのようなメタロプロテイナーゼの生産を阻害することができる。従って、本発明の方法は、メタロプロテイナーゼをコードする遺伝子のダウンレギュレーション及びメタロプロテイナーゼの組織インヒビター（「ＴＩＭＰ」）をコードする遺伝子のアップレギュレーションを提供することができる。当業者は、本発明の方法により様々な他の疾患を処置のための標的とできることを理解する。
【００３７】
本発明を決して限定しないが、現在、機能的に相補的な遺伝子は、同一のもしくは実質的に同様のシグナルに応答できると考えられる。言い換えれば、シグナルは、機能的に相補的な遺伝子に特異的且つ選択的であることができる。図１及び５に関して、そして実施例１及び２に関して以下に記述するように、アグリカン及びＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子は両方とも、２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合シグナルにより調節することができる。これらの遺伝子の各々は軟骨マトリックス形成を調節し、従って、機能的に相補的であると考えられる。一方、実施例５に関して以下に記述するように、２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合シグナルは、ＴＧＦ−β1をコードする遺伝子発現を調節するが、ＰＤＧＦ−Ａの遺伝子発現を調節しない。これらの遺伝子の各々は、骨治癒の異なる相及び生理学的プロセスの調節に関与し、従って、機能的に相補的であると考えられない。
【００３８】
図１０−１２は、本発明の装置の例を提供する。本発明の装置は、特異的且つ選択的シグナルの供給源、電力装置及び少なくとも１つの電極を含むことができる。本発明の装置は携帯用であることができる。例えば、ふくらはぎ、大腿もしくは腰の周りに合わせることができるフックおよびループ型ファスナー帯につけることができる電力装置に電極をつけることができる。例えば、そのような装置は、例えばアグリカンもしくはＩＩ型コラーゲンの遺伝子発現をアップレギュレーションするように特異的且つ選択的電場を１日当たり３０分もしくはそれ以上にわたって施用するために用いることができる。
【００３９】
当業者は、一対もしくは複数対の電極への施用のためのプログラム化された複数の転換可能な特異的且つ選択的シグナルを有する容量結合電力装置、転換可能な複数の特異的且つ選択的シグナルを有する電力装置につけた電磁気コイル、及び特異的且つ選択的シグナルを発生させるための電力供給を有する超音波刺激装置を包含する様々な形態で本発明の装置を提供できることを理解する。一般的に言えば、装置の選択は、患者の承認及び患者のコンプライアンスに基づく。現在当該技術分野において利用可能な最小で且つ最も携帯用の装置は、容量結合装置であり；しかしながら、非常に敏感な皮膚を有する患者は、誘導結合装置を使用することを選択することができる。一方、超音波装置は、最大の患者の協力を必要とするが、ある種の患者による使用に望ましい可能性がある。
【００４０】
実施例
例示の目的のためであり、そして本発明の範囲を限定するものではない以下の実施例において本発明をさらに示す。
材料及び方法
胎仔ウシ関節軟骨から軟骨細胞培養物を調製した。軟骨細胞（５ｘ１０5細胞／ｃｍ2）を特別に改変したクーパー皿上に平板培養した。実験条件の開始直前に培地を交換して細胞を７日まで増殖させた。これらの研究の全体にわたって実験細胞培養物をピークからピークまで４４．８１ボルトの出力を有する６０ｋＨｚの容量結合正弦波シグナル電場に供した。これは、３００μＡ／ｃｍ2の電流密度を有する２０ｍＶ／ｃｍの皿の培養培地における計算される場の強さをもたらした。コントロール細胞培養皿は、電極を機能発生器（ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に接続しなかったことを除いて刺激した皿のものと同一であった。
【００４１】
製造業者の説明書に従って、ＴＲＩｚｏｌを用いて全ＲＮＡを単離し、そしてＳｕｐｅｒＳｃｒｉｐｔ ＩＩ逆転写酵素を用いる逆転写を行った。競合ＰＣＲ技術において使用するオリゴヌクレオチドプライマーは、公開されたｃＤＮＡ配列から選択した。ＰＣＲ産物の定量分析は、ＳｃｉｏｎＩｍａｇｅソフトウェアを用いて行った。
【００４２】
所望の遺伝子調節のための最適シグナルを以下のように体系的に見出した。既定タンパク質の細胞生産を増やすことが既知である（もしくはさらにただ増やすと思われる）電気的シグナルをそのタンパク質の遺伝子発現（ｍＲＮＡ）の特異的シグナルを決定するための出発シグナルとして選ぶ。最初に、全ての他のシグナル特性（振幅、使用サイクル、周波数及び波形）を一定に保ちながらシグナルの継続期間を変えることにより用量応答曲線を実施する。これは、そのタンパク質の遺伝子発現のための出発シグナルの最適継続期間を決定する。最適継続期間にわたって振幅を変えることにより二回目の用量応答曲線を実施する。これは、目的のタンパク質の遺伝子発現により決定されるような最適継続期間にわたる最適振幅を決定する。次に、今回は、最適振幅及び他のシグナル特性を一定に保ちながら使用サイクルを１００％（一定）から１％もしくはそれ未満まで変えて、三回目の用量応答曲線を実施する。各回で他のシグナル特性を一定に保ちながら四回目（周波数を変える）及び五回目（波形を変える）の用量応答を繰り返す。この方法により目的のタンパク質の遺伝子発現の最大増加をもたらす最適シグナルが決定される。
【００４３】
タンパク質発現は、逆転写酵素ＰＣＲ、ノーザン分析、免疫検定法などのような当該技術分野において既知である任意の方法により決定することができる。
実施例１：関節軟骨細胞によるアグリカン生産
関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさらした。結果を図１−４に例示する。
【００４４】
図１は、２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で０（コントロール）、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるアグリカンｍＲＮＡ生産（アトモル／μｌ）のグラフ表示である。本実施例において、３０分の刺激は、アグリカンｍＲＮＡの有意な増加（ほとんど２倍の増加）をもたらすことが判明した。従って、応答は継続期間特異的である。
【００４５】
図２は、２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグラフ表示である。例示するように、ピークアップレギュレーションが、３０分の刺激継続期間の停止後３ １／２時間で起こることが判明した。図２はまた、二次的なより小さいピークのアップレギュレーションが、３０分の刺激継続期間の停止後１４ １／２時間及び２０ １／２時間で起こり、アップレギュレーションが周期的であることも例示する。
【００４６】
図３は、全て３０分の継続期間にわたる、様々な容量結合電場振幅により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において、１０−２０ｍＶ／ｃｍは、アグリカンｍＲＮＡ生産の有意な増加を示した。従って、応答は電場振幅特異的である。
【００４７】
図４は、様々な使用サイクルを用いて２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。例示するように、３０サイクルにわたって脈動する１分オン／７分オフ（１２／５％の使用サイクル）の使用サイクル（刺激の総「オン」時間＝３０分）は、３０分の一定（コントロール、１００％の使用サイクル）刺激よりはるかに多いアグリカンｍＲＮＡ生産をもたらす。従って、応答は使用サイクル特異的である。図４はまた、４時間にわたる１分オン／７分オフ（１２．５％の使用サイクル）のシグナルが、３０分にわたって施用する同じ１２．５％の使用サイクルより有意に多いアグリカンｍＲＮＡをもたらすことも例示する。従って、使用サイクルは時間の点で選択的である。
実施例２：関節軟骨細胞によるＩＩ型コラーゲン生産
関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさらした。結果を図５−７に例示する。
【００４８】
図５は、２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場により０（コントロール）、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産（アトモル／μｌ）のグラフ表示である。本実施例において、３０分の刺激は、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの有意な増加（約１０倍の増加）をもたらした。これは、実施例１の相補的なアグリカンｍＲＮＡのものと同様に、応答が継続期間特異的であることを示す。
【００４９】
図６は、２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグラフ表示である。図６は、３０分の刺激継続期間の停止後５ １／２時間でピークアップレギュレーションが起こることを例示する。相補的な遺伝子であるアグリカンｍＲＮＡは、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡより２時間早い、刺激の停止後３１／２時間でアグリカンｍＲＮＡの最大生産に達した（図２）ことに注目すべ きである。
【００５０】
図７は、全て３０分の継続期間にわたる、関節軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。例示するように、２０、４０及び２ｍＶ／ｃｍは全て、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの有意な増加を示した。また、アグリカンｍＲＮＡの場振幅特異性（図３）とＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの振幅特異性間の違いは、シグナルの選択性を与えることにも注目すべきである。例えば、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡを刺激することを所望しない場合にはアグリカンｍＲＮＡを刺激するために１０ｍＶ／ｃｍのシグナルを、またはアグリカンｍＲＮＡを刺激することを所望しない場合にはＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡを刺激するために２ｍＶ／ｃｍもしくは４０ｍＶ／ｃｍのシグナルを選択的に選ぶことができるはずである。このデータは、施用するシグナルの特異性により特定の遺伝子発現を得ることができることを示す。
【００５１】
実施例１及び２に関して、アグリカンもしくはＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子の各々を同一の２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合シグナルにより調節できることが示される。当業者は、これらの遺伝子転写産物の各々が軟骨マトリックス形成を調節しそして機能的に相補的であることを認識する。従って、実施例１及び２の結果は、本明細書において記述する技術に従う遺伝子調節による電気的療法を裏付けると考えられる。
実施例３：ＩＬ−β 1 で処置した関節軟骨細胞におけるＭＭＰ−１ ｍＲＮＡ生産
関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさらした。結果を図８に例示する。
【００５２】
図８は、ＩＬ−β1で処置しそして２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合場で０（コントロール）、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるＭＭＰ−１ ｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。例示するように、ＭＭＰ−１ ｍＲＮＡは、全ての継続期間の刺激において劇的にダウンレギュレーションされるが、特に３０分でそうである。これは、同じ２０ｍＶ／ｃｍの場におけるアグリカンｍＲＮＡ（図１−４）及びＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ（図５−７）の劇的なアップレギュレーションと対比する場合に重要である。これは、選択した遺伝子応答に特異的シグナルを使用しなければならないこれらの電場の選択性及び特異性を示す。
実施例４：ＩＬ−β 1 で処置した関節軟骨細胞におけるＭＭＰ−３ ｍＲＮＡ生産
関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさらした。結果を図９に例示する。
【００５３】
図９は、２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場で０（コントロール）、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるＭＭＰ−３ ｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。例示するように、３０分の刺激でＭＭＰ−３ ｍＲＮＡの有意なダウンレギュレーションがあり、そして２時間の刺激で劇的なアップレギュレーションがある。これは、これらのシグナルの施用における時間特異性の重要さを指摘する。
実施例５：骨細胞によるＴＧＦ−β 1 生産
上記で触れたように、２０ｍＶ／ｃｍの６０ｋＨｚ容量結合電場は、同様の骨細胞においてＴＧＦ−β1の有意な増加をもたらすことが報告されている。Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．２３７：２２５−２２９（１９９７）。ＴＧＦ−β1 ｍＲＮＡの有意な生産はあるが、（アグリカンｍＲＮＡ及びＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの０．５時間と異なり）６時間の刺激後のみであることが判明した。２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合電気的シグナルにＭＣ３Ｔ３−Ｅ１骨細胞をさらすことにより、ＰＤＧＦ−Ａ ｍＲＮＡの生産に影響があるかどうかを決定するために実験を繰り返した。いかなる影響も認められなかった。
【００５４】
従って、２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合シグナルは、ＴＧＦ−β1をコードする骨細胞遺伝子を調節するが、ＰＤＧＦ−Ａをコードする遺伝子を調節することはできない。現在、これらの遺伝子の各々の発現は、骨治癒の異なる相及び生理学的プロセスの調節に関与し、従って機能的に相補的ではないと考えられる。
実施例６：変形性関節症の処置
図１０に関して、本発明の好ましい態様による装置１０を膝の変形性関節症にかかっている患者を処置するために使用する。例示するように、２つの円形の低導電性（ｓｏｆｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）の粘着性電極１２を関節ラインのレベルで膝の両側の皮膚上に配置する。ふくらはぎ、大腿もしくは腰の周りに合わせるフックおよびループ型ファスナー帯（示さない）に電力装置１４をつけることができるように裏側にフックおよびループ型ファスナーパッチ１６を有する電力装置１４に電極１２をつける。電極１２は、患者が毎晩寝る前にもしくは任意の他の都合のよい時間に皮膚上に配置することができる。
【００５５】
電力装置は好ましくは小さく（例えば、６−８オンス）、そして皮膚上に配置する電極１２にピークからピークまで５ボルト、６−１０ｍＡｍｐ、２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの正弦波シグナルを発するために標準的な９ボルト電池により電力を供給される。上記実施例において例示するように、適切な継続期間、場振幅及び使用サイクルで１日当たり３０分与えるこのシグナルは、アグリカン及びＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子を有意にアップレギュレーションするはずである。この処置は、さらなる関節軟骨変質を防ぐかもしくは最小限度に抑え、そしてすでに損傷を受けているかもしくは変性している関節軟骨を治癒するはずである。
【００５６】
電力装置１４はまた、他の遺伝子に特異的且つ選択的なシグナルを与えるように構造を変更することもできる。例えば、上記の実施例において例示するように、電力装置１４は、メタロプロテイナーゼ（ＭＭＰ）の遺伝子発現をダウンレギュレーションするためのシグナル並びにメタロプロテイナーゼの組織インヒビター（「ＴＩＭＰ」）を発現する遺伝子をアップレギュレーションするためのシグナルを与えるように構造を変更することができる。電力装置１４は、そのようなシグナルをアグリカン／ＩＩ型コラーゲンシグナルと連続して与えるように構造を変更することができる。従って、軟骨を修復する遺伝子（例えば、アグリカン及びＩＩ型コラーゲン遺伝子）のアップレギュレーション、軟骨を破壊する遺伝子（例えば、メタロプロテイナーゼ遺伝子）のダウンレギュレーション及び関節軟骨を破壊するメタロプロテイナーゼを阻害する遺伝子（例えば、メタロプロテイナーゼの組織インヒビター）のアップレギュレーションにより患者を処置することができる。
実施例７：骨欠損症もしくは骨粗しょう症の処置
図１１に関して、骨折、遅延癒合、偽関節もしくは他の骨欠損症にかかっている患者を、欠損のレベルで足（ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ）の向かい合う側の皮膚上に配置する２つの円形の低導電性電極１２で処置することができる。骨欠損に及ぶように電極１２を皮膚上に配置する。ふくらはぎ、大腿もしくは腰の周りに合わせるフックおよびループ型ファスナー帯（示さない）に電力装置１４’をつけることができるように裏側にフックおよびループ型ファスナーパッチ１６を有する電力装置１４’に電極１２をつける。本発明の好ましい態様により、図１１に示すように、２本の皮質間ねじ２０により固定する骨髄内杆状体１８によって大腿骨の偽関節を安定させることができる。
【００５７】
電力装置１４’は、皮膚上に配置する電極１２に２０ｍV／ｃｍ、６０ｋＨｚの正弦波シグナルを与える。実施例５におけるように１日当たり６時間にわたってシグナルを与える。電力装置１４’は、継続期間、場振幅及び使用サイクルにより特定される同じ電気的シグナルが必ずしも施用されないので先の実施例における電力装置１４と区別される。この技術は、骨修復の軟骨相において重要な遺伝子であるＴＧＦ−β1をアップレギュレーションすることにより修復プロセスを促進するはずである。
【００５８】
電力装置１４’は、ある遺伝子に特異的な別のシグナルを与えるように構造を変更できることを当業者は認識する。例えば、電力装置１４は、ＰＤＧＦ−Ａ、塩基性ＦＧＦ及びＢＭＰ−２遺伝子のアップレギュレーションのためのシグナルを与えるように構造を変更することができる。電力装置１４はまた、ＴＧＦ−β1、ＰＤＧＦ−Ａ、塩基性ＦＧＦ及びＢＭＰ−２遺伝子に特異的且つ選択的なシグナルを連続して与えるように構造を変更することもできる。従って、電力装置１４は、骨欠損症を治癒するために必要な遺伝子をアップレギュレーションする特異的且つ選択的シグナルを与えるように構造を変更することができる。
実施例８：腫瘍の処置
図１２に関して、悪性黒色腫にかかっている患者を本発明の好ましい態様による方法及び装置で処置することができる。図１２は、皮膚からその下にある組織にまだ浸入していない悪性黒色腫にかかっている患者を示す。上記に説明するように、原発性（もしくはさらに転移性）癌にかかっている患者において、癌の広がりは、癌細胞により生産されるメタロプロテイナーゼにより起こる。メタロプロテイナーゼは、癌を阻止しようとする意図で隣接細胞が設ける繊維壁もしくは膜を酵素的に分解する。上記に説明するように、メタロプロテイナーゼの組織インヒビターは、そのようなメタロプロテイナーゼの生産を阻害することができる。
【００５９】
本発明の装置１０”は、上記実施例において説明するようなメタロプロテイナーゼをコードする遺伝子を選択的にダウンレギュレーションしそして／もしくはメタロプロテイナーゼの組織インヒビター（「ＴＩＭＰ」）をコードする遺伝子を選択的にアップレギュレーションするために特異的容量結合電場を電極１２により与える。装置１０”は、１日当たり特定の継続期間にわたって順次遺伝子を選択的にダウンレギュレーションしそしてアップレギュレーションするように電力装置１４”により発生させる電場を与えることができる。いったん黒色腫が体の独自の防御機構により十分に分離されると黒色腫を安全に切除することができる。
【００６０】
当業者はまた、本発明に対する多数の他の改変が本発明の範囲内で可能であることも認識する。例えば、メタロプロテイナーゼの組織インヒビター（「ＴＩＭＰ」）をコードする遺伝子及び他の遺伝子は、異なる継続期間、場振幅及び使用サイクルで異なる周波数で施用するシグナルに特異的且つ選択的応答を与えるように６０ｋＨｚ以外の選択的周波数で向上した特異的用量応答を有することができる。同様に、上記で触れたように、誘導結合シグナル、直接結合シグナル及びパルス電磁場もまた、上記実施例において記述するような容量結合シグナルの代わりに施用することができる。従って、本発明の範囲は、上記の好ましい態様に限定されるものではなく、添付の請求項によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で様々な継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において、応答は継続期間特異的である。
【図２】 ２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグラフ表示である。
【図３】 全て３０分の継続期間にわたる、様々な容量結合電場振幅により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において、応答は電場振幅特異的である。
【図４】 様々な使用サイクルを用いて２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において、応答は使用サイクル特異的であり、そして使用サイクルは時間の点で選択的である。
【図５】 ２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場により様々な継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において、応答は、相補的なアグリカンｍＲＮＡのものと同様に継続期間特異的である。
【図６】 ２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグラフ表示である。
【図７】 全て３０分の継続期間にわたる、様々な容量結合電場振幅により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例は、アグリカンｍＲＮＡの場振幅特異性（図３）とＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの振幅特異性間の違いがシグナルの選択性を与えることを示す。
【図８】 ＩＬ−β1で処置しそして２０ｍＶ／ｃｍの容量結合場で様々な継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるＭＭＰ−１ ｍＲＮＡ生産のダウンレギュレーションのグラフ表示である。本実施例は、選択した遺伝子応答に特異的シグナルを使用しなければならないこれらの電場の選択性及び特異性を示す。
【図９】 ２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で様々な継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるＭＭＰ−３ ｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例は、これらのシグナルの施用における時間特異性の重要さを例示する。
【図１０】 本発明の好ましい態様による、膝の変形性関節症の処置のための装置を例示する略図である。
【図１１】 本発明の好ましい態様による、２本の皮質間ねじにより固定する骨髄内杆状体によって安定させる大腿骨の偽関節、及び骨欠損症の処置のための装置を例示する略図である。
【図１２】 本発明の好ましい態様による、悪性黒色腫の処置のための装置を例示する略図である。
発明の分野
本発明は、損傷もしくは罹病組織、軟骨もしくは骨の処置のために標的細胞への特異的且つ選択的な電気的及び電磁気的シグナルの施用により標的細胞における遺伝子発現を調節する方法並びにシグナルを発生させるための装置に関する。
【０００２】
発明の背景
様々な生物学的組織及び細胞に存在すると考えられる生体電気的相互作用及び活性は、生理学的プロセスの最も理解が低いものの一つである。しかしながら、最近、ある種の組織及び細胞の増殖及び修復に関するこれらの相互作用及び活性に多数の研究がある。特に、電場及び電磁場による刺激並びに骨及び軟骨の増殖及び修復に対するその影響に多数の研究がある。研究者等は、そのような研究が様々な医学的問題の新規な処置の開発において有用であるかもしれないと考える。
【０００３】
変形性関節症（ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｊｏｉｎｔ ｄｉｓｅａｓｅ）としても知られている変形性関節症（ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒｉｔｉｓ）は、関節軟骨の変性並びに肋軟骨下骨の増殖及びリモデリングを特徴とする。一般症状は、硬直（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）、動きの制約及び痛みである。変形性関節症は、関節炎の最も一般的な形態であり、そして有病率は、年齢とともに著しく増加する。自己報告の変形性関節症にかかっている中高年層患者は、冒されていない同等の人より２倍頻繁に医師に診察を受けに行くことが示されている。そのような患者はまた、その年齢群の他の人と比較して制限される活動及び床につく経験をする日も多い。我々の研究では、症状を示す患者の大部分が、８年の追跡期間中に著しく身体障害になった。Ｍａｓｓａｒｄｏ ｅｔ ａｌ．，Ａｎｎ Ｒｈｅｕｍ Ｄｉｓ ４８：８９３−７（１９８９）。
【０００４】
非ステロイド性抗炎症薬（ＮＳＡＩＤｓ）は、依然として変形性関節症の主要な処置様式である。ＮＳＡＩＤｓの効能が、それらの鎮痛性もしくは抗炎症性または軟骨における変性プロセスの遅延によるのかは未知である。また、ＮＳＡＩＤｓは、患者に有害であり得るという懸念もある。例えば、ＮＳＡＩＤｓは、胃、胃腸管、肝臓及び腎臓における周知の有毒作用を有する。しかしながら、アスピリンは、動物におけるプロテオグリカン合成及び通常の軟骨修復プロセスを阻害する。ヒトにおけるある研究により、インドメタシンが股関節部軟骨の破壊を加速するかもしれないことが示唆された。全ての不都合な作用は、変形性関節症にまさに最もかかりやすい集団である中高年層においていっそう一般的であるようである。
【０００５】
骨粗しょう症として一般的に知られている疾患において、骨は鉱物質を失い、そして異常に希薄になる。骨は、細胞の有機成分及びマトリックス並びに無機もしくは鉱物成分を含んでなる。細胞及びマトリックスは、骨に硬さを与えるリン酸カルシウム（８５％）及び炭酸カルシウム（１０％）の鉱物成分が詰まっている膠原繊維の構造を含んでなる。一般に、骨粗しょう症は中高年層を悩ますと考えられるが、あるタイプの骨粗しょう症は、骨が機能性ストレスを受けていない全ての年齢のヒトを冒す可能性がある。そのような場合、患者は、長い期間の不動の間に皮質骨及び海綿質の著しい損失を経験する可能性がある。中高年層患者は、骨の骨折後に固定すると不使用による骨損失を経験することが既知であり、それは、結局、すでに骨粗しょう症の骨格における二次骨折につながる可能性がある。減少した骨密度は、椎骨虚脱、股関節部、下腕、手首、足首の骨折並びに能力を奪う痛みにつながる可能性がある。そのような疾患の別の非外科的治療が必要とされる。
【０００６】
パルス電磁場（ＰＥＭＦ）及び容量結合（ＣＣ）は、１９７９年における食品医薬品局による承認以来、骨治癒における治癒しない骨折及び関連する問題を処置するために広く使用されている。この形態の治療の試みの最初の根拠は、骨に対する物理的ストレスが、力学的歪と一緒に、骨形成を促進するシグナルへの物理的ストレスの変換を引き起こす機構であると考えられたほんの少しの電流の出現をもたらすという結果であった。偽関節の処置において成功した直接電場刺激と一緒に、ＰＥＭＦ及び容量結合（ここで、電極は処置領域における皮膚上に配置される）を用いる非浸襲性の技術もまた有効であると判明した。パルス電磁場は、非常に導電性の細胞外液におけるわずかな誘導電流（ファラデー電流）を発生させ、一方、容量結合は、組織における電流を直接引き起こし；それによりＰＥＭＦ及びＣＣは両方とも内因性電流によく似る。
【０００７】
最初は骨における結晶の表面で起こる現象のためであると考えられた内因性電流は、主として、いわゆる「流動電位」を発生させる、固定負電荷を有する有機成分を含有する骨のチャンネルにおける電解質を含有する流体の動きのためであることが示されている。軟骨における電気的現象の研究により、軟骨が力学的に圧縮されると出現し、軟骨マトリックスにおけるプロテオグリカン及びコラーゲン中の固定負電荷の表面上に流体及び電解質の動きをもたらす、骨において記述されているものに類似する力学的−電気的変換機構が示されている。これらの流動電位は、明らかに、骨におけるものと同様の軟骨における目的にかない、そして力学的歪と一緒に、マトリックス成分の軟骨細胞合成を刺激することができるシグナル伝達につながる。
【０００８】
直流、容量結合及びＰＥＭＦの主要な利用は、偽関節骨骨折の治癒における整形外科においてである（Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｂｏｎｅ ａｎｄ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ，６３：２−１３，１９８１；Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ａｎｄ Ｐｏｌｌａｃｋ，Ｊ．Ｂｏｎｅ ａｎｄ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ，６７：５７７−５８５，１９８５；Ｂａｓｓｅｔｔ ｅｔ ａｌ．，Ｃｒｉｔ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ．，１７：４５１−５２９（１９８９）；Ｂａｓｓｅｔｔ ｅｔ ａｌ．，ＪＡＭＡ ２４７：６２３−８（１９８２））。臨床応答は、成人における股関節部の虚血壊死及び子供におけるレッグ−ペルテス病において報告されている。Ｂａｓｓｅｔｔ ｅｔ ａｌ．，Ｃｌｉｎ Ｏｒｔｈｏｐ ２４６：１７２−６（１９８９）；Ａａｒｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｃｌｉｎ Ｏｒｔｈｏｐ ２４９：２０９−１８（１９８９）；Ｈａｒｒｉｓｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ Ｐｅｄｉａｔｒ Ｏｒｔｈｏｐ ４：５７９−８４（１９８４）。また、ＰＥＭＦ（Ｍｏｏｎｅｙ，Ｓｐｉｎｅ，１５：７０８−７１２，１９９０）及び容量結合（Ｇｏｏｄｗｉｎ，Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｓｐｉｎｅ，２４：１３４９−１３５６，１９９９）は、腰椎融合の成功率を著しく上げることができることも示されている。また、末梢神経再生及び機能の増大並びに血管形成の促進の報告もある。Ｂａｓｓｅｔｔ，Ｂｉｏａｓｓａｙｓ ６：３６−４２（１９８７）。ステロイド注入及び他の通常の処置に無反応性の持続性回旋腱板腱炎にかかっている患者は、プラシーボで処置した患者と比較して有意な利益を示した。Ｂｉｎｄｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｌａｎｃｅｔ ６９５−８（１９８４）。最後に、Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．は、適切な容量結合シグナルが腰脊椎における脊椎骨骨粗しょう症を防ぎそして逆転する両方ができることをラットにおいて示している（Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｏｒｔｈｏｐ．Ｒｅｓ．６：６７６−６８４，１９８８；Ｂｒｉｇｈｔｏｎｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｂｏｎｅ ａｎｄ Ｊｏｉｎｔ Ｓｕｒｇｅｒｙ，７１：２２８−２３６，１９８９）。
【０００９】
さらに最近では、この分野における研究は、刺激が組織及び細胞に対して有する影響に集中している。例えば、直流は細胞膜を貫通しないこと及び制御は細胞外マトリックス分化（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）により行われることが推測されている。Ｇｒｏｄｚｉｎｓｋｙ，Ｃｒｉｔ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇｎｇ ９：１３３（１９８３）。直流と異なり、ＰＥＭＦは細胞膜を貫通することができ、そしてそれらを刺激するかもしくは細胞内細胞小器官に直接影響を及ぼすいずれかであることが報告されている。細胞外マトリックス及びインビボでの軟骨内骨化に対するＰＥＭＦの影響の試験により、軟骨分子の増加した合成及び骨小柱の成熟が認められた。Ａａｒｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｂｏｎｅ Ｍｉｎｅｒ．Ｒｅｓ．４：２２７−２３３（１９８９）。さらに最近では、Ｌｏｒｉｃｈ，Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．は、容量結合シグナルのシグナル伝達が電位依存性カルシウムチャンネルを通してであり、サイトゾルカルシウムの増加、続いて活性化（細胞骨格）カルモジュリンの増加を引き起こすことを報告した（Ｃｌｉｎ Ｏｒｔｈｏｐ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ３５０：２４６−２５６，１９９８）。
【００１０】
多数の研究は、応答の機構を理解するために組織培養物を調べることに向けられている。ある研究では、電場が軟骨細胞のＤＮＡへの［3Ｈ］−チミジンの取り込みを増やすことが認められ、電気的刺激により生じるＮａ及びＣａ2+の流れがＤＮＡ合成を誘発するという考えを裏付けた。Ｒｏｄａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ １９９：６９０−６９２（１９７８）。研究により、電気的摂動による二次メッセンジャー、ｃＡＭＰの変化及び細胞骨格再編成が認められている。Ｒｙａｂｙ ｅｔ ａｌ．，Ｔｒａｎｓ．ＢＲＡＧＳ ６：（１９８６）；Ｊｏｎｅｓ ｅｔ ａｌ．，Ｔｒａｎｓ．ＢＲＡＧＳ ６：５１（１９８６）；Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ａｎｄ Ｔｏｗｎｓｅｎｄ，Ｊ．Ｏｒｔｈｏｐ．Ｒｅｓ．６：５５２−５５８，１９８８。別の研究により、グリコサミノグリカン、硫酸化、ヒアルロン酸、リゾチーム活性及びポリペプチド配列に対する影響が認められている。Ｎｏｒｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｏｒｔｈｏｐ．Ｒｅｓ．６：６８５−６８９（１９８８）；Ｇｏｏｄｍａｎ ｅｔ ａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｎ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ ８５：３９２８−３９３２（１９８８）。
【００１１】
周期的な二軸の０．１７％の力学的歪は、培養したＭＣ３Ｔ３−Ｅ１骨細胞においてＴＧＦ−β1 ｍＲＮＡの有意な増加をもたらすことが本発明者等により１９９６年に報告された。Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．２２９：４４９−４５３（１９９６）。いくつかの重要な研究が、１９９７年に続いた。ある研究では、同じ周期的な二軸の０．１７％の力学的歪が、同様の骨細胞においてＰＤＧＦ−Ａ ｍＲＮＡの有意な増加をもたらすことが報告された。Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．４３：３３９−３４６（１９９７）。また、２０ｍＶ／ｃｍの６０ｋＨｚ容量結合電場は、同様の骨細胞においてＴＧＦ−β1の有意な増加をもたらすことも報告された。Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．２３７：２２５−２２９（１９９７）。しかしながら、そのような場が他の遺伝子に対して有する影響は文献に報告されていない。
【００１２】
罹病もしくは損傷組織、骨及び軟骨、並びに変形性関節症、骨粗しょう症及び癌のような疾患状態の処置のための方法及び装置の大きな必要性がある。特に、ある遺伝子を選択的にアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションすることによる罹病もしくは損傷骨、組織及び軟骨細胞の処置並びにそのような疾患状態の処置のための方法及び装置の必要性がある。本発明は、当該技術分野におけるこれら並びに他の重要な必要性に関する。
【００１３】
発明の要約
本発明は、特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルの施用により標的細胞の遺伝子発現を調節することに関する。特に、本発明は、標的細胞へのそのようなシグナルの施用により遺伝子の発現を調節する方法に関する。
【００１４】
本発明の好ましい態様として、特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルを用意すること及び遺伝子発現を調節するように損傷もしくは罹病組織、軟骨及び／もしくは骨をシグナルにさらすことにより損傷もしくは罹病組織、軟骨及び／もしくは骨を処置する方法が提供される。本発明の方法によれば、「特異的且つ選択的」シグナルは、標的とする遺伝子もしくは標的とする機能的に相補的な遺伝子をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションする振幅、継続期間、使用サイクル、周波数及び波形の前もって決定した特性を有するシグナルである（特異性）。これにより、既定の生物学的もしくは治療応答を得るために様々な遺伝子発現をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションするための異なるシグナルを選択することができる（選択性）。本発明はさらに、標的遺伝子（１個もしくは複数）をアップレギュレーション及び／もしくはダウンレギュレーションする特異的且つ選択的シグナルを発生させるために本明細書において記述する方法を用いる装置に関する。
【００１５】
関連する態様として、本発明は、骨欠損症、変形性関節症、骨粗しょう症、癌及び他の疾患の処置のための方法及び装置に関する。本発明の方法はまた、既定タンパク質の細胞生産を増やすことが既知であるかもしくは増やすと思われる出発シグナルの継続期間を順序だてて変えることにより特定の標的遺伝子の「特異的且つ選択的」シグナルを決定する方法論も含む。最適継続期間を選択した後、目的のタンパク質の遺伝子発現により決定されるような最適継続期間にわたってシグナルの振幅を変える。他のシグナル特性を一定に保ちながら使用サイクル、周波数及び波形を順序だてて変える。目的のタンパク質の遺伝子発現の最大増加をもたらす最適シグナルが決定されるまでこのプロセスを繰り返す。
【００１６】
本発明のこれら及び他の態様を以下の発明の詳細な記述において説明する。
本発明は、添付の図面と関連して取り上げる以下の発明の詳細な記述から明らかになる。
【００１７】
発明の好ましい態様の詳細な記述
本発明の好ましい態様を図１−１２に関連して以下に詳細に記述する。当業者は、これらの図面に関して本明細書において示す記述が例示目的のためだけであり、そして本発明の範囲を決して限定するものではないことを認識する。本発明の範囲に関する全ての問題は、添付の請求項に照会することにより解決することができる。
【００１８】
本発明は、特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルの施用によりある種の遺伝子の発現を調節できるという発見に基づく。言い換えれば、骨、軟骨及び他の組織細胞における各遺伝子を調節するための特異的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルがあること及びこれらの特異的なシグナルはそのような細胞における当該遺伝子を特異的且つ選択的に調節できることが本発明者等によって見出された。特に、組織もしくは細胞の増殖、維持、修復及び変性もしくは変質を支配する遺伝子発現を、有益な（ｓａｌｕｔｏｒｙ）臨床効果をもたらすように特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルの施用により本発明に従って調節することができる。そのような発見は、骨の骨折及び欠損症、変形性関節症、骨粗しょう症、癌及び他の疾患を包含するある種の医学的症状を標的とする処置方法の開発において、並びにそのような方法を用いる装置を開発するために有用である。
【００１９】
本明細書において用いる場合、「シグナル」という語句は、力学的シグナル、超音波シグナル、電磁場及び電場を包含する様々なシグナルをさすために使用する。「シグナル」という語句は、それが結合場もしくはパルス電磁場であるにせよ、直流、容量結合もしくは誘導結合により発生させるにせよ電場をさすことができると理解されるべきである。
【００２０】
「遠隔」という語句は、遠方に作用するかもしくは遠方から制御される、作用することを意味するために使用する。「遠隔」調節は、遠方から遺伝子の発現を制御することをさす。「遠隔的に」与えることは、遠方から与えることをさす。例えば、遠隔供給源から特異的且つ選択的シグナルを与えることは、組織もしくは細胞から離れている供給源からまたは体の外側もしくは外部の供給源からシグナルを与えることをさすことができる。
【００２１】
「特異的且つ選択的」シグナルという語句は、標的とする遺伝子もしくは標的とする機能的に相補的な遺伝子をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションする振幅、継続期間、使用サイクル、周波数及び波形の前もって決定した特性を有するシグナルを意味する（特異性）。これにより、既定の生物学的もしくは治療応答を得るために様々な遺伝子発現をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションするための異なるシグナルを選択することができる（選択性）。
【００２２】
「調節する」という用語は、遺伝子発現を制御することを意味する。調節するは、アップレギュレーションする及びダウンレギュレーションする両方を含むと理解される。アップレギュレーションするは、遺伝子の発現を増やすことを意味し、一方、ダウンレギュレーションするは、遺伝子の発現を抑制するかもしくは妨げることを意味する。
【００２３】
「機能的に相補的な」は、既定の細胞もしくは組織において発現が相補的であるかもしくは相乗作用を有する２個もしくはそれ以上の遺伝子をさす。
【００２４】
「組織」は、患者の構造材料の一つを形成する細胞外物質と一緒に細胞の集合体をさす。本明細書において用いる場合、「組織」という用語には、筋肉及び器官組織並びに骨もしくは軟骨組織が包含されるものとする。「組織」という用語はまた、本明細書において用いる場合、個々の細胞をさすこともできる。
【００２５】
「患者」は動物、好ましくは哺乳動物、より好ましくはヒトをさす。
【００２６】
本発明は、ある組織、細胞もしくは疾患を標的とする処置方法及び装置を提供する。特に、損傷もしくは罹病組織もしくは細胞における修復プロセスと関連する遺伝子発現を、標的組織もしくは細胞において調節する遺伝子に特異的且つ選択的な電気的シグナルの施用により調節することができる。有益な臨床効果をもたらすように各遺伝子もしくは相補的な遺伝子の各組に特異的且つ選択的なシグナルの施用により遺伝子発現をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションすることができる。例えば、特定の特異的且つ選択的シグナルは、ある望ましい遺伝子発現をアップレギュレーションすることができ、一方、同じもしくは別の特定の特異的且つ選択的シグナルは、ある望ましくない遺伝子発現をダウンレギュレーションすることができる。ある遺伝子を、ある特定の特異的且つ選択的シグナルによりアップレギュレーションし、そして別の特異的且つ選択的シグナルによりダウンレギュレーションすることができる。当業者は、組織の増殖、維持、修復及び変性もしくは変質を支配する遺伝子を調節することによりある種の罹病もしくは損傷組織を処置のための標的とできることを理解する。
【００２７】
本発明の方法及び装置は、ある標的とする罹病もしくは損傷組織と関連する遺伝子発現に特異的且つ選択的なシグナルを同定することに基づく。例えば、様々な形態（例えば、容量結合、誘導結合、結合場）の電気は、各選択遺伝子に施用するシグナルの周波数、振幅、波形もしくは使用サイクルを変えることにより患者の体の標的組織もしくは細胞における遺伝子発現を特異的且つ選択的に調節することができる。電気にさらす継続期間もまた、患者の体の標的組織もしくは細胞における遺伝子発現を特異的且つ選択的に調節する電気の能力に影響を及ぼすことができる。遺伝子発現に対する所望の効果をもたらす周波数、振幅、波形、使用サイクル及び継続期間の適切な組み合わせが見出されるまで特異的且つ選択的シグナルを各遺伝子に体系的に施用することができる。
【００２８】
ある遺伝子発現のための電場の特異性及び選択性には、いくつかの因子が影響を与えることができるので、様々な罹病もしくは損傷組織または疾患状態を処置のための標的とできることが理解されるべきである。特に、適切な周波数、振幅、波形及び／もしくは使用サイクルの電場は、ある遺伝子の発現に特異的且つ選択的であることができ、従って、選択的処置（ｔａｒｇｅｔｅｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ）を提供することができる。時間的因子（例えば、電場にさらす継続期間）もまた、特定の遺伝子発現のための電場の特異性及び選択性に影響を与えることができる。遺伝子発現の調節は、特定の継続期間にわたる電場の施用によりさらに効果的である（もしくは可能にする）ことができる。従って、本発明は、様々な罹病もしくは損傷組織または疾患を標的とする処置を提供するために電場がある種の遺伝子発現に特異的且つ選択的であると判明するまで電場の施用の周波数、振幅、波形、使用サイクル及び／もしくは継続期間を変えることを提供することが当業者により理解される。
【００２９】
従って、適切な継続期間にわたる適切な周波数、振幅、波形及び／もしくは使用サイクルの電場を包含する特異的且つ選択的シグナルの施用により特定の罹病もしくは損傷組織と関連するある遺伝子の発現を調節することが可能であるので本発明は選択的処置を提供することができる。従って、ある罹病もしくは損傷組織または疾患状態を処置のための標的とするためにある種の遺伝子の発現を調節するように電場を包含するシグナルの特異性及び選択性に影響を与えることができる。それにより本発明は、骨欠損症、変形性関節症、骨粗しょう症及び癌の処置を包含する多数の選択的処置を提供する。
【００３０】
本発明はさらに、損傷もしくは罹病組織並びにある種の疾患状態の処置のための装置を提供する。特に、本発明は、ある遺伝子発現に特異的且つ選択的な少なくとも一つのシグナルの供給源を含む装置を提供する。本発明の装置は、特異的且つ選択的シグナルを加えるように適合させる少なくとも一つの電極による標的細胞への施用のためのそのようなシグナルの生成を提供することができる。
【００３１】
本発明の装置は、特異的且つ選択的シグナルを罹病もしくは損傷組織及び／または患者の皮膚に直接施用することができる。容量結合装置は被験体の皮膚に接触させなければならないことが認識されるが、本発明の装置はまた、特異的且つ選択的シグナルの遠隔施用（例えば、罹病もしくは損傷組織から離れたシグナルの施用）を提供することもできる。本発明の装置は、損傷もしくは罹病組織の近くで患者の体に電極をつける手段を含むことができる。例えば、粘着性の導電性電極を図１０に示すような骨粗しょう症に悩む膝関節の両側で患者の皮膚につけることができる。図１０に同様に示すように、本発明の装置はまた、患者の体に装置をつける手段を含むこともできる。例えば、本発明の装置は、ふくらはぎ、大腿もしくは腰の周りに合わせるフックおよびループ型ファスナー帯に電力装置をつけることができるように裏側にフックおよびループ型ファスナーパッチを有する電力装置につけた電極を含むことができる。
【００３２】
本発明の装置は、様々なように用いることができる。本発明の装置は携帯用であることができ、または患者の体に一時的にもしくは永久的につけることができる。本発明の装置は、好ましくは非浸襲性である。例えば、本発明の装置は、前もって決定した特異的且つ選択的シグナルの施用のために患者の皮膚と接触するように適合させる電極の利用により患者の皮膚に用いることができる。そのようなシグナルはまた、経時変動性電流（ｔｉｍｅ ｖａｒｙｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔｓ）が流れ、従って組織を貫通する特異的且つ選択的電磁場をもたらすコイルによって施用することもできる。本発明の装置はまた、患者の皮膚の下への移植を包含する、患者における移植が可能であることもできる。
【００３３】
以下の実施例は、本発明の方法が骨細胞における遺伝子発現の調節により骨成長及び修復を提供できることを例示する。本発明の方法は、新しい骨折及び偽関節骨折の近くで骨成長及び修復を刺激することができる。骨成長及び修復はまた、変形性関節症もしくは骨粗しょう症の近くで刺激することもできる。本発明の方法により骨細胞、軟骨細胞、繊維組織細胞、幹細胞及び癌細胞を包含する様々な細胞を標的とすることができる。
【００３４】
以下の実施例はまた、本発明の方法が軟骨成長及び修復を提供できることも例示する。ある遺伝子の発現に特異的且つ選択的なシグナルにより軟骨成長及び修復を刺激することができる。例えば、本発明の方法は、変形性関節症患者における関節軟骨修復を刺激することができ、そして軟骨細胞における遺伝子発現の調節を提供することができる。特に、本発明の方法は、軟骨を修復する遺伝子（例えば、アグリカン及びＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子）のアップレギュレーション、軟骨を破壊する遺伝子（例えば、メタロプロテイナーゼをコードする遺伝子）のダウンレギュレーション及び関節軟骨を破壊するメタロプロテイナーゼを阻害する遺伝子（例えば、メタロプロテイナーゼの組織インヒビターをコードする遺伝子）のアップレギュレーションを提供することができる。本発明の方法により関節軟骨細胞を包含するそして関節軟骨、硝子軟骨及び成長板軟骨（ｇｒｏｗｔｈ ｐｌａｔｅ ｃａｒｔｉｌａｇｅ）を包含する様々な軟骨細胞を標的とすることができる。
【００３５】
以下の実施例はさらに、本発明の方法が関節軟骨細胞における遺伝子発現の調節を提供することを例示する。例えば、以下の実施例では、胎仔関節軟骨細胞を２０ｍＶ／ｃｍの６０ｋＨｚ容量結合電場に０．５、２．０、６．０及び２４．０時間にわたってさらしている。０．５時間のみの刺激後に35ＳＯ4／μｇＤＮＡの統計学的に有意な取り込み（有意なプロテオグリカン合成を示す）が認められた。同一の実験を繰り返し、そして主要な軟骨プロテオグリカンのメッセンジャー、アグリカンｍＲＮＡのレベルをモニターした。０．５時間のみの電気的刺激後にアグリカンｍＲＮＡの有意な増加（ほとんど１００％）があった。従って、時間的因子は、関節軟骨細胞における遺伝子発現を調節するシグナルの特異性及び選択性に影響を与えることができる。
【００３６】
本発明の方法はまた、ある種の疾患の処置も提供する。特に、本発明の方法は、癌の処置を提供することができる。原発性（もしくはさらに転移性）癌にかかっている患者において、メタロプロテイナーゼは癌の広がりを少なくともある程度招く。メタロプロテイナーゼは、癌を阻止しようとする意図で隣接細胞により築かれる繊維壁もしくは膜を酵素的に分解する。しかしながら、上記のように、メタロプロテイナーゼの組織インヒビターはそのようなメタロプロテイナーゼの生産を阻害することができる。従って、本発明の方法は、メタロプロテイナーゼをコードする遺伝子のダウンレギュレーション及びメタロプロテイナーゼの組織インヒビター（「ＴＩＭＰ」）をコードする遺伝子のアップレギュレーションを提供することができる。当業者は、本発明の方法により様々な他の疾患を処置のための標的とできることを理解する。
【００３７】
本発明を決して限定しないが、現在、機能的に相補的な遺伝子は、同一のもしくは実質的に同様のシグナルに応答できると考えられる。言い換えれば、シグナルは、機能的に相補的な遺伝子に特異的且つ選択的であることができる。図１及び５に関して、そして実施例１及び２に関して以下に記述するように、アグリカン及びＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子は両方とも、２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合シグナルにより調節することができる。これらの遺伝子の各々は軟骨マトリックス形成を調節し、従って、機能的に相補的であると考えられる。一方、実施例５に関して以下に記述するように、２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合シグナルは、ＴＧＦ−β1をコードする遺伝子発現を調節するが、ＰＤＧＦ−Ａの遺伝子発現を調節しない。これらの遺伝子の各々は、骨治癒の異なる相及び生理学的プロセスの調節に関与し、従って、機能的に相補的であると考えられない。
【００３８】
図１０−１２は、本発明の装置の例を提供する。本発明の装置は、特異的且つ選択的シグナルの供給源、電力装置及び少なくとも１つの電極を含むことができる。本発明の装置は携帯用であることができる。例えば、ふくらはぎ、大腿もしくは腰の周りに合わせることができるフックおよびループ型ファスナー帯につけることができる電力装置に電極をつけることができる。例えば、そのような装置は、例えばアグリカンもしくはＩＩ型コラーゲンの遺伝子発現をアップレギュレーションするように特異的且つ選択的電場を１日当たり３０分もしくはそれ以上にわたって施用するために用いることができる。
【００３９】
当業者は、一対もしくは複数対の電極への施用のためのプログラム化された複数の転換可能な特異的且つ選択的シグナルを有する容量結合電力装置、転換可能な複数の特異的且つ選択的シグナルを有する電力装置につけた電磁気コイル、及び特異的且つ選択的シグナルを発生させるための電力供給を有する超音波刺激装置を包含する様々な形態で本発明の装置を提供できることを理解する。一般的に言えば、装置の選択は、患者の承認及び患者のコンプライアンスに基づく。現在当該技術分野において利用可能な最小で且つ最も携帯用の装置は、容量結合装置であり；しかしながら、非常に敏感な皮膚を有する患者は、誘導結合装置を使用することを選択することができる。一方、超音波装置は、最大の患者の協力を必要とするが、ある種の患者による使用に望ましい可能性がある。
【００４０】
実施例
例示の目的のためであり、そして本発明の範囲を限定するものではない以下の実施例において本発明をさらに示す。
材料及び方法
胎仔ウシ関節軟骨から軟骨細胞培養物を調製した。軟骨細胞（５ｘ１０5細胞／ｃｍ2）を特別に改変したクーパー皿上に平板培養した。実験条件の開始直前に培地を交換して細胞を７日まで増殖させた。これらの研究の全体にわたって実験細胞培養物をピークからピークまで４４．８１ボルトの出力を有する６０ｋＨｚの容量結合正弦波シグナル電場に供した。これは、３００μＡ／ｃｍ2の電流密度を有する２０ｍＶ／ｃｍの皿の培養培地における計算される場の強さをもたらした。コントロール細胞培養皿は、電極を機能発生器（ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）に接続しなかったことを除いて刺激した皿のものと同一であった。
【００４１】
製造業者の説明書に従って、ＴＲＩｚｏｌを用いて全ＲＮＡを単離し、そしてＳｕｐｅｒＳｃｒｉｐｔ ＩＩ逆転写酵素を用いる逆転写を行った。競合ＰＣＲ技術において使用するオリゴヌクレオチドプライマーは、公開されたｃＤＮＡ配列から選択した。ＰＣＲ産物の定量分析は、ＳｃｉｏｎＩｍａｇｅソフトウェアを用いて行った。
【００４２】
所望の遺伝子調節のための最適シグナルを以下のように体系的に見出した。既定タンパク質の細胞生産を増やすことが既知である（もしくはさらにただ増やすと思われる）電気的シグナルをそのタンパク質の遺伝子発現（ｍＲＮＡ）の特異的シグナルを決定するための出発シグナルとして選ぶ。最初に、全ての他のシグナル特性（振幅、使用サイクル、周波数及び波形）を一定に保ちながらシグナルの継続期間を変えることにより用量応答曲線を実施する。これは、そのタンパク質の遺伝子発現のための出発シグナルの最適継続期間を決定する。最適継続期間にわたって振幅を変えることにより二回目の用量応答曲線を実施する。これは、目的のタンパク質の遺伝子発現により決定されるような最適継続期間にわたる最適振幅を決定する。次に、今回は、最適振幅及び他のシグナル特性を一定に保ちながら使用サイクルを１００％（一定）から１％もしくはそれ未満まで変えて、三回目の用量応答曲線を実施する。各回で他のシグナル特性を一定に保ちながら四回目（周波数を変える）及び五回目（波形を変える）の用量応答を繰り返す。この方法により目的のタンパク質の遺伝子発現の最大増加をもたらす最適シグナルが決定される。
【００４３】
タンパク質発現は、逆転写酵素ＰＣＲ、ノーザン分析、免疫検定法などのような当該技術分野において既知である任意の方法により決定することができる。
実施例１：関節軟骨細胞によるアグリカン生産
関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさらした。結果を図１−４に例示する。
【００４４】
図１は、２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で０（コントロール）、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるアグリカンｍＲＮＡ生産（アトモル／μｌ）のグラフ表示である。本実施例において、３０分の刺激は、アグリカンｍＲＮＡの有意な増加（ほとんど２倍の増加）をもたらすことが判明した。従って、応答は継続期間特異的である。
【００４５】
図２は、２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグラフ表示である。例示するように、ピークアップレギュレーションが、３０分の刺激継続期間の停止後３ １／２時間で起こることが判明した。図２はまた、二次的なより小さいピークのアップレギュレーションが、３０分の刺激継続期間の停止後１４ １／２時間及び２０ １／２時間で起こり、アップレギュレーションが周期的であることも例示する。
【００４６】
図３は、全て３０分の継続期間にわたる、様々な容量結合電場振幅により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において、１０−２０ｍＶ／ｃｍは、アグリカンｍＲＮＡ生産の有意な増加を示した。従って、応答は電場振幅特異的である。
【００４７】
図４は、様々な使用サイクルを用いて２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。例示するように、３０サイクルにわたって脈動する１分オン／７分オフ（１２／５％の使用サイクル）の使用サイクル（刺激の総「オン」時間＝３０分）は、３０分の一定（コントロール、１００％の使用サイクル）刺激よりはるかに多いアグリカンｍＲＮＡ生産をもたらす。従って、応答は使用サイクル特異的である。図４はまた、４時間にわたる１分オン／７分オフ（１２．５％の使用サイクル）のシグナルが、３０分にわたって施用する同じ１２．５％の使用サイクルより有意に多いアグリカンｍＲＮＡをもたらすことも例示する。従って、使用サイクルは時間の点で選択的である。
実施例２：関節軟骨細胞によるＩＩ型コラーゲン生産
関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさらした。結果を図５−７に例示する。
【００４８】
図５は、２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場により０（コントロール）、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産（アトモル／μｌ）のグラフ表示である。本実施例において、３０分の刺激は、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの有意な増加（約１０倍の増加）をもたらした。これは、実施例１の相補的なアグリカンｍＲＮＡのものと同様に、応答が継続期間特異的であることを示す。
【００４９】
図６は、２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグラフ表示である。図６は、３０分の刺激継続期間の停止後５ １／２時間でピークアップレギュレーションが起こることを例示する。相補的な遺伝子であるアグリカンｍＲＮＡは、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡより２時間早い、刺激の停止後３１／２時間でアグリカンｍＲＮＡの最大生産に達した（図２）ことに注目すべ きである。
【００５０】
図７は、全て３０分の継続期間にわたる、関節軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。例示するように、２０、４０及び２ｍＶ／ｃｍは全て、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの有意な増加を示した。また、アグリカンｍＲＮＡの場振幅特異性（図３）とＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの振幅特異性間の違いは、シグナルの選択性を与えることにも注目すべきである。例えば、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡを刺激することを所望しない場合にはアグリカンｍＲＮＡを刺激するために１０ｍＶ／ｃｍのシグナルを、またはアグリカンｍＲＮＡを刺激することを所望しない場合にはＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡを刺激するために２ｍＶ／ｃｍもしくは４０ｍＶ／ｃｍのシグナルを選択的に選ぶことができるはずである。このデータは、施用するシグナルの特異性により特定の遺伝子発現を得ることができることを示す。
【００５１】
実施例１及び２に関して、アグリカンもしくはＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子の各々を同一の２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合シグナルにより調節できることが示される。当業者は、これらの遺伝子転写産物の各々が軟骨マトリックス形成を調節しそして機能的に相補的であることを認識する。従って、実施例１及び２の結果は、本明細書において記述する技術に従う遺伝子調節による電気的療法を裏付けると考えられる。
実施例３：ＩＬ−β 1 で処置した関節軟骨細胞におけるＭＭＰ−１ ｍＲＮＡ生産
関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさらした。結果を図８に例示する。
【００５２】
図８は、ＩＬ−β1で処置しそして２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合場で０（コントロール）、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるＭＭＰ−１ ｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。例示するように、ＭＭＰ−１ ｍＲＮＡは、全ての継続期間の刺激において劇的にダウンレギュレーションされるが、特に３０分でそうである。これは、同じ２０ｍＶ／ｃｍの場におけるアグリカンｍＲＮＡ（図１−４）及びＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ（図５−７）の劇的なアップレギュレーションと対比する場合に重要である。これは、選択した遺伝子応答に特異的シグナルを使用しなければならないこれらの電場の選択性及び特異性を示す。
実施例４：ＩＬ−β 1 で処置した関節軟骨細胞におけるＭＭＰ−３ ｍＲＮＡ生産
関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさらした。結果を図９に例示する。
【００５３】
図９は、２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場で０（コントロール）、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるＭＭＰ−３ ｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。例示するように、３０分の刺激でＭＭＰ−３ ｍＲＮＡの有意なダウンレギュレーションがあり、そして２時間の刺激で劇的なアップレギュレーションがある。これは、これらのシグナルの施用における時間特異性の重要さを指摘する。
実施例５：骨細胞によるＴＧＦ−β 1 生産
上記で触れたように、２０ｍＶ／ｃｍの６０ｋＨｚ容量結合電場は、同様の骨細胞においてＴＧＦ−β1の有意な増加をもたらすことが報告されている。Ｂｒｉｇｈｔｏｎ ｅｔ ａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．２３７：２２５−２２９（１９９７）。ＴＧＦ−β1 ｍＲＮＡの有意な生産はあるが、（アグリカンｍＲＮＡ及びＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの０．５時間と異なり）６時間の刺激後のみであることが判明した。２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合電気的シグナルにＭＣ３Ｔ３−Ｅ１骨細胞をさらすことにより、ＰＤＧＦ−Ａ ｍＲＮＡの生産に影響があるかどうかを決定するために実験を繰り返した。いかなる影響も認められなかった。
【００５４】
従って、２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合シグナルは、ＴＧＦ−β1をコードする骨細胞遺伝子を調節するが、ＰＤＧＦ−Ａをコードする遺伝子を調節することはできない。現在、これらの遺伝子の各々の発現は、骨治癒の異なる相及び生理学的プロセスの調節に関与し、従って機能的に相補的ではないと考えられる。
実施例６：変形性関節症の処置
図１０に関して、本発明の好ましい態様による装置１０を膝の変形性関節症にかかっている患者を処置するために使用する。例示するように、２つの円形の低導電性（ｓｏｆｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）の粘着性電極１２を関節ラインのレベルで膝の両側の皮膚上に配置する。ふくらはぎ、大腿もしくは腰の周りに合わせるフックおよびループ型ファスナー帯（示さない）に電力装置１４をつけることができるように裏側にフックおよびループ型ファスナーパッチ１６を有する電力装置１４に電極１２をつける。電極１２は、患者が毎晩寝る前にもしくは任意の他の都合のよい時間に皮膚上に配置することができる。
【００５５】
電力装置は好ましくは小さく（例えば、６−８オンス）、そして皮膚上に配置する電極１２にピークからピークまで５ボルト、６−１０ｍＡｍｐ、２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの正弦波シグナルを発するために標準的な９ボルト電池により電力を供給される。上記実施例において例示するように、適切な継続期間、場振幅及び使用サイクルで１日当たり３０分与えるこのシグナルは、アグリカン及びＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子を有意にアップレギュレーションするはずである。この処置は、さらなる関節軟骨変質を防ぐかもしくは最小限度に抑え、そしてすでに損傷を受けているかもしくは変性している関節軟骨を治癒するはずである。
【００５６】
電力装置１４はまた、他の遺伝子に特異的且つ選択的なシグナルを与えるように構造を変更することもできる。例えば、上記の実施例において例示するように、電力装置１４は、メタロプロテイナーゼ（ＭＭＰ）の遺伝子発現をダウンレギュレーションするためのシグナル並びにメタロプロテイナーゼの組織インヒビター（「ＴＩＭＰ」）を発現する遺伝子をアップレギュレーションするためのシグナルを与えるように構造を変更することができる。電力装置１４は、そのようなシグナルをアグリカン／ＩＩ型コラーゲンシグナルと連続して与えるように構造を変更することができる。従って、軟骨を修復する遺伝子（例えば、アグリカン及びＩＩ型コラーゲン遺伝子）のアップレギュレーション、軟骨を破壊する遺伝子（例えば、メタロプロテイナーゼ遺伝子）のダウンレギュレーション及び関節軟骨を破壊するメタロプロテイナーゼを阻害する遺伝子（例えば、メタロプロテイナーゼの組織インヒビター）のアップレギュレーションにより患者を処置することができる。
実施例７：骨欠損症もしくは骨粗しょう症の処置
図１１に関して、骨折、遅延癒合、偽関節もしくは他の骨欠損症にかかっている患者を、欠損のレベルで足（ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ）の向かい合う側の皮膚上に配置する２つの円形の低導電性電極１２で処置することができる。骨欠損に及ぶように電極１２を皮膚上に配置する。ふくらはぎ、大腿もしくは腰の周りに合わせるフックおよびループ型ファスナー帯（示さない）に電力装置１４’をつけることができるように裏側にフックおよびループ型ファスナーパッチ１６を有する電力装置１４’に電極１２をつける。本発明の好ましい態様により、図１１に示すように、２本の皮質間ねじ２０により固定する骨髄内杆状体１８によって大腿骨の偽関節を安定させることができる。
【００５７】
電力装置１４’は、皮膚上に配置する電極１２に２０ｍV／ｃｍ、６０ｋＨｚの正弦波シグナルを与える。実施例５におけるように１日当たり６時間にわたってシグナルを与える。電力装置１４’は、継続期間、場振幅及び使用サイクルにより特定される同じ電気的シグナルが必ずしも施用されないので先の実施例における電力装置１４と区別される。この技術は、骨修復の軟骨相において重要な遺伝子であるＴＧＦ−β1をアップレギュレーションすることにより修復プロセスを促進するはずである。
【００５８】
電力装置１４’は、ある遺伝子に特異的な別のシグナルを与えるように構造を変更できることを当業者は認識する。例えば、電力装置１４は、ＰＤＧＦ−Ａ、塩基性ＦＧＦ及びＢＭＰ−２遺伝子のアップレギュレーションのためのシグナルを与えるように構造を変更することができる。電力装置１４はまた、ＴＧＦ−β1、ＰＤＧＦ−Ａ、塩基性ＦＧＦ及びＢＭＰ−２遺伝子に特異的且つ選択的なシグナルを連続して与えるように構造を変更することもできる。従って、電力装置１４は、骨欠損症を治癒するために必要な遺伝子をアップレギュレーションする特異的且つ選択的シグナルを与えるように構造を変更することができる。
実施例８：腫瘍の処置
図１２に関して、悪性黒色腫にかかっている患者を本発明の好ましい態様による方法及び装置で処置することができる。図１２は、皮膚からその下にある組織にまだ浸入していない悪性黒色腫にかかっている患者を示す。上記に説明するように、原発性（もしくはさらに転移性）癌にかかっている患者において、癌の広がりは、癌細胞により生産されるメタロプロテイナーゼにより起こる。メタロプロテイナーゼは、癌を阻止しようとする意図で隣接細胞が設ける繊維壁もしくは膜を酵素的に分解する。上記に説明するように、メタロプロテイナーゼの組織インヒビターは、そのようなメタロプロテイナーゼの生産を阻害することができる。
【００５９】
本発明の装置１０”は、上記実施例において説明するようなメタロプロテイナーゼをコードする遺伝子を選択的にダウンレギュレーションしそして／もしくはメタロプロテイナーゼの組織インヒビター（「ＴＩＭＰ」）をコードする遺伝子を選択的にアップレギュレーションするために特異的容量結合電場を電極１２により与える。装置１０”は、１日当たり特定の継続期間にわたって順次遺伝子を選択的にダウンレギュレーションしそしてアップレギュレーションするように電力装置１４”により発生させる電場を与えることができる。いったん黒色腫が体の独自の防御機構により十分に分離されると黒色腫を安全に切除することができる。
【００６０】
当業者はまた、本発明に対する多数の他の改変が本発明の範囲内で可能であることも認識する。例えば、メタロプロテイナーゼの組織インヒビター（「ＴＩＭＰ」）をコードする遺伝子及び他の遺伝子は、異なる継続期間、場振幅及び使用サイクルで異なる周波数で施用するシグナルに特異的且つ選択的応答を与えるように６０ｋＨｚ以外の選択的周波数で向上した特異的用量応答を有することができる。同様に、上記で触れたように、誘導結合シグナル、直接結合シグナル及びパルス電磁場もまた、上記実施例において記述するような容量結合シグナルの代わりに施用することができる。従って、本発明の範囲は、上記の好ましい態様に限定されるものではなく、添付の請求項によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で様々な継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において、応答は継続期間特異的である。
【図２】 ２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグラフ表示である。
【図３】 全て３０分の継続期間にわたる、様々な容量結合電場振幅により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において、応答は電場振幅特異的である。
【図４】 様々な使用サイクルを用いて２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において、応答は使用サイクル特異的であり、そして使用サイクルは時間の点で選択的である。
【図５】 ２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場により様々な継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において、応答は、相補的なアグリカンｍＲＮＡのものと同様に継続期間特異的である。
【図６】 ２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグラフ表示である。
【図７】 全て３０分の継続期間にわたる、様々な容量結合電場振幅により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例は、アグリカンｍＲＮＡの場振幅特異性（図３）とＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの振幅特異性間の違いがシグナルの選択性を与えることを示す。
【図８】 ＩＬ−β1で処置しそして２０ｍＶ／ｃｍの容量結合場で様々な継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるＭＭＰ−１ ｍＲＮＡ生産のダウンレギュレーションのグラフ表示である。本実施例は、選択した遺伝子応答に特異的シグナルを使用しなければならないこれらの電場の選択性及び特異性を示す。
【図９】 ２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で様々な継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるＭＭＰ−３ ｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例は、これらのシグナルの施用における時間特異性の重要さを例示する。
【図１０】 本発明の好ましい態様による、膝の変形性関節症の処置のための装置を例示する略図である。
【図１１】 本発明の好ましい態様による、２本の皮質間ねじにより固定する骨髄内杆状体によって安定させる大腿骨の偽関節、及び骨欠損症の処置のための装置を例示する略図である。
【図１２】 本発明の好ましい態様による、悪性黒色腫の処置のための装置を例示する略図である。
Claims (9)
- 損傷もしくは罹病組織の少なくとも一つの遺伝子の発現に特異的且つ選択的な少なくとも一つのシグナルを与えるシグナル供給源、及び損傷もしくは罹病組織への該少なくとも一つの特異的且つ選択的シグナルに起因する電場の施用を可能にするシグナル供給源に接続した電場発生装置を含んでなる損傷もしくは罹病組織の処置のための装置、ここで電場の周波数は６０ｋＨｚであり、電場の振幅は２ｍＶ／ｃｍ、１０ｍＶ／ｃｍ、２０ｍＶ／ｃｍ、４０ｍＶ／ｃｍ、または１０−２０ｍＶ／ｃｍであり、少なくとも一つのシグナルは周波数、振幅、波形、使用サイクル、および施用の継続期間の前もって決定した特性を有し、少なくとも一つの遺伝子の発現をアップレギュレーションまたはダウンレギュレーションするために使用される。
- 該シグナル供給源を動かす携帯用電力装置をさらに含んでなる請求項１の装置。
- 損傷もしくは罹病組織の近くで患者の体に電場発生装置をつける手段をさらに含んでなる請求項１または２の装置。
- シグナルが力学的シグナルである請求項１−３のいずれかの装置。
- シグナルが電気的もしくは電磁気的シグナルである請求項１−３のいずれかの装置。
- 特異的且つ選択的電場を直流として、結合場として、容量結合もしくは誘導結合によって該損傷もしくは罹病組織に施用する請求項５の装置
- 電場が２４時間につき０．５−２４時間の継続期間にわたり施用される、請求項１−６のいずれかの装置。
- シグナルの周波数、振幅、波形、使用サイクル、および継続期間の少なくとも一つを、アグリカン、メタロプロテイナーゼの組織インヒビター、メタロプロテイナーゼ、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ、およびＴＧＦ−βｍＲＮＡの少なくとも一つの所望の遺伝子発現を実質的に最適化するため選択的に変化させることができる、請求項１−７のいずれかの装置。
- 電場発生装置が電極または１以上のコイルを含む、請求項１−８のいずれかの装置。
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| US6919205B2 (en) * | 2000-02-23 | 2005-07-19 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Regulation of type II collagen gene expression using specific and selective electrical and electromagnetic signals |
| US7465566B2 (en) * | 2000-02-23 | 2008-12-16 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Regulation of genes via application of specific and selective electrical and electromagnetic signals |
| US8313908B2 (en) | 2000-02-23 | 2012-11-20 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Regulation of stem cell gene production with specific and selective electric and electromagnetic fields |
| US7465546B2 (en) * | 2000-02-23 | 2008-12-16 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Regulation of transforming growth factor-beta (TGF-β) gene expression in living cells via the application of specific and selective electric and electromagnetic fields |
| US8024048B2 (en) | 2000-03-13 | 2011-09-20 | Ionix Medical Inc. | Method and device for treating cancer with electrical therapy in conjunction with chemotherapeutic agents and radiation therapy |
| US7742811B2 (en) | 2000-03-13 | 2010-06-22 | Onco Stim | Implantable device and method for the electrical treatment of cancer |
| US8047979B2 (en) * | 2001-04-20 | 2011-11-01 | Mclean Hospital Corporation | Magnetic field treatment techniques |
| US7167753B2 (en) * | 2001-07-03 | 2007-01-23 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Device and method for electrically inducing osteogenesis in the spine |
| EP1465703A4 (en) * | 2001-12-21 | 2007-05-23 | Univ Pennsylvania | DEVICE FOR PREVENTING AND / OR TREATING OSTEOPOROSIS, VERTEBRAL AND HIP FRACTURES AND / OR VERTEBRAL FUSIONS USING ELECTRIC FIELDS |
| WO2004037341A2 (en) | 2002-05-07 | 2004-05-06 | Schroeppel Edward A | Method and device for treating concer with electrical therapy in conjunction with chemotherapeutic agents and radiation therapy |
| US7215995B2 (en) * | 2003-11-14 | 2007-05-08 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Method and device for treating osteoarthritis and cartilage disease, defects, and injuries in the human hip |
| US8093205B2 (en) | 2003-12-01 | 2012-01-10 | Medtronic, Inc. | Method for treating a stroke by implanting a first therapy delivery element in the CNS and a second therapy delivery element in a damaged tissue of the CNS to promote neurogenesis |
| US9440089B2 (en) | 2003-12-05 | 2016-09-13 | Rio Grande Neurosciences, Inc. | Apparatus and method for electromagnetic treatment of neurological injury or condition caused by a stroke |
| US7744524B2 (en) * | 2003-12-05 | 2010-06-29 | Ivivi Health Sciences, Llc | Apparatus and method for electromagnetic treatment of plant, animal, and human tissue, organs, cells, and molecules |
| US10350428B2 (en) | 2014-11-04 | 2019-07-16 | Endonovo Therapetics, Inc. | Method and apparatus for electromagnetic treatment of living systems |
| US20060212077A1 (en) * | 2005-03-07 | 2006-09-21 | Pilla Arthur A | Electromagnetic treatment apparatus for augmenting wound repair and method for using same |
| US20050251229A1 (en) | 2004-04-19 | 2005-11-10 | Pilla Arthur A | Electromagnetic treatment apparatus and method for angiogensis modulation of living tissues and cells |
| US9433797B2 (en) | 2003-12-05 | 2016-09-06 | Rio Grande Neurosciences, Inc. | Apparatus and method for electromagnetic treatment of neurodegenerative conditions |
| US9656096B2 (en) | 2003-12-05 | 2017-05-23 | Rio Grande Neurosciences, Inc. | Method and apparatus for electromagnetic enhancement of biochemical signaling pathways for therapeutics and prophylaxis in plants, animals and humans |
| US9415233B2 (en) | 2003-12-05 | 2016-08-16 | Rio Grande Neurosciences, Inc. | Apparatus and method for electromagnetic treatment of neurological pain |
| US8961385B2 (en) | 2003-12-05 | 2015-02-24 | Ivivi Health Sciences, Llc | Devices and method for treatment of degenerative joint diseases with electromagnetic fields |
| RU2388817C2 (ru) * | 2004-01-12 | 2010-05-10 | Дзе Трастиз Оф Дзе Юниверсити Оф Пенсильвания | Активация экспрессии гена костного морфогенетического белка (вмр) в костных клетках посредством электромагнитных сигналов |
| US8936560B2 (en) * | 2004-03-10 | 2015-01-20 | Vision Quest Industries Incorporated | Bracing and electrostimulation for arthritis |
| US8454543B2 (en) * | 2004-03-10 | 2013-06-04 | Vision Quest Industries Incorporated | Electrodes for orthotic device |
| US8070703B2 (en) * | 2004-03-10 | 2011-12-06 | Vision Quest Industries Incorporated | Electrically stimulating orthotic device and segmented liner |
| US20050222646A1 (en) * | 2004-04-06 | 2005-10-06 | Kai Kroll | Method and device for treating cancer with modified output electrical therapy |
| US8082038B2 (en) | 2004-07-09 | 2011-12-20 | Ebi, Llc | Method for treating degenerative disc disease using noninvasive capacitively coupled electrical stimulation device |
| US8478422B2 (en) * | 2005-09-21 | 2013-07-02 | The Ohio State University | Electrical stimulation of cell and tissue growth with two-and three-dimensionally patterned electrodes |
| US20090018613A1 (en) * | 2006-08-02 | 2009-01-15 | Genestim, Llc | Regulation of vascular endothelial growth factor (vegf) gene expression in tissue via the application of electric and/or electromagnetic fields |
| US20090105781A1 (en) * | 2007-09-26 | 2009-04-23 | Genestim Nascent Enterprises Llc | Regulation of matrix metalloproteinase (mmp) gene expression in tumor cells via the application of electric and/or electromagnetic fields |
| US9707403B2 (en) | 2007-12-12 | 2017-07-18 | Neuro Code Tech Holdings, Llc | Rapid destruction of malignant tumors by excitotoxicity and osmotic-shock medical tactics |
| US8656930B2 (en) * | 2008-01-10 | 2014-02-25 | Neuro-Code Tech Holdings, LLC | Method and system for processing cancer cell electrical signals for medical therapy |
| US8548558B2 (en) | 2008-03-06 | 2013-10-01 | Covidien Lp | Electrode capable of attachment to a garment, system, and methods of manufacturing |
| WO2009151783A1 (en) | 2008-04-17 | 2009-12-17 | The Neuro-Signaling Foundation | System and method to elicit apoptosis in malignant tumor cells for medical treatment |
| US10448989B2 (en) | 2009-04-09 | 2019-10-22 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | High-frequency electroporation for cancer therapy |
| US10117707B2 (en) | 2008-04-29 | 2018-11-06 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | System and method for estimating tissue heating of a target ablation zone for electrical-energy based therapies |
| AU2009243079A1 (en) | 2008-04-29 | 2009-11-05 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Irreversible electroporation to create tissue scaffolds |
| US10702326B2 (en) | 2011-07-15 | 2020-07-07 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Device and method for electroporation based treatment of stenosis of a tubular body part |
| US9867652B2 (en) | 2008-04-29 | 2018-01-16 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Irreversible electroporation using tissue vasculature to treat aberrant cell masses or create tissue scaffolds |
| US10272178B2 (en) | 2008-04-29 | 2019-04-30 | Virginia Tech Intellectual Properties Inc. | Methods for blood-brain barrier disruption using electrical energy |
| US11272979B2 (en) | 2008-04-29 | 2022-03-15 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | System and method for estimating tissue heating of a target ablation zone for electrical-energy based therapies |
| US11254926B2 (en) | 2008-04-29 | 2022-02-22 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Devices and methods for high frequency electroporation |
| US10238447B2 (en) | 2008-04-29 | 2019-03-26 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | System and method for ablating a tissue site by electroporation with real-time monitoring of treatment progress |
| US10245098B2 (en) | 2008-04-29 | 2019-04-02 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Acute blood-brain barrier disruption using electrical energy based therapy |
| US9198733B2 (en) | 2008-04-29 | 2015-12-01 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Treatment planning for electroporation-based therapies |
| US8992517B2 (en) | 2008-04-29 | 2015-03-31 | Virginia Tech Intellectual Properties Inc. | Irreversible electroporation to treat aberrant cell masses |
| US9283051B2 (en) | 2008-04-29 | 2016-03-15 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | System and method for estimating a treatment volume for administering electrical-energy based therapies |
| US9597145B2 (en) | 2008-08-20 | 2017-03-21 | Prostacare Pty Ltd | Non-thermal ablation system for treating tissue |
| US8868216B2 (en) | 2008-11-21 | 2014-10-21 | Covidien Lp | Electrode garment |
| US8231603B2 (en) | 2009-02-10 | 2012-07-31 | Angiodynamics, Inc. | Irreversible electroporation and tissue regeneration |
| US11382681B2 (en) | 2009-04-09 | 2022-07-12 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Device and methods for delivery of high frequency electrical pulses for non-thermal ablation |
| US11638603B2 (en) | 2009-04-09 | 2023-05-02 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Selective modulation of intracellular effects of cells using pulsed electric fields |
| WO2010138919A2 (en) | 2009-05-28 | 2010-12-02 | Angiodynamics, Inc. | System and method for synchronizing energy delivery to the cardiac rhythm |
| US9895189B2 (en) | 2009-06-19 | 2018-02-20 | Angiodynamics, Inc. | Methods of sterilization and treating infection using irreversible electroporation |
| US20100324626A1 (en) * | 2009-06-23 | 2010-12-23 | Management Technologies, Inc. | Electrotherapy Stimilator for Osteoarthritis |
| US8827886B2 (en) | 2009-09-14 | 2014-09-09 | Minnesota Medical Physics Llc | Thermally assisted pulsed electro-magnetic field stimulation device and method for treatment of osteoarthritis |
| US8460167B2 (en) * | 2009-09-14 | 2013-06-11 | Minnesota Medical Physics Llc | Thermally assisted pulsed electro-magnetic field stimulation device and method for treatment of osteoarthritis |
| US8932196B2 (en) | 2009-09-14 | 2015-01-13 | Minnesota Medical Physics Llc | Thermally assisted pulsed electro-magnetic field stimulation device and method for treatment of osteoarthritis |
| CA2813036A1 (en) | 2010-10-01 | 2012-04-05 | Ivivi Health Sciences, Llc | Method and apparatus for electromagnetic treatment of head, cerebral and neural injury in animals and humans |
| US9700368B2 (en) | 2010-10-13 | 2017-07-11 | Angiodynamics, Inc. | System and method for electrically ablating tissue of a patient |
| US8972019B2 (en) | 2011-01-25 | 2015-03-03 | Kenneth L. Willeford | Method and device for treating osteoarthritis noninvasively |
| WO2013016664A2 (en) | 2011-07-27 | 2013-01-31 | Vision Quest Industries Incorporated Dba Vq Orthocare | Electrostimulation system |
| US9078665B2 (en) | 2011-09-28 | 2015-07-14 | Angiodynamics, Inc. | Multiple treatment zone ablation probe |
| US8343027B1 (en) | 2012-01-30 | 2013-01-01 | Ivivi Health Sciences, Llc | Methods and devices for providing electromagnetic treatment in the presence of a metal-containing implant |
| US9320913B2 (en) | 2014-04-16 | 2016-04-26 | Rio Grande Neurosciences, Inc. | Two-part pulsed electromagnetic field applicator for application of therapeutic energy |
| CN112807074A (zh) | 2014-05-12 | 2021-05-18 | 弗吉尼亚暨州立大学知识产权公司 | 电穿孔系统 |
| US20190117963A1 (en) | 2014-07-25 | 2019-04-25 | Loyalty Based Innovations, LLC | Apparatus and method for treating multiple tumors in patients with metastatic disease by electric fields |
| US9833617B2 (en) * | 2014-07-25 | 2017-12-05 | Loyalty Based Innovations, LLC | Apparatus and method for treating multiple tumors in patients with metastatic disease by electric fields |
| WO2016100325A1 (en) | 2014-12-15 | 2016-06-23 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Devices, systems, and methods for real-time monitoring of electrophysical effects during tissue treatment |
| US11154238B2 (en) | 2015-08-07 | 2021-10-26 | Electroceuticals, Llc | Systems, methods and apparatuses for providing bioelectronic neurocode-based therapies to mammals |
| CN105920738A (zh) * | 2016-07-11 | 2016-09-07 | 林森 | 一种膝关节骨关节炎疾病治疗仪 |
| WO2018089795A1 (en) | 2016-11-10 | 2018-05-17 | Qoravita LLC | System and method for applying a low frequency magnetic field to biological tissues |
| US10905492B2 (en) | 2016-11-17 | 2021-02-02 | Angiodynamics, Inc. | Techniques for irreversible electroporation using a single-pole tine-style internal device communicating with an external surface electrode |
| US11457975B2 (en) | 2017-11-27 | 2022-10-04 | Prostacare Pty Ltd | Apparatus and a method for the treatment of a prostatic disease |
| US11607537B2 (en) | 2017-12-05 | 2023-03-21 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Method for treating neurological disorders, including tumors, with electroporation |
| WO2019168949A1 (en) | 2018-02-28 | 2019-09-06 | Prostacare Pty Ltd | System for managing high impedance changes in a non-thermal ablation system for bph |
| US11925405B2 (en) | 2018-03-13 | 2024-03-12 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Treatment planning system for immunotherapy enhancement via non-thermal ablation |
| US11311329B2 (en) | 2018-03-13 | 2022-04-26 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Treatment planning for immunotherapy based treatments using non-thermal ablation techniques |
| JP7055906B2 (ja) * | 2018-07-03 | 2022-04-18 | エドウィン・チャン | 細胞膜透過性を増加させるための交流電界の使用 |
| US11950835B2 (en) | 2019-06-28 | 2024-04-09 | Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. | Cycled pulsing to mitigate thermal damage for multi-electrode irreversible electroporation therapy |
| US20240033509A1 (en) * | 2022-08-01 | 2024-02-01 | BonGenix, LLC | Method and device for stimulating bone growth |
Family Cites Families (48)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4430999A (en) | 1981-11-10 | 1984-02-14 | Trustees Of The University Of Pennsylvania | Osteogenesis stimulating cathode assembly for use with an internal fixation device |
| US4442846A (en) | 1981-11-10 | 1984-04-17 | University Of Pennsylvania | Distributed port bone-piercing cathode for electrically stimulated osteogenesis |
| US4506674A (en) | 1981-11-10 | 1985-03-26 | Trustees Of The University Of Pennsylvania | Method of stimulating osteogenesis with distributed port cathode |
| US4509520A (en) | 1982-02-22 | 1985-04-09 | Biolectron, Inc. | Electrical stimulating apparatus |
| US4549547A (en) | 1982-07-27 | 1985-10-29 | Trustees Of The University Of Pennsylvania | Implantable bone growth stimulator |
| US4467809A (en) * | 1982-09-17 | 1984-08-28 | Biolectron, Inc. | Method for non-invasive electrical stimulation of epiphyseal plate growth |
| US4467808A (en) * | 1982-09-17 | 1984-08-28 | Biolectron, Inc. | Method for preventing and treating osteoporosis in a living body by using electrical stimulation non-invasively |
| US4487834A (en) | 1982-09-17 | 1984-12-11 | Biolectron, Inc. | Electrical stimulation of articular chondrocytes |
| US5269746A (en) | 1982-12-20 | 1993-12-14 | Jacobson Jerry I | Therapeutic treatment of mammals for epilepsy and Parkinson's disease |
| US4535775A (en) | 1983-02-10 | 1985-08-20 | Biolectron, Inc. | Method for treatment of non-union bone fractures by non-invasive electrical stimulation |
| IT1159024B (it) | 1983-06-02 | 1987-02-25 | Ruggero Cadossi | Metodo e dispositivo per il trattamento di tessuti e cellule viventi mediante campi elettromagnetici pulsanti |
| US4600010A (en) * | 1984-10-04 | 1986-07-15 | Biolectron, Inc. | Electric stimulator and test instrument therefor |
| US4998532A (en) | 1986-05-23 | 1991-03-12 | Lti Biomedical, Inc. | Portable electro-therapy system |
| US5014699A (en) | 1986-05-23 | 1991-05-14 | Trustees Of The University Of Pennsylvania | Electromagnetic method and apparatus for healing living tissue |
| US6120502A (en) | 1988-06-13 | 2000-09-19 | Michelson; Gary Karlin | Apparatus and method for the delivery of electrical current for interbody spinal arthrodesis |
| NZ231582A (en) | 1988-11-30 | 1991-12-23 | Jerry I Jacobson | Calculating magnetic field for treatment |
| US5038797A (en) | 1990-02-20 | 1991-08-13 | Romaine, Incorporated | Electrical stimulation treatment device and method of use |
| US5273033A (en) | 1991-09-19 | 1993-12-28 | Murray Electronics Associates Limited Partnership | Electrical stimulation for treatment of osteoarthritis |
| EP0561068B1 (en) * | 1992-02-20 | 1999-03-03 | Neomedics, Inc. | Implantable bone growth stimulator |
| US5338286A (en) | 1992-12-08 | 1994-08-16 | Electro-Biology, Inc. | Electromagnetic bioresponse by selective spectral suppression in pulsed field stimulation |
| US5374283A (en) | 1993-12-01 | 1994-12-20 | Flick; A. Bart | Electrical therapeutic apparatus |
| US6132362A (en) | 1996-11-01 | 2000-10-17 | Amei Technologies, Inc. | Pulsed electromagnetic field (PEMF) stimulation therapy system with bi-phasic coil |
| US5743844A (en) | 1996-11-01 | 1998-04-28 | Amei Technologies, Inc. | High efficiency pulsed electromagnetic field (PEMF) stimulation therapy method and system |
| US6261221B1 (en) | 1996-11-01 | 2001-07-17 | Amei Technologies Inc. | Flexible coil pulsed electromagnetic field (PEMF) stimulation therapy system |
| US5968527A (en) | 1997-02-27 | 1999-10-19 | Catholic University Of America, The | Protection of living systems from the adverse effects of stress |
| US6083149A (en) | 1997-10-22 | 2000-07-04 | Emf Therapeutics, Inc. | Magnetic field device and method for inhibiting angiogenesis and retarding growth rates of tumors in mammals |
| US6186940B1 (en) | 1998-05-18 | 2001-02-13 | Robert N. Kirschbaum | Energized trace elements |
| RU2147895C1 (ru) | 1999-01-05 | 2000-04-27 | Корж Геннадий Михайлович | Способ лечения неосложненных переломов нижней челюсти |
| US6292699B1 (en) | 1999-01-29 | 2001-09-18 | Electro-Biology, Inc. | Direct current stimulation of spinal interbody fixation device |
| US6747004B1 (en) | 1999-04-29 | 2004-06-08 | North Shore - Long Island Jewish Research Institute | Method for inducing growth and enhancing survival of nervous tissue |
| US6923784B2 (en) | 1999-04-30 | 2005-08-02 | Medtronic, Inc. | Therapeutic treatment of disorders based on timing information |
| DE19933719A1 (de) | 1999-07-19 | 2001-01-25 | Medigene Ag | Strukturprotein in Adeno-assoziiertem Virus mit veränderten chromatographischen Eigenschaften, seine Herstellung und Verwendung |
| US7022506B2 (en) | 2000-02-23 | 2006-04-04 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Method and device for treating osteoarthritis, cartilage disease, defects and injuries in the human knee |
| US6919205B2 (en) | 2000-02-23 | 2005-07-19 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Regulation of type II collagen gene expression using specific and selective electrical and electromagnetic signals |
| US7429471B2 (en) | 2000-02-23 | 2008-09-30 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Regulation of matrix metalloproteinase gene expression using specific and selective electrical and electromagnetic signals |
| US7130692B2 (en) | 2000-02-23 | 2006-10-31 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Portable electrotherapy device for treating osteoarthritis and other diseases, defects and injuries of the knee joint |
| US7465546B2 (en) | 2000-02-23 | 2008-12-16 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Regulation of transforming growth factor-beta (TGF-β) gene expression in living cells via the application of specific and selective electric and electromagnetic fields |
| US7374916B2 (en) | 2000-02-23 | 2008-05-20 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Regulation of aggrecan gene expression using specific and selective electrical and electromagnetic signals |
| US7465566B2 (en) | 2000-02-23 | 2008-12-16 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Regulation of genes via application of specific and selective electrical and electromagnetic signals |
| US6485963B1 (en) * | 2000-06-02 | 2002-11-26 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Growth stimulation of biological cells and tissue by electromagnetic fields and uses thereof |
| WO2002035985A2 (en) | 2000-11-02 | 2002-05-10 | March Keith L | Method and system for modulation of oscillating signals to enhance biologic effects |
| US6485113B2 (en) | 2001-03-08 | 2002-11-26 | Delphi Technologies, Inc. | Haptic braking method and system |
| US7167753B2 (en) | 2001-07-03 | 2007-01-23 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Device and method for electrically inducing osteogenesis in the spine |
| EP1465703A4 (en) | 2001-12-21 | 2007-05-23 | Univ Pennsylvania | DEVICE FOR PREVENTING AND / OR TREATING OSTEOPOROSIS, VERTEBRAL AND HIP FRACTURES AND / OR VERTEBRAL FUSIONS USING ELECTRIC FIELDS |
| US6955642B1 (en) | 2002-11-26 | 2005-10-18 | Ebi, Lp | Pulsed electromagnetic field stimulation method and apparatus with improved dosing |
| US20050049640A1 (en) | 2003-05-12 | 2005-03-03 | Gurtner Geoffrey C. | Electromagnetic fields increase in vitro and in vivo angiogenesis through endothelial release of FGF-2 |
| US7215995B2 (en) | 2003-11-14 | 2007-05-08 | The Trustees Of The University Of Pennsylvania | Method and device for treating osteoarthritis and cartilage disease, defects, and injuries in the human hip |
| RU2388817C2 (ru) | 2004-01-12 | 2010-05-10 | Дзе Трастиз Оф Дзе Юниверсити Оф Пенсильвания | Активация экспрессии гена костного морфогенетического белка (вмр) в костных клетках посредством электромагнитных сигналов |
-
2001
- 2001-02-22 US US10/257,126 patent/US7465566B2/en not_active Expired - Lifetime
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