KR20220093918A - Device of accelerating apoptosis by using combination of electroporation and electrolysis - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a device for promoting apoptosis, wherein a pulse of electroporation and a pulse of electrolysis occur sequentially. The pulse of the electroporation is controlled by parameters of pulse width and a pulse interval, and the pulse of the electrolysis is controlled by parameters of pulse width, a pulse interval, a pulse tail time, and a relay capacitor (TEV). The device for promoting apoptosis according to the present invention comprises a power unit, a pulse setting unit, and a pulse generation unit. Compared to conventional single application of the pulse of the electroporation, sequential application of the pulse of the electroporation and the pulse of the electrolysis can produce significantly high apoptosis. Accordingly, when the device is applied to cancer treatment, a voltage is lowered to reduce a load to a patient.

Description

전기천공과 전기분해를 이용한 세포사멸 촉진 장치 {Device of accelerating apoptosis by using combination of electroporation and electrolysis}Device of accelerating apoptosis by using combination of electroporation and electrolysis

본 발명은 세포사멸(apoptosis)을 촉진하기 위한 장치로서, 전기천공 펄스 및 전기분해 펄스가 순차적으로 발생되며, 상기 전기천공 펄스는 펄스 폭(pulse width), 펄스 인터벌(pulse interval)의 파라미터로 조절되고, 상기 전기분해 펄스는 펄스 폭, 펄스 인터벌, 펄스 꼬리 시간(pulse tail time) 및 릴레이 캐패시터(TEV)의 파라미터로 조절되는 것을 특징으로 하는 장치에 관한 것이다. The present invention is a device for promoting apoptosis, in which an electroporation pulse and an electrolysis pulse are sequentially generated, and the electroporation pulse is controlled by parameters of a pulse width and a pulse interval and the electrolysis pulse is controlled by parameters of a pulse width, a pulse interval, a pulse tail time and a relay capacitor (TEV).

기존 소화기암 치료용 중재형 의료기기는 국소완화 효과는 우수하나 자극이 전달되지 않는 곳에는 효과가 미비하고 치료 프로브 주변의 담관, 혈관, 쓸개, 창자 등을 손상시킬 우려가 있어 암의 전이를 유도하거나 과도한 자극에 따른 화상, 출혈, 궤양, 천공, 간문맥 혈전 및 폐색전증 등 많은 부작용을 초래하기도 한다. Existing interventional medical devices for gastrointestinal cancer treatment have excellent local relieving effects, but are ineffective in areas where stimulation is not transmitted, and there is a risk of damaging the bile duct, blood vessels, gallbladder, and intestines around the treatment probe, leading to cancer metastasis It can also cause many side effects such as burns, bleeding, ulcers, perforations, portal vein thrombosis and pulmonary embolism due to excessive stimulation.

이러한 문제를 해결하기 위하여 비열성 절제 (non-thermal ablation)로 전기자극치료 혹은 전기천공 (electroporation)이 신기술로 각광 받으면서 기초, 임상 연구가 세계적으로 진행되고 있다. 세포를 DNA용액에 현탁하여 직류고전압의 펄스를 통과시키면 세포막에 일시적인 구멍이 생기게 되는데, 이러한 원리를 이용한 유전자 도입법을 전기천공(electroporation)이라고 한다. 이 전기천공이 세포에 지속적으로 유도되면 세포자연사(apotosis)가 유도되기도 한다.To solve this problem, as non-thermal ablation (non-thermal ablation) electrostimulation treatment or electroporation (electroporation) is in the spotlight as a new technology, basic and clinical research is being conducted worldwide. When a cell is suspended in a DNA solution and a pulse of DC high voltage is passed through it, a temporary hole is created in the cell membrane. A gene introduction method using this principle is called electroporation. If this electroporation is continuously induced in cells, apoptosis may also be induced.

비열성 절제법 중 비가역적 전기천공 (irreversible electroporation, IRE)은 각종 암, 특히 치료가 어려웠던 혈관주위 종양을 포함한 악성 조직을 제거하는 새로운 기술로 고전압 (0~2 kV)을 조직에 인가하여 세포막의 투과성을 변이시켜 되돌릴 수 없는 전기천공을 유도하는 시술이다. 전기천공으로 인하여 항상성이 파괴된 악성 세포 및 암세포가 응고 및 괴사됨으로써 목표한 조직 제거를 수행할 수 있다. 비열성 절제법인 IRE에서도 기존 암 치료용 중재형 의료기기의 문제점 중 하나인 과도한 자극은 부작용을 야기하는 요소이다. 과도한 전기자극은 조직 내에서 열을 발생시키고 타겟 조직의 주변 정상 조직에 손상을 초래할 수 있다. 주변 정상조직의 손상과 부작용을 최소화한 최적의 IRE 시술을 위해서는 타겟 조직의 저항 값, 크기 등의 특성 맞추어 전압, 출력 펄스, 전극 사이의 간격을 조절하여 전기를 인가하여야 한다. Among the non-thermal resection methods, irreversible electroporation (IRE) is a new technology to remove malignant tissues including various cancers, especially perivascular tumors, which are difficult to treat. It is a procedure that induces irreversible electroporation by altering the permeability. Targeted tissue removal can be performed by coagulating and necrosis of malignant cells and cancer cells whose homeostasis is disrupted due to electroporation. Even in IRE, a non-thermal excision method, excessive stimulation, which is one of the problems of the existing interventional medical devices for cancer treatment, is a factor that causes side effects. Excessive electrical stimulation may generate heat within the tissue and cause damage to surrounding normal tissues of the target tissue. For the optimal IRE procedure that minimizes damage and side effects of surrounding normal tissues, electricity must be applied by adjusting the voltage, output pulse, and interval between electrodes according to characteristics such as the resistance value and size of the target tissue.

최근에는 높은 전압을 이용한 상대적으로 높은 전압을 이용한 암치료법에까지 전기천공이 광범위하게 사용되고 있다. 특히, 암치료시 방사선의 부작용을 최소화하기 위해 방사선 치료법의 대체 요법으로 널리 사용되고 있다. 하지만, 고전압의 전기천공은 천공의 표적인 암조직뿐만 아니라 암조직 주변의 정상세포에까지 천공이 발생하여 혈관이나 신경 등의 중요 조직을 손상시킬 우려가 높다는 문제점이 있다. 또한 일반적인 비가역적 전기천공의 한계점은 절제 영역이 기존 상대적으로 작다는 것이다. 3 cm 미만의 비교적 작은 종양은 치료가 가능하지만 종양의 크기가 증가할수록 치료될 가능성은 낮아진다. Recently, electroporation has been widely used even for cancer treatment using a relatively high voltage using a high voltage. In particular, it is widely used as an alternative therapy to radiation therapy to minimize the side effects of radiation during cancer treatment. However, high-voltage electroporation has a problem in that perforation occurs not only in cancer tissue, which is the target of perforation, but also in normal cells around the cancer tissue, and there is a high risk of damaging important tissues such as blood vessels or nerves. Also, a limitation of general irreversible electroporation is that the ablation area is relatively small. Relatively small tumors less than 3 cm can be treated, but as the size of the tumor increases, the likelihood of treatment decreases.

Hsiao CY, et al., “Irreversible Electroporation: a novel ultrasound-guided modality for non-thermal tumor ablation”, Journal of Medical Ultrasound, 25(4), 195-200, 2017 Hsiao CY, et al., “Irreversible Electroporation: a novel ultrasound-guided modality for non-thermal tumor ablation”, Journal of Medical Ultrasound, 25(4), 195-200, 2017

본 발명은 높은 전압을 사용하는 기존 전기천공을 이용한 암치료의 한계점을 극복하고자, 세포사멸에 있어 기존의 비가역적 전기천공보다 효율이 높은, 다양한 펄스 파라미터로 조절되는 장치 및 이를 이용한 방법을 제공하기 위한 것을 그 기술적 과제로 한다.The present invention is to overcome the limitations of cancer treatment using the conventional electroporation using a high voltage, to provide a device and method using the same, which is more efficient than the conventional irreversible electroporation in apoptosis, controlled by various pulse parameters for that technical task.

본 발명의 일 측면에 따라, 세포사멸(apoptosis)을 촉진하기 위해, 전기천공의 펄스 및 전기분해의 펄스를 동시에 발생시키는 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided an apparatus for simultaneously generating a pulse of electroporation and a pulse of electrolysis to promote apoptosis.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 장치는According to one embodiment of the present invention, the device comprises

전력을 공급하는 전원부;a power supply unit for supplying power;

사용자 인터페이스를 제공하고 상기 전기천공의 펄스의 진폭, 펄스 폭, 펄스 폭 간격 및 펄스 꼬리 시간의 값과 상기 전기분해의 펄스의 진폭, 펄스 폭, 펄스 폭 간격 및 펄스 꼬리 시간의 값을 설정하는 펄스 설정부; 및pulse providing a user interface and setting values of the amplitude, pulse width, pulse width interval and pulse tail time of the pulses of the electroporation and the values of the amplitude, pulse width, pulse width interval and pulse tail time of the pulses of the electrolysis setting unit; and

적어도 하나 이상의 캐패시터 및 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하여 구성되고, 상기 전원부의 출력전압을 인가받아 상기 펄스 설정부에 의해 설정된 상기 진폭, 펄스 폭, 펄스 폭 간격 및 펄스 꼬리 시간의 값에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 제어하여 상기 전기천공의 펄스 또는 상기 전기분해의 펄스를 생성하는 펄스 생성부;를 포함할 수 있다.It is configured to include at least one capacitor and at least one switching element, and based on the values of the amplitude, pulse width, pulse width interval, and pulse tail time set by the pulse setting unit by receiving the output voltage of the power supply unit, the It may include; a pulse generator for controlling at least one or more switching elements to generate the pulse of the electroporation or the pulse of the electrolysis.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 장치는 타깃이 되는 검체에 상기 펄스 생성부에 의해 생성된 펄스를 인가하는 전극부를 추가로 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the apparatus may further include an electrode unit for applying the pulse generated by the pulse generating unit to the target sample.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전기천공의 펄스에 있어 펄스 폭(pulse width)이 1~300 μs일 수 있고, 더 바람직하게는 50~200 μs 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the pulse width in the pulse of the electroporation may be 1 ~ 300 μs, more preferably 50 ~ 200 μs.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전기천공의 펄스에 있어 펄스 인터벌 (pulse interval)이 1~4 ms 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the pulse interval in the pulse of the electroporation (pulse interval) may be 1 ~ 4 ms.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전기분해의 펄스에 있어 펄스 꼬리 (pulse tail) 시간이 100 μs 이상 2 ms 미만일 수 있고 더 바람직하게는 400~2000 μs 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the pulse of the electrolysis, a pulse tail time may be 100 μs or more and less than 2 ms, and more preferably 400 to 2000 μs.

본 발명의 일 실시예에 따라, 릴레이 캐패시터 (relay capacitor)가 100~400 μF 일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the relay capacitor may be 100 to 400 μF.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 전기분해 펄스 : 전기천공 펄스는 1 : 1 ~ 1 : 10 일 수 있다. 바람직하게는 1: 6 ~1 : 10이다.According to an embodiment of the present invention, the electrolysis pulse: the electroporation pulse may be 1:1 to 1:10. Preferably, it is 1: 6 to 1: 10.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 장치는 암을 치료하기 위한 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the device may be for treating cancer.

본 발명의 또 다른 측면에 따라, 전기천공의 펄스 및 전기분해의 펄스를 동시에 인가시켜, 세포사멸(apoptosis)을 촉진하는 방법이 제공된다. 일 실시예에 따라 인간을 제외한 동물을 subject로 할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for promoting apoptosis by simultaneously applying a pulse of electroporation and a pulse of electrolysis. According to an embodiment, an animal other than a human may be a subject.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 방법은 암을 치료하기 위한 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the method may be for treating cancer.

통상의 전기천공 펄스를 단독으로 인가했을 때 보다 전기천공 펄스와 전기분해의 펄스를 순차적으로 인가했을 때 유의적으로 높은 세포사멸을 얻을 수 있다. 이는 암 치료에 응용함에 있어 전압을 낮추어 환자의 부담을 경감시키는 효과를 발휘할 수 있다.Significantly higher apoptosis can be obtained when the electroporation pulse and the electrolysis pulse are sequentially applied than when the conventional electroporation pulse is applied alone. This can exert the effect of reducing the burden on the patient by lowering the voltage in application to cancer treatment.

도 1 슬루율 조절가능한 고전압 펄스의 블록 다이어그램이다.
도 2는 전기천공과 전기분해가 조합된, 하강 에지 시정수 조절 가능한 펄스 (E2) 회로이다.
도 3은 기존의 비가역적 전기천공 (IRE)의 펄스를 나타낸다.
도 4는 전기천공과 전기분해가 조합된, 하강 에지 시정수 조절 가능한 펄스 (E2)를 나타낸다.
도 5는 전기천공과 전기분해가 조합된, 하강 에지 시정수 조절 가능한 펄스 (E2) 시퀀스를 나타낸다.
도 6은 전자 스위치에 연결된 캐패시터 값을 여러 가지로 변화시킨 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 세포사멸 시험에 사용된 기존의 비가역적 전기천공 (IRE)의 펄스를 나타낸다.
도 8은 세포사멸 시험에 사용된 전기 천공 및 전기분해의 조합(E2 )의 펄스를 나타낸다.
도 9는 기존의 비가역적 전기천공의 펄스 (IRE)를 감자에 인가한 후 TTC (triphenyl tetrazorium chloride)로 염색된 단면을 보여준다.
도 10는 펄스 꼬리 시간이 800 μs인 전기천공과 전기분해가 조합된 펄스 (E2 800 μs)를 감자에 인가한 후 TTC로 염색된 단면을 보여준다.
도 11는 기존의 IRE 및 E2 800 μs의 펄스를 감자에 인가한 후 2시간 및 4시간 후 세포사멸된 부분의 면적을 비교한 그래프이다.
도 12는 기존의 IRE 펄스를 인가하는 실험전, 실험후, 실험후 1시간, 3시간, 6시간의 임피던스 그래프이다.
도 13은 E2 800 μs의 펄스를 인가하는 실험전, 실험후, 실험후 1시간, 3시간, 6시간의 임피던스 그래프이다.
도 14는 E2_A의 펄스 그래프 및 이를 감자에 인가한 경우 TTC로 염색된 단면을 보여준다.
도 15는 E2_B의 펄스 그래프 및 이를 감자에 인가한 경우 TTC로 염색된 단면을 보여준다.
도 16는 E2_C의 펄스 그래프 및 이를 감자에 인가한 경우 TTC로 염색된 단면을 보여준다.
도 17는 E2_D의 펄스 그래프 및 이를 감자에 인가한 경우 TTC로 염색된 단면을 보여준다.
도 18는 E2_D2의 펄스 그래프 및 이를 감자에 인가한 경우 TTC로 염색된 단면을 보여준다.
1 is A block diagram of a slew rate adjustable high voltage pulse.
Fig. 2 is a falling edge time constant adjustable pulse (E2) circuit in which electroporation and electrolysis are combined.
3 shows the pulses of conventional irreversible electroporation (IRE).
Figure 4 shows a falling edge time constant adjustable pulse (E2) combined with electroporation and electrolysis.
5 shows a falling edge time constant adjustable pulse (E2) sequence in which electroporation and electrolysis are combined.
6 is a graph showing the result of variously changing the value of the capacitor connected to the electronic switch.
Figure 7 shows the pulses of conventional irreversible electroporation (IRE) used in the apoptosis test.
8 shows the pulses of the combination of electroporation and electrolysis (E2) used in the apoptosis test.
9 shows a cross section stained with triphenyl tetrazorium chloride (TTC) after applying the conventional irreversible electroporation pulse (IRE) to potatoes.
10 shows a cross section stained with TTC after applying a pulse (E2 800 μs) in which electroporation and electrolysis combined with a pulse tail time of 800 μs (E2 800 μs) was applied.
11 is a graph comparing the area of apoptosis 2 hours and 4 hours after applying the conventional IRE and E2 800 μs pulses to potatoes.
12 is a graph of impedance before, after, and 1 hour, 3 hours, and 6 hours after the experiment in which the conventional IRE pulse is applied.
13 is a graph of impedances before, after, and 1 hour, 3 hours, and 6 hours after the experiment in which a pulse of E2 800 μs is applied.
14 shows a pulse graph of E2_A and a cross section stained with TTC when it is applied to potatoes.
15 shows a pulse graph of E2_B and a cross section stained with TTC when it is applied to potatoes.
16 shows a pulse graph of E2_C and a cross section stained with TTC when it is applied to potatoes.
17 shows a pulse graph of E2_D and a cross-section stained with TTC when it is applied to potatoes.
18 shows a pulse graph of E2_D2 and a cross-section stained with TTC when it is applied to potatoes.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 오히려, 여기서 소개되는 내용이 철저하고 완전해지고, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제공하는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto. Rather, the content introduced herein is thorough and complete, and is provided to sufficiently convey the spirit of the present invention to those of ordinary skill in the art.

1. 실험 방법1. Experimental method

1) E2 고전압 펄스 발생기 구현1) Implementation of E2 high voltage pulse generator

기존 구형파 펄스 형태의 파라미터는 진폭, 펄스 폭, 펄스 폭 간격 3가지로 구성된다. 도 1과 같이 하강 에지 시정수 조절이 가능한 펄스는 진폭, 펄스 폭, 펄스 폭 간격, 꼬리 끝 전압(Tail End Voltage; TEV), 펄스 꼬리 시간(Pulse Tail Time; PTT) 5가지 파라미터로 구성된다. The parameters of the existing square wave pulse type consist of amplitude, pulse width, and pulse width interval. As shown in FIG. 1 , a pulse whose falling edge time constant can be adjusted is composed of five parameters: amplitude, pulse width, pulse width interval, tail end voltage (TEV), and pulse tail time (PTT).

승압 모듈은 UC3845D 소자를 활용한 플라이백 구조로 전압을 승압하여 CAP BANK와 전자 스위치에 연결된 캐패시터를 충전한다. 전자 스위치는 펄스를 출력할 때 사용된다. 펄스 하강 에지의 시정수는 전자 스위치에 연결된 캐패시터 수 조절과 펄스 꼬리 시간 제어를 통해 조절한다. 사용자 인터페이스를 통한 전자 스위치 제어는 캐패시터 값을 변경한다. 전자 스위치에 연결된 캐패시터 수를 조절하면 꼬리 끝 전압을 설정할 수 있다. 이번 연구에 수행되는 부하는 1 kΩ으로 고정하여 실험을 수행했다. 수식 (1)을 참고하여 조절 가능한 캐패시터 값이 0, 1000, 2000, 3000일 경우의 각각의 시정수 값은 0, 1, 2, 3 초이다 The step-up module boosts the voltage with a flyback structure using the UC3845D device to charge the capacitor connected to the CAP BANK and the electronic switch. An electronic switch is used to output a pulse. The time constant of the falling edge of the pulse is controlled by controlling the number of capacitors connected to the electronic switch and controlling the pulse tail time. Electronic switch control through the user interface changes the capacitor value. The tail voltage can be set by adjusting the number of capacitors connected to the electronic switch. The load performed in this study was fixed to 1 kΩ and the experiment was performed. Referring to Equation (1), when the adjustable capacitor values are 0, 1000, 2000, and 3000, the respective time constant values are 0, 1, 2, 3 seconds.

수식 (1)Formula (1) τ = RC τ = RC

사용자 인터페이스는 MCU를 활용한 LCD, 엔코더, 스위치, 부저로 구성된다. 엔코더와 스위치로 진폭, 펄스 폭, 펄스 폭 간격, 펄스 꼬리 시간, 전자 스위치에 연결된 캐패시터 값 변경을 제어할 수 있도록 설계하였으며 LCD는 앞서 설정한 값들을 볼 수 있도록 구성하였다. 부저는 충전이 완료될 경우와 펄스 출력이 나올 때 소리를 내도록 설정하였다. 펄스 구동 시퀀스는 도 2에서와 같이 총 5가지 단계로 구성된다. The user interface is composed of LCD using MCU, encoder, switch, and buzzer. The encoder and switch are designed to control amplitude, pulse width, pulse width interval, pulse tail time, and capacitor value change connected to the electronic switch, and the LCD is configured so that the previously set values can be viewed. The buzzer is set to sound when charging is complete and when pulse output is output. The pulse driving sequence consists of a total of five steps as shown in FIG. 2 .

i) 사용자 인터페이스를 통해 출력 전압, 펄스 폭, 펄스 폭 간격, 펄스 꼬리 시간, 전자 스위치의 수를 설정한다. 전자 스위치의 총 경우의 수는 4가지다. 0, 1000, 2000, 3000. i) Set the output voltage, pulse width, pulse width interval, pulse tail time, number of electronic switches through the user interface. The total number of cases of the electronic switch is four. 0, 1000, 2000, 3000.

ii) 먼저 전자 스위치 1을 구동한 다음 설정된 출력 전압만큼 CAP BANK와 전자 스위치에 연결된 캐패시터를 충전한다. ii) First, the electronic switch 1 is driven, and then the CAP BANK and the capacitor connected to the electronic switch are charged by the set output voltage.

iii) 전자 스위치2를 구동한다. 전자 스위치 2를 구동하면 출력은 Cap Bank와 전자 스위치에 연결된 캐패시터에서 충전된 전압에서 나간다. 펄스 폭까지 전자 스위치 1과 전자 스위치 2를 구동시킨다. iii) Drive the electronic switch2. By driving electronic switch 2, the output goes out from the voltage charged in the Cap Bank and the capacitor connected to the electronic switch. Drive electronic switch 1 and electronic switch 2 up to the pulse width.

iv) 펄스 폭이 끝나는 시점에 전자 스위치1의 구동을 멈추면 CAP BANK에 저장된 전압이 출력으로 나가지 못하므로 전자 스위치에 연결된 캐패시터 전압이 출력으로 나온다. 전자 스위치에 연결된 캐패시터는 CAP BANK의 캐패시터값 보다 상대적으로 작기 때문에 출력 전압이 빠르게 떨어진다. 펄스 꼬리 시간까지 전자 스위치 1을 구동하지 않고 전자 스위치2만 구동하면 시정수 모양의 펄스가 나온다. iv) If the driving of electronic switch 1 is stopped at the end of the pulse width, the voltage stored in the CAP BANK cannot be output to the output, so the voltage of the capacitor connected to the electronic switch is output. Since the capacitor connected to the electronic switch is relatively smaller than the capacitor value of CAP BANK, the output voltage drops rapidly. If the electronic switch 1 is not driven until the pulse tail time and only the electronic switch 2 is driven, a pulse in the shape of a time constant is generated.

v) 펄스 꼬리 시간이 끝나면 전자 스위치 2의 구동을 멈춰 출력 전압이 0 Volt가 되도록 한다. v) When the pulse tail time is over, stop the electronic switch 2 so that the output voltage becomes 0 Volt.

E2를 구현하는 펄스 회로도는 도 2와 같다. A pulse circuit diagram implementing E2 is shown in FIG. 2 .

2) 감자를 이용한 세포 사멸 측정2) Measurement of apoptosis using potatoes

감자를 단면이 생기도록 자르고 기존의 비가역적 전기천공 (IRE) 그리고 전기천공 및 전기분해의 조합 (E2 800 μs)의 펄스를 발생시키는 장치 폭 1 mm 길이 10 cm의 전극을 꽂아 세포사멸의 정도를 측정하였다. TTC (triphenyl tetrazorium chloride) 용액은 TTC 분말 5 g를 정제수 1 L에 녹인 것을 사용하였다. 펄스를 감자에 인가한 후 전극을 뽑고 TTC 용액이 담긴 petri dish에 일정시간 동안 담가 세포사멸을 반영하는 면적을 측정하였다. Potatoes were cut to make a section and the degree of apoptosis was measured by inserting an electrode with a width of 1 mm and a length of 10 cm. measured. For the TTC (triphenyl tetrazorium chloride) solution, 5 g of TTC powder dissolved in 1 L of purified water was used. After the pulse was applied to the potato, the electrode was pulled out, and the area reflecting apoptosis was measured by immersing it in a petri dish containing TTC solution for a certain period of time.

2. 결과2. Results

1) E2 고전압 펄스 발생1) E2 high voltage pulse generation

기존의 비가역적 전기천공 (IRE) 그리고 펄스 꼬리 시간이 800 μs인 전기천공 및 전기분해의 조합 (E2 800 μs)의 펄스는 각각 도 3 및 도 4의 형태와 같았다. IRE 및 E2 800 μs의 전자 파라미터는 표 1과 같다. Conventional irreversible electroporation (IRE) and the pulse of the combination of electroporation and electrolysis (E2 800 μs) with a pulse tail time of 800 μs were the same as in the forms of FIGS. 3 and 4 , respectively. Table 1 shows the electronic parameters of IRE and E2 800 μs.

표 1 Table 1

Figure pat00001
Figure pat00001

도 5는 전기천공 및 전기분해의 조합 (E2 800 μs)의 펄스 회로를 나타낸다. 도 6은 전자 스위치에 연결된 캐패시터 값을 0 μF, 1000 μF, 2000 μF, 3000 μF으로 동작 확인 실험한 경우의 결과 값을 나타낸다. 펄스의 진폭은 500 V, 펄스 폭의 시간은 600 ms, 펄스 꼬리 시간은 400 ms 로 실험을 진행을 수행한 결과, 각각의 꼬리 끝 전압은 0 V, 270 V, 360 V, 380 V으로 펄스 하강 에지 시정수가 캐패시터의 값에 따라 조절되는 것을 알 수 있었다.Figure 5 shows the pulse circuit of the combination of electroporation and electrolysis (E2 800 μs). 6 shows the result of the operation check experiment with the value of the capacitor connected to the electronic switch at 0 μF, 1000 μF, 2000 μF, and 3000 μF. The pulse amplitude was 500 V, the pulse width time was 600 ms, and the pulse tail time was 400 ms. As a result, the tail voltage was 0 V, 270 V, 360 V and 380 V. It can be seen that the edge time constant is adjusted according to the value of the capacitor.

도 7은 감자에 인가한 IRE의 펄스를, 도 8은 E2 800 μs의 펄스를 나타낸다. 7 shows a pulse of IRE applied to the potato, and FIG. 8 shows a pulse of E2 800 μs.

2) 세포 사멸2) cell death

도 9 및 도 10을 비교한 결과 전기천공과 전기분해를 결합한 펄스 (E2 800 μs)를 인가한 경우 사멸면적이 증가하는 것을 알 수 있다. 이를 동시에 나타낸 것이 도 11이다. 2시간 동안 E2 800 μs를 감자에 인가한 경우 IRE의 경우보다 1.62배 유의적으로 높았고 4시간 동안 E2 800 μs를 인가한 경우 1.58배 유의적으로 높았다. As a result of comparing FIGS. 9 and 10, it can be seen that the death area increases when a pulse (E2 800 μs) that combines electroporation and electrolysis is applied. 11 shows this at the same time. When 800 μs of E2 was applied to potatoes for 2 hours, it was 1.62 times significantly higher than that of IRE, and when 800 μs of E2 was applied for 4 hours, it was significantly higher by 1.58 times.

기존의 IRE과 전기천공과 전기분해를 결합한 펄스 (E2 800 μs)의 임피던스 결과를 표 2, 표 3, 도 12 및 도 13에 나타내었다. 이는 펄스 인가에 따라 전기천공이 유의적으로 이루어졌음을 시사한다. The impedance results of the conventional IRE and pulses (E2 800 μs) combining electroporation and electrolysis are shown in Table 2, Table 3, and FIGS. 12 and 13 . This suggests that electroporation was significantly performed according to the pulse application.

표 2Table 2

Figure pat00002
Figure pat00002

표 3Table 3

Figure pat00003
Figure pat00003

3) 여러 파라미터에 의한 전기천공 및 전기분해의 조합 펄스3) Combination pulse of electroporation and electrolysis by several parameters

표 4와 같이 파라미터를 다르게 하여 펄스를 발생시키고 이를 감자에 인가하여 세포사멸의 정도를 측정하였다. TTC area는 TTC 염색으로 인해 정상 세포와 구별되는 구획의 면적으로 세포사멸의 정량적인 측정을 반영하는 결과이다. E2_D 및 E2_D2의 경우 감자가 손상되어 생체에 적용할 수 없는 펄스임이 확인되었다. 각각의 펄스 그래프 및 이를 감자에 인가한 경우 TTC로 염색된 단면을 도 14 내지 도 18에 나타냈다. E2_A 내지 E2_D2의 임피던스 결과는 표 5와 같다. As shown in Table 4, pulses were generated with different parameters, and the degree of apoptosis was measured by applying this to the potato. The TTC area is the area of a compartment that is differentiated from normal cells due to TTC staining, and is a result reflecting the quantitative measurement of apoptosis. In the case of E2_D and E2_D2, it was confirmed that the potato was damaged and thus the pulse could not be applied to the living body. Each of the pulse graphs and cross sections stained with TTC when applied to potatoes are shown in FIGS. 14 to 18 . Table 5 shows the impedance results of E2_A to E2_D2.

표 4Table 4

Figure pat00004
Figure pat00004

표 5Table 5

Figure pat00005
Figure pat00005

Claims (8)

세포사멸(apoptosis)을 촉진하기 위한 장치로서
전기천공 펄스 및 전기분해 펄스가 순차적으로 발생되며,
상기 전기천공 펄스는 펄스 폭(pulse width) 및 펄스 인터벌(pulse interval)의 파라미터로 조절되고,
상기 전기분해 펄스는 펄스 폭, 펄스 인터벌, 펄스 꼬리 시간 (pulse tail time) 및 릴레이 캐패시터(TEV)의 파라미터로 조절되는 것을 특징으로 하는 장치.
As a device for promoting apoptosis
Electroporation pulses and electrolysis pulses are sequentially generated,
The electroporation pulse is controlled by parameters of a pulse width and a pulse interval,
The electrolysis pulse is controlled by parameters of a pulse width, a pulse interval, a pulse tail time and a relay capacitor (TEV).
제1항에 있어서, 상기 장치는
전력을 공급하는 전원부;
사용자 인터페이스를 제공하고 상기 전기천공의 펄스의 진폭, 펄스 폭, 펄스 폭 간격 및 펄스 꼬리 시간의 값과 상기 전기분해의 펄스의 진폭, 펄스 폭, 펄스 폭 간격 및 펄스 꼬리 시간의 값을 설정하는 펄스 설정부; 및
적어도 하나 이상의 캐패시터 및 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 포함하여 구성되고, 상기 전원부의 출력전압을 인가받아 상기 펄스 설정부에 의해 설정된 상기 진폭, 펄스 폭, 펄스 폭 간격 및 펄스 꼬리 시간의 값에 기반하여 상기 적어도 하나 이상의 스위칭 소자를 제어하여 상기 전기천공의 펄스 또는 상기 전기분해의 펄스를 생성하는 펄스 생성부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는, 세포사멸을 촉진하기 위한 장치.
The apparatus of claim 1 , wherein the device
a power supply unit for supplying power;
pulse providing a user interface and setting values of the amplitude, pulse width, pulse width interval and pulse tail time of the pulses of the electroporation and the values of the amplitude, pulse width, pulse width interval and pulse tail time of the pulses of the electrolysis setting unit; and
It is configured to include at least one capacitor and at least one or more switching elements, and based on the values of the amplitude, pulse width, pulse width interval, and pulse tail time set by the pulse setting unit by receiving the output voltage of the power supply unit, the a pulse generator controlling at least one switching element to generate the electroporation pulse or the electrolysis pulse;
A device for promoting apoptosis, comprising a.
제1항에 있어서, 상기 펄스 폭이 1~300 μs인 것을 특징으로 하는, 세포사멸을 촉진하기 위한 장치.
The device for promoting apoptosis according to claim 1, wherein the pulse width is 1 to 300 μs.
제1항에 있어서, 상기 펄스 인터벌이 1~4 ms인 것을 특징으로 하는, 세포사멸을 촉진하기 위한 장치.
According to claim 1, wherein the pulse interval is characterized in that 1 ~ 4 ms, the device for promoting apoptosis.
제1항에 있어서, 상기 전기분해의 펄스 꼬리 시간이 100 μs 이상 2 ms 미만인 것을 특징으로 하는, 세포사멸을 촉진하기 위한 장치.
The device for promoting apoptosis according to claim 1, characterized in that the pulse tail time of the electrolysis is 100 μs or more and less than 2 ms.
제1항에 있어서, 상기 장치는 암을 치료하기 위한 것을 특징으로 하는, 세포사멸을 촉진하기 위한 장치.
The device for promoting apoptosis according to claim 1, wherein the device is for treating cancer.
제1항의 장치로부터 발생한 펄스를 인가시켜, 인간을 제외한 동물에서 세포사멸을 촉진하는 방법.
A method for promoting apoptosis in animals other than humans by applying a pulse generated from the device of claim 1 .
제7항에 있어서, 상기 세포사멸을 촉진하는 방법은 암을 치료하기 위한 것을 특징으로 하는, 방법.8. The method of claim 7, wherein the method for promoting apoptosis is for treating cancer.
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