PT1662987E

PT1662987E - Dispositivo médico para monitorização de analito e distribuição de droga

Info

Publication number: PT1662987E
Application number: PT04788658T
Authority: PT
Inventors: Elizabeth A Holmes; Shaunak Roy; John Howard; Chengwang Wang
Original assignee: Theranos Inc
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2012-02-14
Also published as: JP5635041B2; JP5255594B2; NZ546432A; KR20150117711A; US20110166553A1; US20060062852A1; EP2319403A3; CN1905835B; JP2007504905A; ES2374563T3; KR101330431B1; EP2319403A2; PL1662987T3; KR101471731B1; AU2004272062A1; DK1662987T3; WO2005025413A3; US20060182738A1; KR20130006539A; EP1662987A2

Description

ΕΡ 1 662 987/PT DESCRIÇÃO "Dispositivo médico para monitorização de analito e distribuição de droga"

ANTECEDENTES DO INVENTO 1. Campo do invento

Este invento refere-se aos campos de diagnóstico e distribuição de drogas. Mais em particular, o mesmo refere-se a dispositivos médicos e métodos capazes de monitorizar niveis de um analito de fluido corporal e, opcionalmente, a libertação dos agentes terapêuticos apropriados. 2. Antecedentes

Os dispositivos que actuam na zona ou perto da zona de tratamento que são capazes de detectar niveis de actividade macromolecular biológica ou de concentração de droga têm elevada exigência devido a eliminarem a necessidade das visitas do paciente ao laboratório, proporcionando assim poupanças quer em tempo quer em dinheiro. Um dos aspectos mais valiosos da tecnologia moderna dos micro-arranjos consiste na capacidade para detectar a disfunção macromolecular, a má formação ou a mutação biológica que resultam em doença. Contudo, esta capacidade não foi totalmente explorada pois tais arranjos não foram incorporados em dispositivos que actuam na zona ou perto da zona de tratamento ingeriveis, implantáveis ou utilizáveis. A tecnologia moderna dos micro-arranjos está limitada à caracterização das macromoléculas biológicas e dos seus metabólitos por análise dos analitos imobilizados, estabilizados em lâminas a serem inseridas dentro de uma máquina ou analisadas manualmente fora dos organismos vivos. A US 2003/0049833 A descreve um dispositivo de detecção de analito que compreende uma micro-agulha para obter uma amostra de fluido corporal, uma primeira entrada para transferir fluido corporal da micro-agulha para um micro-canal, um micro-arranjo fixo ao micro-canal, e compreendendo um agente bioactivo adaptado para interactuar com o analito, um dispositivo de exploração de micro-arranjo. 2

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Uma vez que o sangue total contém células, plaquetas, uma miriade de proteínas e outras macromoléculas, as análises que envolvem sangue requerem tipicamente o pré-processamento da amostra para remover estes componentes. Integrar os passos de pré-processamento num dispositivo que actua na zona ou perto da zona de tratamento aumenta o custo do próprio dispositivo, tornando assim a utilização do dispositivo financeiramente inviável. Por exemplo, alguns dispositivos correntemente no mercado que utilizam sangue total nas suas análises; entre eles encontram-se o sistema Reflotron™ da Boehringer Mannheim para medir os analitos que vêm do sangue (nomeadamente mais o colesterol) e o iStat™ (iStat Inc.), que realiza um número de análises de cuidados críticos, incluindo electrólitos, químicas em general, gases sanguíneos e hematologia. 0 Reflotron™ assenta na tecnologia da química seca em que as enzimas ou outros elementos reactivos estão imobilizados sobre a superfície de uma tira de teste. A análise é uma análise de actividade calorimétrica na qual a reacção produz uma mudança de cor e é assim indicadora da quantidade de analito presente. 0 iStat™ assenta na detecção electroquímica para produzir um sinal. Em qualquer dos casos, é tirada separadamente uma amostra de sangue (tipicamente por uma picada no dedo) e depois colocada sobre a pastilha (ou cartucho no caso do iStat), onde a reacção ocorre e é analisada por uma unidade de detecção externa. Estes sistemas de monitorização existentes são insuficientes e inconvenientes, dado que os mesmos necessitam usualmente que os utilizadores se piquem a eles próprios e são necessários múltiplos passos para obter um resultado. Como tal, existe a necessidade de um dispositivo que se possa usar que possa monitorizar repetidamente, automaticamente e precisamente os fluidos corporais tais como o sangue.

Os dispositivos que actuam na zona ou perto da zona de tratamento também são úteis em certas situações onde as amostras biológicas sistémicas tais como o sangue, a urina ou as fezes, não podem proporcionar informação adequada quanto às alterações moleculares subtis nos locais de doença. Num tal caso, mesmo que o clínico possa picar o sítio exacto de uma perturbação, obter uma amostra biológica para análise apenas sai com grande risco, dor e despesa para o paciente. 3 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ

Em adição, seria desejável um dispositivo que actuasse na zona ou perto da zona de tratamento onde a administração sistémica de agentes de droga, tais como por meios transdérmicos ou intravenosos, tratasse o corpo como um todo mesmo sabendo que a doença a ser tratada pode estar localizada. Aqui, a administração sistémica pode não ser desejável uma vez que os agentes de droga têm muitas vezes efeitos indesejados em partes do corpo que não se pretende tratar, ou porque o tratamento da parte doente do corpo precisa de uma concentração elevada de agente de droga que pode não conseguir-se por administração sistémica. Por exemplo, quando administradas a um paciente de modo sistémico, algumas drogas (por exemplo, drogas quimioterapêuticas tais como aquelas utilizadas para tratar cancro e outras desordens proliferativas) podem provocar efeitos secundários indesejáveis. É por conseguinte frequentemente desejável detectar a doença e administrar agentes de droga em locais localizados dentro do corpo.

Como tal, existe a pretenção de dispositivos que actuem na zona ou perto da zona de tratamento, capazes de detectar niveis de actividade macromolecular biológica ou de concentração de droga que também podem administrar um agente terapêutico especifico num sitio localizado dentro do corpo, em resposta às alterações nos niveis de actividade macromolecular biológica ou de concentração de droga.

SUMÁRIO DO INVENTO

Um aspecto do invento refere-se a um dispositivo médico que compreende um micro-arranjo que compreende um agente bioactivo capaz de interactuar com um analito biológico de marcação de doença; um reservatório que compreende pelo menos um agente terapêutico e que é capaz de libertar o(s) agente(s) terapêutico(s) a partir do dispositivo médico; e uma pluralidade de micro-pastilhas compreendendo um dispositivo de exploração de micro-arranjo capaz de obter dados de parâmetros físicos de uma interacção entre o analito biológico de marcação de doença com o agente bioactivo; um dispositivo de reconhecimento biométrico capaz de comparar os dados de parâmetros físicos com um perfil de interacção de analito; um dispositivo de libertação de agente terapêutico 4 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ capaz de controlar a libertação do agente terapêutico a partir dos reservatórios; um dispositivo de interface capaz de facilitar as comunicações entre o dispositivo de exploração de micro-arranjo, o dispositivo de reconhecimento biométrico e o dispositivo de libertação de agente terapêutico; e uma fonte de energia para alimentar o dispositivo médico.

Numa concretização deste aspecto do invento, o dispositivo está revestido e o revestimento é um polimero bioestável que pode ter canais. Numa outra concretização deste aspecto do invento, o polimero é poroso.

Numa concretização diferente, os fluidos corporais são transportados através de linhas microfluidicas que movem as moléculas por meio de diferenças de pressão sobre o micro-arranjo. Numa concretização, uma bomba osmótica é utilizada para impulsionar os fluidos através da porção de topo do dispositivo. Numa outra concretização, o fluido de transporte é alimentado por correntes eléctricas naturais no corpo, conduzidas através de tecnologia de Rede de Área Pessoal.

Em ainda uma outra concretização deste aspecto do invento, o micro-arranjo compreende micro-contas. Numa outra concretização, o agente bioactivo é um ácido nucleico. Em ainda uma outra concretização, o agente bioactivo é um polipéptido. Em ainda uma outra concretização, o agente bioactivo é uma imunoglobulina.

Numa concretização adicional dos dispositivos médicos do invento, o agente bioactivo é etiquetado de modo fluorescente. Numa outra concretização, o agente bioactivo é etiquetado de modo fluorescente com um nanocristal.

Em ainda uma outra concretização, o analito biológico de marcação de doença é um ácido nucleico. Numa outra concretização, o analito biológico de marcação de doença é um polipéptido. Numa outra concretização, o analito biológico de marcação de doença é uma imunoglobulina.

Em ainda uma outra concretização, a pluralidade de micro-pastilhas compreende silício germânio. 5

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Numa outra concretização, o dispositivo de exploração de micro-arranjo compreende elementos de fibra óptica.

Numa concretização adicional, o perfil de interacção de analito é armazenado no dispositivo de reconhecimento biométrico. Numa concretização alternativa, o perfil de interacção de analito é armazenado externamente ao dispositivo médico.

Numa outra concretização, o dispositivo médico tem uma pluralidade de reservatórios. Numa concretização adicional, o dispositivo de interface compreende uma rede de área pessoal.

Numa concretização adicional, a fonte de energia é uma bateria. Numa concretização alternativa, a fonte de energia é proporcionada por uma rede de área pessoal.

Um outro aspecto do invento refere-se a um método de detectar e tratar uma doença num paciente, que compreende a administração ao paciente de um dispositivo médico revestido, que compreende um micro-arranjo que compreende um agente bioactivo capaz de interactuar com um analito biológico de marcação de doença; pelo menos um reservatório que compreende pelo menos um agente terapêutico e capaz de libertar o pelo menos um agente terapêutico a partir do dispositivo médico; uma pluralidade de micro-pastilhas que compreendem um dispositivo de exploração de micro-arranjo capaz de obter dados de parâmetros físicos de uma interacção entre o analito biológico de marcação de doença com o agente bioactivo; um dispositivo de reconhecimento biométrico capaz de comparar os dados de parâmetros físicos com um perfil de interacção de analito; um dispositivo de libertação de agente terapêutico capaz de controlar a libertação do agente terapêutico a partir do reservatório; e um dispositivo de interface capaz de facilitar as comunicações entre o dispositivo de exploração de micro-arranjo, o dispositivo de reconhecimento biométrico e o dispositivo de libertação de agente terapêutico; uma fonte de energia para alimentar o dispositivo médico; e um revestimento biocompatível que permite que o dispositivo médico seja engolido, passe através 6 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ do tracto intestinal do paciente e seja naturalmente excretado.

Numa concretização do método, o revestimento é um polimero bioestável que pode ter canais. Numa outra concretização, o polimero é poroso.

Em ainda uma outra concretização do método, o micro-arranjo compreende micro-contas. Numa outra concretização, o agente bioactivo é um ácido nucleico. Em ainda uma outra concretização, o agente bioactivo é um polipéptido. Em ainda uma outra concretização, o agente bioactivo é uma imunoglobulina.

Numa concretização adicional do método do invento, o agente bioactivo é etiquetado de modo fluorescente. Numa outra concretização, o agente bioactivo é etiquetado de modo fluorescente com um nanocristal.

Em ainda uma outra concretização do método, o analito biológico de marcação de doença é um ácido nucleico. Numa outra concretização, o analito biológico de marcação de doença é um polipéptido. Numa outra concretização, o analito biológico de marcação de doença é uma imunoglobulina.

Em ainda uma outra concretização do método, a pluralidade de micro-pastilhas compreende silício germânio.

Numa outra concretização do método, o dispositivo de exploração de micro-arranjo compreende elementos de fibra óptica.

Numa concretização adicional do método, o perfil de interacção de analito é armazenado no dispositivo de reconhecimento biométrico. Numa concretização alternativa, o perfil de interacção de analito é armazenado externamente ao dispositivo médico.

Numa outra concretização do método utiliza-se uma pluralidade de reservatórios. Numa concretização adicional do método, o dispositivo de interface compreende uma rede de área pessoal. 7

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Numa concretização adicional do método, a fonte de energia é uma bateria. Numa concretização alternativa, a fonte de energia é proporcionada por uma rede de área pessoal.

Numa concretização adicional do método, as comunicações são monitorizadas por um computador externo. Numa outra concretização, o computador externo dirige a libertação do agente terapêutico.

Um outro aspecto do invento refere-se a um dispositivo médico capaz de detectar um analito num fluido corporal que compreende pelo menos uma micro-agulha capaz de obter uma amostra de um fluido corporal, um primeiro micro-canal através do qual a amostra flúi e se encontra em comunicação de fluidos com a pelo menos uma micro-agulha, um segundo micro-canal em comunicação de fluidos com o primeiro micro-canal, através do qual se escoa uma substância tampão, em que o segundo canal compreende um micro-arranjo com um agente bioactivo, um dispositivo de exploração de micro-arranjo para detectar uma interacção entre o agente bioactivo e o analito no fluido corporal; e um dispositivo de interface capaz de facilitar as comunicações entre o dito dispositivo de exploração de micro-arranjo e um dispositivo de reconhecimento biométrico.

Numa concretização, o fluido corporal é sangue. Numa outra concretização, a pelo menos uma micro-agulha é uma pluralidade de micro-agulhas. Em ainda uma outra concretização, a micro-agulha tem entre cerca de 10 e cerca de 200 mícrons de diâmetro. Numa outra concretização, a micro-agulha é capaz de arrastar cerca de 100 microlitros de sangue. Numa outra concretização, o primeiro micro-canal tem cerca de 100 micrómetros de diâmetro. Numa concretização adicional, o segundo micro-canal tem cerca de 100 micrómetros de diâmetro.

Em ainda uma outra concretização, o analito no fluido corporal que se escoa através do primeiro micro-canal difunde-se para o segundo micro-canal e interactua com o agente bioactivo. Numa outra concretização, o analito no 8

ΕΡ 1 662 987/PT fluido corporal que se escoa através do primeiro micro-canal difunde-se para o segundo micro-canal e desloca de modo competitivo o analito etiquetado de ligar o agente bioactivo. Numa outra concretização, o analito etiquetado é proporcionado numa quantidade predeterminada. Numa outra concretização, o analito etiquetado é etiquetado com uma parte fluorescente. Em ainda uma outra concretização, o micro-arranjo é uma porção do segundo micro-canal que tem um revestimento de um antibiótico que liga especificamente o analito no fluido corporal. Numa outra concretização, o dispositivo de exploração de micro-arranjo compreende um espectrómetro de fluorescência de reflexão interna total (TIRF).

Numa outra concretização deste aspecto do invento, o dispositivo de reconhecimento biométrico está localizado fora do dispositivo e a comunicação é através de uma transmissão sem fios. Numa outra concretização, o analito é insulina e o agente bioactivo é um anticorpo especifico para insulina. Em ainda uma outra concretização, o analito é glucose e o agente bioactivo é um anticorpo especifico para glucose. Em ainda uma outra concretização, o dispositivo é utilizado na pele como um penso.

Numa outra concretização deste aspecto do invento, o analito é indicador de doença.

Numa outra concretização deste aspecto do invento, o dispositivo médico compreende ainda um reservatório que tem ali um agente terapêutico e um dispositivo de libertação de agente terapêutico capaz de controlar a libertação de um agente terapêutico a partir de um reservatório em resposta a uma instrução a partir do dispositivo de reconhecimento biométrico. Numa outra concretização, o analito é glucose e o agente terapêutico é insulina. Numa outra concretização, o analito e o agente terapêutico são o mesmo.

Numa outra concretização deste aspecto do invento, o dispositivo médico tem pelo menos um dispositivo de análises descartável que compreende a pelo menos uma micro-agulha, o primeiro micro-canal e o segundo canal e tem um dispositivo leitor de análises não descartável que compreende o 9

ΕΡ 1 662 987/PT dispositivo de exploração de micro-arranjo o dispositivo de interface. Numa outra concretização, o dispositivo de análises e o dispositivo leitor de análises encontram-se em comunicação óptica um com o outro. Em ainda uma outra concretização existe uma pluralidade de dispositivos de análise descartáveis montados num único dispositivo leitor de análises.

Numa outra concretização, o micro-arranjo compreende uma porção não revestida de uma única fibra óptica de vidro funcionalizada com o agente bioactivo, em que a porção não revestida da única fibra óptica de vidro se encontra em contacto de fluidos com o segundo micro-canal. Em alternativa, o micro-arranjo pode compreender uma pluralidade de porções não revestidas de únicas fibras ópticas de vidro funcionalizadas com o agente bioactivo, em que as porções não revestidas de únicas fibras ópticas de vidro se encontram em contacto de fluidos com o segundo micro-canal.

As vantagens adicionais do presente invento irão tornar-se prontamente evidentes para aqueles que são especialistas nesta arte a partir da descrição detalhada que se segue, em que apenas a concretização preferida do invento é mostrada e descrita, simplesmente por meio de ilustração do melhor modo contemplado de realizar o invento. Tal como poderá aperceber-se, o invento tem capacidade para outras concretizações e concretizações diferentes, e os seus vários detalhes são capazes de modificações em vários aspectos óbvios, todos sem nos afastarmos do invento. 0 presente invento pode ser posto em prática sem alguns ou todos os detalhes específicos. Em outros exemplos, não foram descritas em detalhe operações de processo bem conhecidas, de modo a não obscurecer desnecessariamente o presente invento. Em conformidade, os desenhos e a descrição têm de ser vistos como ilustrativos na sua natureza e não como restritivos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A FIG. 1 é um desenho esquemático de um dispositivo médico exemplificativo do invento. O dispositivo tem um revestimento de polímero bioestável 1 assim como uma bomba osmótica nesta concretização preferida 2 para facilitar o 10

ΕΡ 1 662 987/PT movimento do fluido através do revestimento poroso 3 do dispositivo. O dispositivo compreende um micro-arranjo 4 que compreende um agente bioactivo capaz de interactuar com um analito biológico de marcação de doença; um reservatório 10 que compreende um agente terapêutico e que é capaz de libertar o agente terapêutico a partir do dispositivo médico; e uma pluralidade de micro-pastilhas 5, 7, 8, 9, 6, 10, 12, 13 & 14 que compreendem; um dispositivo de exploração de micro-arranjo 7 capaz de obter os dados de parâmetros físicos de uma interacção entre o analito biológico de marcação de doença com o(s) agente (s) bioactivo(s); um dispositivo de reconhecimento biométrico 9 capaz de comparar os dados de parâmetros físicos com um perfil de interacção de analito; um dispositivo de libertação de agente terapêutico 10 capaz de controlar a libertação de agente(s) terapêutico(s) a partir de uma pluralidade de reservatórios e pontos de verificação 13 & 14; e um dispositivo de interface 8 capaz de facilitar as comunicações entre o dispositivo de exploração de micro-arranjo 7, o dispositivo de reconhecimento biométrico 9 e o dispositivo de libertação de agente terapêutico 10; e uma fonte de energia para alimentar o dispositivo médico 15. Em adição, o dispositivo exemplificativo contém transmissores para uma rede de área pessoal 5 & 6 e percursos de transmissão para comunicação entre o PAN e um monitor de computador manual 15 ou rede de computadores externa 16. Em adição, o dispositivo exemplificativo contém um compartimento 11 para a mistura de agentes terapêuticos antes da libertação. FIG. 2. Ilustra o dispositivo inventivo na sua concretização de penso externo. É utilizado sobre a pele e pode ser capaz de libertar um agente terapêutico. Em adição, é capaz de fazer a interface com uma rede externa. FIG. 3. Ilustra uma pluralidade de dispositivo médicos, aqui na forma de pensos, em comunicação sem fios com um servidor externo. O servidor externo pode conter um dispositivo de reconhecimento biométrico e uma base de dados farmacocinética de parâmetros físicos da interacção entre um agente bioactivo e um analito. 11

ΕΡ 1 662 987/PT FIG. 4. (a) Uma micro-agulha de 100 micrómetros de diâmetro tem aproximadamente o diâmetro do cabelo humano; (b) Um arranjo de micro-agulhas de silicio. FIG. 5. (a) Ilustra várias vistas do dispositivo inventivo na sua concretização de penso 100. O penso exemplificativo tem 2 cm de comprimento e 0,5 cm de largura. Também tem uma espessura de cerca de 1,5 mm. O penso contém uma pluralidade de micro-agulhas 12. (b) Ilustra as caracteristicas internas do dispositivo de penso. O dispositivo tem um reservatório 13 para dentro do qual o sangue é bombeado a partir das micro-agulhas 12, um segundo reservatório que contém uma substância tampão 14 e um micro-canal comum para escoamento laminar 15 que é a confluência de uma entrada de substância tampão 15a e uma entrada de sangue 15b, assim como um receptáculo para desperdício 16. Em adição, a figura mostra que o dispositivo pode separar-se em dois componentes: uma camada descartável que tem micro-agulhas, micro-canais e um micro-arranjo 100a e uma porção não descartável 100b em comunicação óptica com a porção descartável que tem os dispositivos de exploração de micro-arranjo e outros componentes electrónicos. FIG. 6. (a) Ilustra como o penso 100 pode ser embalado antes da aplicação a um paciente. O penso pode ser coberto com uma camada de protecção 17 e ter uma base de penso 18 através da qual as micro-agulhas irão penetrar quando da aplicação. A base 18 proporciona o benefício adicionado de manter a esterilidade das micro-agulhas antes da aplicação. Um adesivo 19 serve para prender o penso à pele do sujeito. Em adição, é proporcionada uma cobertura de protecção 20 a qual é removida para expor a camada de adesivo 19. FIG. 7. Ilustra como uma pluralidade de pensos 100 pode ser aplicada de modo simultâneo a um paciente. Uma tal pluralidade de pensos pode depois ser sequencialmente activada para proporcionar a detecção de analito de um período de tempo longo. FIG 8. (a) Uma vista de lado de um micro-canal de escoamento laminar exemplificativo 15, no qual o sangue é alimentado para dentro de uma entrada 15b de um micro-canal 12 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ de duas entradas. 0 sangue contém células 21, uma variedade de proteínas 25 e os analitos a serem medidos 22. Os fluidos escoam-se em correntes paralelas com as moléculas a passarem através da interface apenas por difusão. Tal como mostrado em (b) , apenas os analitos de moléculas pequenas 22 atingem a parede oposta onde tem lugar uma troca de equilíbrio com as moléculas de analito etiquetado de modo fluorescente 24 pré-ligadas aos agentes bioactivos 23 na superfície. Neste exemplo, a parede de canal revestida com agentes bioactivos 23 constitui o micro-arranjo. FIG. 9. Mostra o conceito de um campo evanescente que surge durante a reflexão interna total. 0 campo evanescente prolonga-se não mais do que um comprimento de onda para além do meio no qual o feixe de luz se está a deslocar. FIG. 10. Ilustra como uma fibra óptica 26 utiliza a fluorescência de reflexão interna total para detectar mudanças na fluorescência que são indicadoras de uma interacção entre um agente bioactivo e um analito que ocorreu no micro-arranjo. A fibra óptica pode ter múltiplas configurações. Por exemplo, pode funcionar de modo paralelo ao longo do comprimento do canal de escoamento laminar 15. Em alternativa, uma pluralidade de fibras pode terminar no canal e elas próprias serem revestidas com agente bioactivo. O primeiro 15a e o segundo 15b micro-canais encontram-se em comunicação de fluidos um com o outro. Apenas as moléculas pequenas irão difundir-se através da interface de difusão para o micro-arranjo, isto é, a superfície sensora funcionalizada. A detecção fluorescente por um espectrómetro TIRF não se prolonga para além de um comprimento de onda para além da superfície. FIG. 11. Ilustra uma fibra óptica 26 que é parte de um micro-arranjo. A fibra óptica tem uma zona revestida 31 e uma porção não revestida 27. A porção distai não revestida 27 é funcionalizada com um agente bioactivo que interactua com um analito alvo no fluido corporal a ser analisado. A extremidade proximal da fibra 26 encontra-se em comunicação óptica com uma porção do dispositivo de exploração de micro-arranjo. Este contacto é facilitado por um meio de ligação 28. Para além do meio de ligação, uma entrada dirige a luz 13 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ para um separador de fibra 31 que dirige a luz que volta através da fibra para um detector tal como um detector de fotodiodo 30. Tal como descrito em qualquer outro lugar, a porção não revestida funcionalizada da fibra 27 pode constituir uma porção da parede do micro-canal de escoamento laminar 15 ou uma pluralidade de fibras pode sobressair para dentro do canal 15. FIG. 12. Ilustra uma porção exemplificativa de um micro-arranjo e dispositivo de exploração de micro-arranjo que utiliza um sensor TIRF. A luz laser que vem a partir de um laser 33 é dirigida através de uma fibra de múltiplos modos 26 e o ramal de saida de um separador 31 de fibra óptica 50:50 para a fibra não revestida funcionalizada 27. No caso de uma análise, o analito etiquetado com fluoróforo deslocado a partir do agente bioactivo por um processo de ligação competitivo que resulta da presença de analito no fluido corporal, tem como resultado a energia fotónica acoplada à fibra na onda evanescente ser reduzida. Esta redução na intensidade da luz é detectada pelo fotodiodo e amplificador associado. A caracteristica de fluorescência emitida da interacção entre um analito 22 e um agente bioactivo 23 volta a acoplar-se à fibra e propaga-se para o detector 30 com pouca interferência da luz laser. Um laser acoplado a uma fibra proporciona luz em 660 nm. Num exemplo, o sistema trabalha quer com uma fibra e separador funcionalizados de núcleo de 200 ym quer com uma fibra e separador funcionalizados de núcleo de 62,5 ym. O diâmetro de núcleo de fibra é o mesmo para todo o sistema. Quer num sistema de núcleo de 62,5 ou 200 ym, são excitados modos de ordem mais elevada da fibra (os bordos do núcleo) quer para maximizar a energia de onda evanescente quer para fazer com que o meio de acoplamento 1x2 tenha um desempenho mais uniforme. Isto é diferente com base no diâmetro de núcleo da fibra. FIG. 13. Ilustra a fluorescência e absorvência do fluoróforo Atto 655. FIG. 14. Uma imagem de um modelo de dispositivo leitor de análises utilizado no braço humano. 14

ΕΡ 1 662 987/PT FIG. 15. É uma imagem de um duo de convergência num micro-canal de uma corrente de PBS que se escoa a 0,1 μΐ/s e uma corrente sanguínea a 0,02 μΐ/min. Visualmente, existe pouca mistura entre as correntes na interface de difusão. Contudo, as moléculas com coeficientes de difusão mais elevados irão atravessar a interface de difusão. FIG. 16. É uma imagem dos coeficientes de difusão das células, albumina de soro bovino e Vancomicina. FIG. 17. É uma ilustração de um dispositivo exemplificativo do invento. A) A figura mostra que o dispositivo pode separar-se em dois componentes: A camada descartável que tem micro-agulhas, micro-canais e um micro-arranjo 100a e uma porção não descartável 100b em comunicação óptica com a porção descartável que tem o dispositivo de exploração de micro-arranjo e outros componentes electrónicos. B) A porção descartável 100a do penso contém um reservatório 13 para dentro do qual o sangue é bombeado a partir das micro-agulhas, um segundo reservatório que contém uma substância tampão 14 e um micro-canal comum para escoamento laminar 15 que é a confluência de uma substância tampão 15a e uma entrada de sangue 15b, assim como um receptáculo para desperdício 16. Em adição, é mostrada em 26 a porção não revestida de uma fibra óptica que compreende o micro-arranjo. C) Mostra várias porções descartáveis e não descartáveis em conjunto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO

Na sua forma mais básica, o invento refere-se a um dispositivo médico que actua como um sensor para detectar qualitativamente e/ou quantitativamente analitos em fluidos corporais. Tais analitos podem potencialmente ser indicativos de doença ou serem drogas ou metabólitos de droga. Em adição, o dispositivo pode ser capaz de libertar agente (s) terapêutico (s) em resposta a entradas sensoriais. Como tal, pode ainda proporcionar um diagnóstico e uma medicação contínuos. Os dispositivos inventivos podem implantar-se, ingerir-se ou utilizar-se sobre a pele como um penso. 15 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ

Os dispositivos têm capacidade para amostragem de analitos em fluidos biológicos. Os fluidos biológicos incluem, mas não estão limitados, o sangue, o soro, a urina, os sucos gástricos e digestivos, as lágrimas, a saliva, as fezes, sémen e fluidos intersticiais que derivam de tecidos tumorais. 0 fluido corporal arrastado para dentro do dispositivo médico é levado a entrar em contacto com um micro-arranjo que faz uma amostragem dos analitos biológicos em fluidos corporais. 0 fluido pode ser libertado a partir do dispositivo médico e pode conter agente (s) terapêutico (s) libertados em resposta à presença ou ausência de um analito particular. De modo mais preferível, o movimento do fluido corporal para dentro ou para fora do dispositivo médico é facilitado por uma bomba, tal como uma bomba microfluidica ou osmótica. Numa outra concretização, o transporte molecular é conduzido através de linhas microfluidicas pressurizadas que fazem com que os fluidos se escoam sobre um micro-arranjo. Em ainda uma outra concretização, as moléculas são transportadas por correntes eléctricas naturais conduzidas pelos transmissores da Rede de Área Pessoal (PAN) ou sensores piezoeléctricos ou magnéticos.

Em relação às concretizações implantáveis, o dispositivo pode ser selado na ponta de um endoscópio de cateter para análise em tempo real e modelação das concentrações de droga dentro do corpo. Por exemplo, os dispositivos podem estar associados a um "stent" vascular, gástrico ou biliar, por exemplo. Numa outra concretização, o dispositivo é selado no lado de dentro do "stent". Numa outra concretização, os dispositivos são embalados num sistema de polímero que permite que o mesmo seja implantado dentro do corpo, cujas lentes podem ser colocadas na parte de trás do olho, sensores externos de gases e poluição de ar, e outros objectos nos quais é necessária a monitorização em tempo real.

Numa concretização, o dispositivo encontra-se na forma de um penso. FIG. 2. De preferência, o dispositivo é um penso adesivo que é aplicado externamente à pele para ser utilizado como um monitor de todos os analitos de sangue. Mais de preferência, os analitos de sangue são drogas cujos níveis 16

ΕΡ 1 662 987/PT são monitorizados pelo penso. Tais drogas têm gamas terapêuticas estreitas e estão presentes em concentrações micromolares no sangue. De modo mais preferível, a concentração e/ou identidade das moléculas de analito alvo no sangue é medida directamente no penso e tal informação pode depois ser transmitida para sistemas de armazenagem de dados internos ou externos. É considerado que o penso arrasta sangue através da pele ao utilizar pelo menos uma micro-agulha, se não uma pluralidade de micro-agulhas. FIG. 4. De preferência, as micro-agulhas têm à volta do tamanho de um cabelo humano e têm um micro-reservatório ou cuvete integrado. A micro-agulha penetra sem dor na pele e arrasta uma amostra de sangue muito pequena. Mais de preferência, as micro-agulhas recolhem cerca de 0,01 a cerca de 1 microlitro, de preferência 0,05 a cerca de 0,5 microlitros e, de modo mais preferível, cerca de 0, ΙΟ, 3 microlitros de sangue capilar e distribuem os mesmos para um reservatório no penso. De preferência, as micro-agulhas são construídas em silício e têm cerca de 10 a cerca de 200, de preferência cerca de 50 a 150 e, de modo mais preferível, 100 mícrons de diâmetro, tornando a sua aplicação à pele virtualmente sem dor. Como o penso pode muito provavelmente ser colocado numa área do corpo menos bem cuidada do que uma ponta do dedo, por exemplo, a densidade capilar será provavelmente razoavelmente baixa. De modo a assegurar que uma capilaridade seja na realidade atacada pelas agulhas, será utilizada uma pluralidade para a recolha de sangue, tal como mostrado na FIG. 4. De preferência, tais micro-agulhas são do tipo comercializado pela Pelikan (Paio Alto, CA) e/ou Kumetrix (Union City, CA), ver também a Patente U.S. No. 6,503,231.

Numa concretização considera-se a utilização de agulhas de polímero, algumas das quais são revestidas em geles porosos e polímeros os quais permitem a separação das moléculas alvo com base no tamanho e ou na especificidade. Os geles incluem, mas não estão limitados, os policlorimerida e elastómeros de policarbonato poroso.

Em geral, os processos de microfabrico que podem ser utilizados na realização de micro-agulhas aqui descritas 17

ΕΡ 1 662 987/PT incluem a litografia; técnicas de gravação com ácido, tais como guimicos molhados, secos, e a remoção fotoresistiva; a oxidação térmica do silicio; electrodeposição e deposição sem eléctrodos; processos de difusão, tais como boro, fósforo, arsénico, e difusão de antimónio; implantação de iões; deposição de pelicula, tal como a evaporação (filamento, feixe de electrões, clarão e sombreamento e cobertura por passos), arranhar, deposição de vapor quimico (CVD), epitaxia (fase de vapor, fase liquida e feixe molecular), electrodeposição, impressão serigráfica e laminagem. Ver em geral Jaeger, "Introduction to Microelectronic Fabrication" (Addison-Wesley Publishing Co., Reading Mass. 1988); Runyan, et al., "Semiconductor Integrated Circuit Processing Technology" (Addison-Wesley Publishing Co., Reading Mass. 1990); "Proceedings of the IEEE Micro Electro Mechanical Systems Conference 1987-1998"; Rai-Choudhury, ed., "Handbook of Microlithography". "Micromachining & Microfabrication" (SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Wash. 1997). Em alternativa, as agulhas podem ser moldadas em bolachas de silicio e depois depositadas utilizando técnicas de corte de arame convencionais com níquel, ouro, titânio ou vários outros metais biocompatíveis. Numa outra concretização, as agulhas podem ser conformadas a partir de biopolímeros. As micro-agulhas podem ser fabricadas e empregues nos dispositivos reivindicados de acordo com os métodos de Mukerjee et al., "Sensors and Actuators A": Física, Volume 114, Questões 2-3, 1 de Setembro de 2004, Páginas 267-275, o que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

Também é preferível que, muito embora o dispositivo seja capaz de levar a cabo múltiplas medições, uma micro-agulha apenas deverá ser utilizada uma vez. De preferência, são realizados múltiplos arrastos de sangue por um actuador mecânico que insere e retira a agulha e também deita fora a agulha usada e recarrega uma nova agulha. As tecnologias mecânicas desenvolvidas e o fabrico em volumes muito grandes para accionadores de disco muito pequenos (por exemplo o micro-accionamento da IBM) têm um conjunto semelhante de requisitos de movimento e custo baixo. De preferência, um micro actuador é um dispositivo MEMS (sistema electromecânico micro-maquinado) fabricado ao utilizar os processos de cozedura tipo semicondutor. Tais actuadores incluem liga de 18

ΕΡ 1 662 987/PT níquel titânio, dispositivos pneumáticos ou piezoeléctricos. As agulhas mais pequenas têm cerca de 1-10, de preferência cerca de 2-6 e, de modo mais preferível, cerca de 4 mícrons de espessura mas acima de cerca de 10-100, de preferência cerca de 30-60 e, de modo mais preferível, cerca de 40 mícrons de altura.

Em alternativa, as agulhas são actuadas por um sistema de mola-solenóide, no qual um pino dispara a libertação de uma mola miniaturizada bobinada de modo apertado o suficiente para gerar força suficiente e a gama de movimento necessária para a actuação.

Numa concretização, o dispositivo de penso do invento tem dois componentes que se podem separar: um componente descartável que tem uma pluralidade de micro-agulhas, micro-canais e um micro-arranjo (dispositivo de análises); assim como um componente não descartável que tem um dispositivo de exploração de micro-arranjo e a capacidade para transmitir os resultados de uma interacção de analito com um agente bioactivo num micro-arranjo para um dispositivo de bioreconhecimento, de preferência por comunicação sem fios, por exemplo, por Bluetooth® (dispositivo leitor de análises) (ver a FIG. 5) . Nesta concretização, um componente descartável utilizado pode ser removido do componente não descartável enquanto a porção não descartável permanece no lugar no corpo do sujeito. Um componente descartável novo que tem agulhas novas pode então ser aplicado à porção não descartável já no lugar num corpo do paciente. O componente descartável novo pode ser capaz de detectar quantitativamente ou qualitativamente o mesmo analito ou um analito diferente tal como o componente descartável anteriormente utilizado. FIG. 7. Nesta concretização é preferível aplicar componentes descartáveis novos logo que as micro-agulhas do componente descartável utilizado fiquem coaguladas com coágulos de sangue, por exemplo. Os componentes não descartáveis podem também conter um ou mais componentes descartáveis. Neste arranjo, cada um dos componentes descartáveis é capaz de detectar simultaneamente um analito diferente. Em alternativa, cada um dos componentes descartáveis detecta o mesmo analito, contudo são sequencialmente actuados de uma tal maneira a fazer uma amostragem do fluido corporal, por 19 ΕΡ 1 662 987/PT exemplo sangue, em períodos de tempo discretos. Neste arranjo, o dispositivo detecta o analito ao longo de um período de tempo prolongado ao desdobrar um componente descartável depois do outro ao longo de um período de tempo. De preferência, o dispositivo tem 12 componentes descartáveis e pode detectar um analito ao longo de um período de 24 horas ao desdobrar um novo componente descartável cada 2 horas.

Em concretizações de engolir ou implantáveis, é preferido revestir o dispositivo com um "polímero bioestável", o qual se refere àqueles materiais que não sofrem uma degradação significativa quando da exposição prolongada (por exemplo, até uma semana, seis meses, um ano ou mais tempo) a fluidos corporais, tecidos e semelhantes e, assim, permite que o dispositivo passe através da totalidade do tracto intestinal. É preferido que o fluido seja arrastado para dentro e libertado a partir do dispositivo médico, quer através dos poros quer dos canais no polímero. FIG. 1.

Os materiais de revestimento bioestáveis de certas concretizações deste aspecto do invento são materiais de polímero poroso que são caracterizados por poros interligados de tamanho suficiente para permitir o escoamento de fluidos corporais para dentro do dispositivo médico e a libertação a partir do mesmo dos agentes terapêuticos. Os materiais de polímero poroso são de preferência caracterizados por um diâmetro de poro médio de pelo menos cerca de 5 mícrons, mais de preferência, pelo menos cerca de 8 mícrons e, mais de preferência, pelo menos cerca de 10 mícrons. Os polímeros adequados para utilizar nas concretizações em que é obtida uma estrutura porosa por congelamento-secagem incluem qualquer polímero bioestável, tais como os poliuretanos (incluindo dispersões de poliuretano), polímeros de vinilacetato e etileno, hidrogeles tais como gelatina reticulada, dextrano, ácidos policarboxílicos, polímeros celulósicos, gelatina, polivinilpirrolidona, polímeros de anidrido maleico, dispersões de látex acrílico, poliamidas, álcoois polivinílicos, óxidos de polietileno, glicosaminoglicanos, polissacáridos, poliésteres, poliacrilamidas, poliéteres, e misturas de copolímeros dos mesmos. 20 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ Ο termo "analito", tal como aqui utilizado, refere-se a anticorpos, proteinas de soro, colesterol, polissacáridos, ácidos nucleicos, drogas e metabólitos de droga, etc., encontrados nos fluidos corporais e nos tecidos do corpo. Numa outra concretização, o analito é qualquer analito biológico, marcador, gene, proteína, metabólito, ou hormona ou combinação ali que indica um estado biológico desejado para análise para determinar um estado ou condição física. A finalidade do dispositivo inventivo é "detectar" qualitativamente e/ou quantitativamente analitos nos fluidos corporais. De preferência, tal detecção ocorre de modo periódico. De modo mais preferível, a mesma ocorre em tempo real. Numa concretização, os analitos estão presentes em concentrações micromolares a nanomolares e são quimioterapêuticos altamente potentes, tais como aminoglicócidos ou antibióticos, por exemplo, vancomicina, para os quais a monitorização minuto a minuto é altamente desejável porque os analitos têm gamas terapêuticas estreitas.

Através da monitorização contínua dos níveis de analito no corpo, os dispositivos inventivos permitem que o investigador optimize os regimes de terapia e de dosagem e desenvolvam rapidamente modelos farmacocinéticos para drogas experimentais. A validação alvo, a optimização da condução e a optimização do composto (gama terapêutica e estudos de toxicidade) podem agora ser feitos de uma maneira muito mais rápida e mais precisa, uma vez que a monitorização através das concentrações permite uma eliminação ou validação alvo rápidas dos esquemas de dosagem em adição ao desenvolvimento das conduções alvo. Assim, os dispositivos inventivos são úteis na redução da incerteza quanto a entrar nos ensaios clínicos da Fase II e III, diminuindo desse modo o tempo para o registo e os custos globais do desenvolvimento da droga. Além do mais, os dispositivos inventivos proporcionam uma forma de ter percepção das concentrações de droga dos novos compostos numa análise baseada em fluorescência, o que permanece o padrão de ouro da sensibilidade e, pela primeira vez, proporciona uma solução alvo baseada na fluorescência para monitorização dos compostos novos. 21

ΕΡ 1 662 987/PT Ο termo "marcador de doença", tal como aqui referido, é um analito que se pode detectar, por exemplo anticorpos, proteínas de soro, colesterol, polissacáridos, ácidos nucleicos, droqas e metabólitos de droga, etc., encontrados nos fluidos corporais e nos tecidos que estão presentes ou ausentes no corpo e que se sabe que estão correlacionados com a doença. Os analitos, os quais permitem a detecção de certas condições fisiológicas, também podem ser indicativos de uma fisiologia normal saudável. Estes são aqui referidos como sendo analitos biológicos "normais" ou "saudáveis". De preferência, o dispositivo de bioreconhecimento do invento detecta um marcador de doença com base nos dados de parâmetros físicos que permutem discernir entre as características físicas de uma interacção entre 1) um analito biológico de marcação de doença e um agente bioactivo no micro-arranjo; e 2) um analito biológico normal com um agente bioactivo no micro-arranjo. Os analitos biológicos de marcação de doenças permitem a detecção de certas condições fisiológicas, por exemplo, infecção, inflamação, doença autoimune, cancro, etc. Os marcadores de doenças presentemente conhecidos daqueles que são especialistas e os marcadores de doenças que serão conhecidos no futuro são envolvidos por este invento. A presença de um marcador de doença indica a presença de doença e garante a libertação de um agente terapêutico.

Os analitos biológicos de marcação de doença podem ser genes ou os seus produtos, os quais são sobre-exprimidos ou sobre-activos nas células que estão a passar por uma proliferação não desejada. Por exemplo, o dispositivo inventivo pode ser implantado num tumor ou num tecido que se suspeita que contém um tumor, tal como uma cavidade ou espaço deixado para trás a seguir a um procedimento de biopsia. Se o invento detectar concentrações aumentadas de tais analitos biológicos ou formas mutadas sobre-activas de tais analitos, por exemplo, marcadores de doenças, é garantida uma libertação de agente(s) terapêutico(s) tais como um agente citotóxico. Estes analitos biológicos de marcação de doença podem ser indicativos de proliferação celular indesejada tal como o cancro, resultando a proliferação neointima em estenose arterial, psoríase, etc. Os analitos biológicos de marcação de doenças podem ser detectados ao analisar a 22

ΕΡ 1 662 987/PT expressão do gene nos tecidos e fazendo coincidi-la com padrões de expressão de gene de tumor conhecidos ou comparando-as com padrões de expressão normais conhecidos. Numa concretização preferida, os micro-arranjos são utilizados para detectar a presença de um analito biológico de marcação de doença tal como definido pela presença, ausência ou sobre-abundância de uma sequência de nucleótidos particular, incluindo um polimorfismo de nucleótido simples (SNP), mRNA ou uma proteína particular, tal como uma enzima, um anticorpo ou um antigénio.

Numa concretização, os analitos biológicos de marcação de doenças são antigénios específicos de tumor. Por exemplo, tais antigénios são expressos na superfície das ou libertados a partir das células de cancro, por exemplo, o antigénio específico de tumor MUC-1. A detecção da expressão MUC-1 através da detecção do ácido nucleico ou pela actividade da proteína, pode disparar a libertação de agentes citotóxicos como agentes terapêuticos.

Um outro exemplo refere-se a tirosina-quinases receptoras (RTKs), que são importantes na transdução de sinais mitogénicos. As RTKs são proteínas que abarcam uma grande membrana que possui um domínio de ligação de ligandos extracelulares para factores de crescimento tais como o factor de crescimento epidérmico (EGF) , uma porção intracelular que funciona como uma quinase para resíduos de aminoácido fosforilati tirosina nas proteínas citosol, mediando desse modo a proliferação das células. São conhecidas várias classes de tirosina-quinases receptoras com base nas famílias de factores de crescimento que ligam a diferentes tirosina-quinases receptoras. As quinases de Classe I tais como a família EGF-R de tirosina-quinases receptoras incluem os receptores de EGF, HER2-neu, erbB, Xmrk, DER e let23. Estes receptores estão frequentemente presentes nos cancros humanos comuns tais como o cancro da mama, carcinoma de células escamosas do pulmão, cancro da bexiga, cancro esofágico, cancro gastrointestinal tal como do cólon, rectal ou do estômago, leucemia e ovários, o cancro bronquial ou pancreático. À medida que mais tecidos tumorais humanos são testados em relação à família EGF de tirosina-quinases receptoras, espera-se que a sua prevalência 23

ΕΡ 1 662 987/PT dessiminada se venha a estabelecer em outros cancros tais como o cancro da tiróide e do útero. Especificamente, a actividade da tirosine-quinase do EGFR é raramente detectada nas células normais, ao passo que é mais frequentemente detectada nas células malignas. Foi mais recentemente mostrado que o EGFR é sobreexprimido em muitos cancros humanos tal como os tumores do cérebro, células escamosas do pulmão, bexiga, gástricos, peito, cabeça e pescoço, esofágico, ginecológico e tiróide. As tirosina-quinases receptoras também são importantes em outras doenças de proliferação de células tais como a psoríase. As desordens de EGFR são aquelas caracterizadas pela expressão EGFR pelas células que normalmente não exprimem EGFR, ou uma activação EGFR aumentada que conduza à proliferação de células não desejadas, e/ou à existência de niveis de EGFR inapropriados. 0 EGFR é conhecido por ser activado pela sua EGF de ligandos assim como pela transformação do factor alfa do crescimento (TGF-α). A proteína Her2-neu também é um componente da família de tirosina-quinase receptora (RTK) da classe I. A proteína Her2-neu está estruturalmente relacionada com o EGFR. Estes receptores partilham uma arquitectura molecular comum e contêm duas regiões ricas em cisteína dentro dos seus domínios citoplásmicos e regiões enzimáticas estruturalmente relacionadas dentro dos seus domínios citoplásmicos. Em conformidade, a detecção de níveis anormalmente elevados da expressão RTK ou de actividade sinalizadora através da detecção do ácido nucleico ou pela actividade da proteína pode constituir um marcador de doença e pode garantir a libertação dos inibidores de RTK ou agentes citotóxicos como os agentes terapêuticos.

A expressão relativamente elevada dos genes que inibe directamente ou indirectamente os quimioterapêuticos constitui um marcador de doença para fins do invento. Por exemplo, uma elevada expressão de tumor do gene ERCC1 de reparação de DNA garante a libertação de agentes quimioterapêuticos genotóxicos num local elevado contudo numa baixa concentração sistémica. Assim, alcançam-se concentrações que não são sistemicamente sustentadas de modo seguro. Em adição, sabe-se que os elevados níveis de tumor do gene DPD inibem o regime quimioterapêutico com base em 5-FU. De modo semelhante, a elevada expressão de tumor do DPD 24

ΕΡ 1 662 987/PT garante a libertação dos agentes quimioterapêuticos de 5-FU para um local elevado, contudo em baixa concentração sistémica. Em alternativa, o especialista também irá aperceber-se que os elevados niveis de ERCC1 ou DPD podem ser indicadores de uma resistência quimioterapêutica e que a utilização de agentes genotóxicos ou 5-FU, respectivamente, pode não ser apropriada. Num tal caso, os agentes terapêuticos citotóxicos, para além dos agentes genotóxicos ou 5-FU, devem ser libertados a partir do dispositivo, respectivamente.

Em alternativa, o dispositivo pode ser preparado para detectar um painel de marcadores de doenças indicadores de uma doença tal como o cancro e libertar elevadas concentrações locais de agentes citotóxicos tais como um agente terapêutico.

Numa outra concretização, os analitos biológicos de marcação de doença podem ser indicadores de inflamação, o que desempenha um papel crucial na etiologia da doença inflamatório dos intestinos, esclerose múltipla, diabetes de nascença, psoríase, artrite reumatóide, etc. Tais doenças precisavam antecipadamente de grandes doses sistémicas regulares de esteróides potencialmente perigosos para enfrentar apenas a inflamação localizada. Elevadas concentrações localizadas de analitos biológicos tais como TNF-alpha, IL-1, IL-8, IL-2, IL-3, MIF (IL-4), GM-CSF, INF-gama, e TNF-beta são indicadores de inflamação. A detecção de uma concentração anormalmente elevada de tais analitos biológicos constitui um marcador de doença e garante a libertação localizada de drogas anti-inflamatórias ou anticorpos como agentes terapêuticos.

Numa outra concretização, os analitos biológicos de marcação de doença podem ser indicadores de infecção por parte de um micro-organismo. Como tal, os marcadores de doença podem incluir proteínas virais ou bacterianas ou ácidos nucleicos ou fragmentos dos mesmos. Por exemplo, a detecção de analitos biológicos tais como toxinas bacterianas que incluem exotoxinas e enterotoxinas assim como TSST-1, ou outro superantigénio bacterial, ou toxina de botulinum, toxina de difteria, antigénio de protecção de antraz, factor 25 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ de edema de antraz, e factor letal de antraz, etc., assim como proteínas virais tais como a hemaglutinina ou neuraminidase de influenza, irão constituir um marcador de doença indicador de infecção e garantir a libertação localizada de drogas anti-microbianas ou anticorpos específicos para toxinas como agentes terapêuticos.

Um outro aspecto do invento refere-se a um micro-arranjo. 0 micro-arranjo é a porção do dispositivo inventivo que facilita uma interacção entre um analito e um agente bioactivo. Na sua concretização mais básica, um "micro-arranjo", tal com aqui definido, pode constituir qualquer superfície, por exemplo, a parede de um canal microfluídico, coberta ou funcionalizada por um agente bioactivo, de tal modo que um dispositivo de exploração de micro-arranjo pode detectar interacções entre um agente bioactivo e um analito. As FIGS. 8, 10, 11. Numa outra concretização, o micro-arranjo é uma colecção de sítios de teste miniaturizados dispostos sobre uma superfície que permite que sejam realizados em paralelo muitos testes ou análises. Neste contexto, o micro-arranjo está directamente exposto aos fluidos corporais e/ou tecidos e pode ser capaz de processar simultaneamente uma pluralidade de análises diferentes e proporcionar a interacção de um ou mais agentes bioactivos com um ou mais analitos biológicos.

Por exemplo, a capacidade de um biosensor de arranjo baseado em fluorescência para medir e quantificar a ligação de um antigénio num anticorpo imobilizado tem vindo a ser demonstrada pela utilização dos quatro formatos de imunoanálise diferentes: directo, competitivo, deslocamento e sanduíche. Sapsford et al., Anal Chem. 2002 Mar 1;74(5): 1061-8, utilizou um arranjo padronizado de anticorpos específicos para 2,4,6-trinitrotolueno (TNT) imobilizado na superfície de uma guia de onda plana e mediu sinais a partir de diferentes concentrações de antigénio de modo simultâneo. Para análises directas, competitivas e de deslocamento, as quais são análises de um passo, foram obtidas medições em tempo real. Foram calculadas curvas sensíveis à dose para todos os quatro formatos de análise, demonstrando a capacidade do arranjo do biosensor para quantificar a quantidade de antigénio presente na solução. 26 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ

Numa concretização deste aspecto do invento, o micro-arranjo é uma área numa fibra óptica de vidro que é funcionalizada com um agente bioactivo. FIG. 11. Numa outra concretização, o micro-arranjo pode ter uma pluralidade de fibras ópticas de vidro, cada uma funcionalizada com os mesmos agentes bioactivos ou diferentes. Numa concretização particular, o agente bioactivo do micro-arranjo é uma proteína tal como um anticorpo específico para um analito. Podem ser empregues dois procedimentos exemplificativos para fixar os agentes bioactivos de proteína às fibras ópticas de vidro. 0 primeiro baseia-se no desenvolvido por Bhatia et al. 1998, "Analytical Biochemistry", 178 408-13. Isto evolve a funcionalização de uma superfície com 3-mercaptopropiltrimetoxissilano. Em seguida, um reticulador de éster de Ν-γ-malemidobutilriloxissuccimida é utilizado para fixar o agente bioactivo de proteína à superfície funcionalizada. O segundo procedimento envolve a utilização de um método baseado em Dextrano descrito por Tedeschi et al. 2003, "Biosensors and Bioelectronics", 19 85-93. Este método utiliza éter glicidil-3-(trimetoxissilil)propílico para ligar os grupos de hidroxilo livre em vidro transparente ao polímero de Dextrano. Os agentes bioactivos de proteína são ligados à matriz de Dextrano a seguir à acidificação dos grupos de ácido carboxílico no mesmo. De modo opcional, a fibra pode ser revestida com uma membrana estereoquímica que separa os analitos apontados.

De preferência, a fibra é inserida directamente dentro da micro-agulha e as paredes das micro-agulhas são revestidas com geles de polímero para situações selectivamente e especificamente baseadas na ligação.

Nas concretizações que utilizam fibras ópticas de vidro, é utilizada uma fonte de luz para excitar os agentes e/ou analitos bioactivos etiquetados de modo fluorescente, de tal modo que a fluorescência se possa alterar de modo fluorescente quando da interacção com analitos alvos em fluidos corporais. FIG. 11. Uma fonte de luz para excitação pode ser um módulo de laser. A luz pode ser lançada na fibra óptica que contém uma região funcionalizada, isto é, uma região descascada de revestimento de fibra e quimicamente 27

ΕΡ 1 662 987/PT preparada para revestimento de agente bioactivo. FIGS. 9, 11. Devido à falta de revestimento, uma onda evanescente emana a partir da fibra num ponto e incita a fluorescência a partir dos agentes bioactivos apontados fluorescentes ou analitos apontados fluorescentes ligados aos agentes bioactivos que se pretendem ser analitos deslocados de modo competitivo no fluido corporal a ser amostrado. FIGS. 8, 11. A luz emitida entra de novo na passagem da mesma fibra. A luz que volta para a fibra é detectada pelo dispositivo de exploração de micro-arranjo o qual pode ter um separador óptico de fibra, filtros passa-banda capazes de remover a luz ambiente de fundo e um detector de fotodiodo. Pode ser visto na FIG. 11 um esquema da preparação aqui descrita.

De preferência, o agente bioactivo é um anticorpo que é capaz de ligar especificamente uma droga de analito. Em alternativa, o agente bioactivo é um antigénio que é capaz de ligar especificamente anticorpos do soro. Nesta última concretização, os dispositivos inventivos podem detectar a produção de tipos específicos de anticorpos produzidos em resposta a certos estímulos imunológicos, por exemplo o HIV ou a infecção por tuberculose.

Numa outra concretização, o micro-arranjo facilita a interacção entre 1) um analito biológico de marcação de doença e um agente bioactivo no micro-arranjo; e 2) um analito biológico normal com um agente bioactivo no micro-arranjo. Neste contexto, o agente bioactivo interactua de modo diferencial com o analito biológico normal e um analito biológico de marcação de doença.

Numa outra concretização do micro-arranjo, são utilizados arranjos de micro-contas. Pretende aqui significar-se por "micro-esferas" ou "contas" ou "partículas" ou equivalentes gramaticais as partículas discretas pequenas. A composição das contas irá variar, dependendo da classe do agente bioactivo e do método de síntese. As composições de contas adequadas incluem aquelas que se utilizam em péptidos, ácido nucleico e na síntese de porções orgânicas, incluindo, mas não se limitando, ao plástico, cerâmicas, vidro, poliestireno, metilestireno, polímeros acrílicos, materiais paramagnéticos, sol de tória, carbono grafitado, dióxido de 28 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ titânio, látex ou Dextranos reticulados tais como Sepharose, celulose, nylon, micelas reticuladas e teflon que podem todos ser utilizados. 0 "Microsphere Detection Guide" da Bangs Laboratories, Fishers Ind. é um guia útil e é incorporado por referência na sua totalidade. As contas não precisam ser esféricas; podem ser utilizadas partículas irregulares. Em adição, as contas podem ser porosas, aumentando assim a área superficial da conta disponível quer para a fixação do agente bioactivo quer para a fixação da etiqueta. Os tamanhos das contas vão de nanómetros, por exemplo 100 nm, aos milímetros, por exemplo 1 mm, sendo preferidas as contas de cerca de 0,2 mícron até cerca de 200 mícrons, e sendo particularmente preferidas de cerca de 0,5 até cerca de 5 mícrons, muito embora em algumas concretizações possam ser utilizadas contas mais pequenas ou maiores. De preferência, cada micro-esfera compreende um agente bioactivo.

Um outro aspecto do invento refere-se a um "agente bioactivo". Tal como aqui utilizado, o mesmo descreve qualquer molécula, por exemplo, proteína, oligopeptido, pequenas moléculas orgânicas, polissacárido, polinucleotido, etc. que se utilizam no micro-arranjo e podem interactuar com um analito ou interactuar de modo diferenciado com analitos biológicos normais e de marcação de doenças presentes nos fluidos corporais ou tecidos. Os agentes bioactivos podem ser etiquetados de tal maneira a permitirem que o dispositivo de exploração de micro-arranjo se assegure de certos parâmetros físicos específicos para o agente bioactivo que são alterados quando da interacção com os analitos biológicos.

Numa concretização, os agentes bioactivos são etiquetados de modo fluorescente e a sua fluorescência é alterada de modo detectável quando da interacção com os analitos alvo nos fluidos corporais. Em alternativa, os agentes bioactivos estão pré-associados aos analitos etiquetados, de tal modo que os analitos etiquetados são deslocados de modo competitivo por analitos nos fluidos corporais. Em qualquer dos casos, as características fluorescentes do micro-arranjo são alteradas quando da interacção do micro-arranjo com os analitos em fluidos corporais, de tal maneira que podem ser detectados por um dispositivo de exploração de micro-arranjo. 29

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Mais de preferência, quer os analitos quer os agentes bioactivos são etiquetados com nanocristais fluorescentes. Em comparação com os corantes orgânicos tais como a rodamina, os nanocristais são aproximadamente tão brilhantes quanto pelo menos 20 vezes, aproximadamente tão estáveis quanto pelo menos 100 vezes contra o fotobranqueamento, e são aproximadamente tão amplos quanto um terço na largura de linha espectral de emissão. Ver, por exemplo, Bruchez, et al., "Science", 281:2013-2016 (1998); Chan e Nie, "Science", 281:2016-2018 (1998); Bawendi et al., Annu. Rev. Phys. Chem. 41:477-496 (1990), e as referencias ali citadas, as quais estão todas expressamente incorporadas por referência. O brilho, estabilidade e estreiteza da largura de banda de emissão contribuem todos para a capacidade de utilizar um número relativamente grande de cores diferentes tal como descrito adicionalmente abaixo (isto é, nanocristais de tamanho diferente) enquanto se preserva a capacidade de as determinar umas das outras, e de determinar quantidades diferentes de cada nanocristal. Em adição, o amplo espectro de excitação permite que muitos nanocristais diferentes sejam excitados por uma fonte de luz comum.

Os agentes bioactivos podem compreender grupos funcionais necessários para a interacção estrutural com as proteinas, em particular a ligação de hidrogénio, e tipicamente incluem pelo menos um grupo amina, carbonilo, hidroxilo ou carboxilo, e de preferência pelo menos dois dos grupos quimicos funcionais. Os agentes bioactivos compreendem muitas vezes estruturas de carbono cíclicas ou heterociclícas e/ou aromáticas ou estruturas poliaromáticas substituídas por um ou mais dos grupos funcionais acima. Os agentes bioactivos também se encontram entre as biomolécules, incluindo péptidos, ácidos nucleicos, saccáridos, ácidos gordos, esteróides, purinas, pirimidinas, derivados, análogos estruturais ou suas combinações. São particularmente preferidos os ácidos nucleicos e as proteínas. "Interactuar com", tal como aqui utilizado, refere-se à ligação iónica, covalente ou de hidrogénio, ligação de proteínas, hibridização do ácido nucleico, atracção magnética ou hidrófoba ou outra associação detectável e/ou 30 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ quantificável de um analito e um agente bioactivo no micro-arranjo. "Interactuar de modo diferenciado com" refere-se ao facto de um analito biológico de marcação de doença vir a actuar com um agente bioactivo de modo diferente do que com um analito biológico indicativo de fisiologia normal.

Por exemplo, as diferenças fisicas na interacção entre 1) um analito biológico de marcação de doença e um agente bioactivo, e 2) um analito biológico normal com um agente bioactivo, podem detectar-se ao comparar as caracteristicas fisicas do agente bioactivo antes, durante ou depois da interacção com o analito biológico. As mudanças que se podem detectar e/ou que se podem quantificar nos agentes bioactivos quando da interacção com um analito biológico podem medir-se através de uma série de parâmetros fisicos que dependem da natureza do agente bioactivo empregue. Por exemplo, uma associação que se pode detectar e/ou que se pode quantificar pode ser evidenciada por uma mudança na intensidade ou comprimento de onda da fluorescência devido à ligação ou hibridização do agente bioactivo com um analito biológico.

Numa outra concretização, a ligação (interacção), de um anticorpo associado a fluorescência num micro-arranjo (agente bioactivo), especifico para uma proteína de tumor específico particular (analito biológico de marcação de doença), resulta numa mudança detectável na intensidade da fluorescência do agente bioactivo. Esta mudança esteriotipada que é indicadora da presença de um marcador de doença particular foi previamente determinada empiricamente enquanto se selecciona o agente bioactivo apropriado e o marcador de doença alvo. Enquanto que a ligação não específica pode alterar a fluorescência do agente bioactivo, não irá fazer isso de uma maneira predicável e estereotipada, consistente com os resultados determinados empiricamente e, como tal, não serão indicativas da presença de um analito biológico de marcação de doença.

Uma característica do invento refere-se a um "dispositivo de exploração de micro-arranjo". Os dados de parâmetros físicos de uma interacção entre analitos e os agentes bioactivos do micro-arranjo são de preferência "lidos" por um dispositivo de exploração de micro-arranjo e 31

ΕΡ 1 662 987/PT transmitidos a um dispositivo de bioreconhecimento para determinar a presença, ausência ou quantidade de analitos nos fluidos corporais. De preferência, uma mudança nas características físicas do micro-arranjo é detectada quando da interacção entre o analito e o agente bioactivo. Em alternativa, o dispositivo de exploração tem capacidade para discernir entre as características físicas de uma interacção entre 1) um analito biológico de marcação de doença e um agente bioactivo no micro-arranjo, e 2) um analito biológico normal com um agente bioactivo no micro-arranjo.

Os "dados de parâmetros físicos" tal como aqui referidos incluem informação relacionada com a interacção entre analitos com agentes bioactivos no micro-arranjo recolhidos pelo dispositivo de exploração de micro-arranjo. Os dados de parâmetros físicos são transmitidos ao dispositivo de reconhecimento biométrico para análise. 0 dispositivo de exploração mede as características físicas, por exemplo, bioeléctricas, biomagnéticas ou bioquímicas, as características das interacções entre os analitos biológicos e o agente bioactivo do micro-arranjo ao recolher dados acerca de um ou mais parâmetros físicos relacionados com a interacção. Tais parâmetros podem incluir, mas não estão limitados a: fluorescência, resistência à ligação, especificidade da ligação, carga, etc.

De preferência, os dados de parâmetros físicos são armazenados ou comparados com perfis armazenados de dados de parâmetros físicos num sistema bioinformático que incorpora dados farmacogenómicos e farmacocinéticos nos seus modelos para a determinação da toxicidade e dosagem. Isto não só permite a geração de dados para anos de ensaios clínicos antes dos processos correntes, como também permite a eliminação de disparidades correntes entre a eficácia aparente e a toxicidade real das drogas através de uma monitorização continua em tempo real. Para utilizar em ensaios clínicos durante o processo de decisão ir/não ir, podem ser conduzidos estudos de população de comparação em grande escala com os dados armazenados na base de dados através da informação armazenada no servidor. Isto permite que mais pacientes entrem nos ensaios clínicos de uma maneira segura e mais antecipada. Numa outra concretização, os 32 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ biomarcadores descobertos nos estudos de tecido humano podem ser alvo por parte do dispositivo para uma precisão melhorada na determinação dos percursos das drogas e na eficácia dos estudos do cancro.

Numa concretização desta caracteristica, os micro-arranjos estão concebidos de tal modo que os elementos de fibra óptica sejam capazes de emitir e receber luz num comprimento de onda particular, para permitir a aquisição dos dados de parâmetros fisicos relacionados com a interacção entre o agente bioactivo e o analito. Num exemplo, os agentes bioactivos no micro-arranjo são substancialmente saturados com uma quantidade predeterminada de analito etiquetado de modo fluorescente, de tal modo que, quando os mesmos interactuam com um analito alvo não etiquetado a partir de um fluido corporal, o analito não etiquetado desloca de modo competitivo o analito etiquetado no micro-arranjo para uma extensão comensurada com a sua concentração dentro do fluido corporal. Como tal, o dispositivo de exploração de micro-arranjo irá detectar e transmitir uma correspondente diminuição na fluorescência no micro-arranjo.

Num outro exemplo, logo que a luz tenha sido absorvida por um corante no agente bioactivo, alguma luz de comprimento de onda e intensidade variáveis regressa, e é transportada quer através da mesma fibra ou fibras de recolha para o dispositivo de exploração de micro-arranjo para quantificação. As interacções entre a luz transportada pela fibra óptica e as propriedades de um corante que absorve luz proporcionam uma base óptica tanto para as determinações qualitativas como quantitativas das mudanças nas caracteristicas físicas evidenciadas pela interacção entre os analitos e os agentes bioactivos. Ver a Patente U.S. No. 6,482,593 e a 6,544,732. 0 dispositivo de reconhecimento biométrico recebe dados de sinais de recepção ópticos e de fluorescência, isto é, dados de parâmetros físicos, e pode dar instruções ao dispositivo de libertação de agente terapêutico que distribui agentes terapêuticos específicos. Um exemplo de um dispositivo de exploração de micro-arranjo adequado encontra-se comercialmente disponível a partir de várias fontes tal como a Illumina, Inc. de San Diego, CA. 33 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ

Uma possibilidade para detectar diferenças na fluorescência que resulta de interacções entre os analitos e os agentes bioactivos é pela detecção de emissões com um detector na vizinhança das moléculas emissoras. Uma outra possibilidade é o acoplamento das emissões numa fibra a detectar-se na extremidade distai por um detector. A fibra que detecta a fluorescência pode ser a mesma fibra que distribui a luz que vem ou uma fibra separada exclusivamente para a detecção de fluorescência. No caso da última, a fibra de detecção do micro-arranjo tem de ser descascada do revestimento e tratada para um acoplamento óptimo. Acoplar de novo numa fibra pode ser mais eficiente ao utilizar lentes adjacentes à fibra para focar a luz emitida com mais precisão. Os detectores, tal como previamente descritos, podem incluir CCDs, PMTs e, de modo mais preferível, fotodíodos. Os detectores irão de modo mais provável ser selectivos para o comprimento de onda da emissão pela utilização de um filtro passa-banda. Este detector pode estar localizado na extremidade distai da fibra de distribuição.

Uma fibra óptica de vidro de micro-arranjo exemplificativa ligada a uma porção de um dispositivo de exploração de micro-arranjo está mostrada na FIG. 11. A figura ilustra uma fibra não revestida funcionalizada que se prolonga para dentro dos micro-canais do dispositivo e constitui uma porção do micro-arranjo. 0 micro-arranjo dos dispositivos inventivos pode incluir pelo menos uma ou uma pluralidade de fibras ópticas que podem estar num sistema de fibra óptica bifurcada.

Na figura, a fibra óptica é funcionalizada com um agente bioactivo de anticorpo e é preparada para funcionar como análise de deslocamento similar à de uma imunoanálise de polarização de fluorescência. Uma vez que as fibras propagam a luz ao utilizar os princípios da reflexão interna total (TIR), as ondas evanescentes são emitidas de modo perpendicular à fibra em regiões nuas (isto é, a região funcionalizada). Uma onda evanescente irá ser absorvida por quaisquer moléculas presentes na superfície da fibra, e uma espectral com comutação de alimentação é emitida pelos fluoróforos (caso estejam presentes). A fibra encontra-se em comunicação óptica com um separador de fibra que permite que 34 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ a luz passe para a fibra não revestida funcionalizada e reencaminhe a luz que volta da fibra não revestida funcionalizada para um detector de fotodíodo.

Na concretização de penso do dispositivo inventivo que tem um componente descartável e um não descartável, o componente descartável tem micro-agulhas, micro-canais e um micro-arranjo. Quando inseridas, as fibras ópticas do micro-arranjo do componente descartável estão em comunicação óptica com um separador de fibra e um detector de fotodiodo correspondentes, constituindo uma porção do dispositivo de exploração de micro-arranjo do componente não descartável do penso.

Numa outra concretização do dispositivo de exploração de micro-arranjo, uma mudança na fluorescência do micro-arranjo é detectada quando da sua interacção com um analito que utiliza um espectrómetro de fluorescência de reflexão interna total (TIRF). 0 principio da TIRF está ilustrado esquematicamente na FIG. 9, 10. A reflexão interna total é um fenómeno óptico que ocorre quando a propagação da luz num meio denso (tal como o vidro) encontra uma interface com um meio menos denso, tal como uma substância tampão ilustrada na FIG. 9. Se a luz encontrar a interface num ângulo pequeno, alguma da luz passa através da interface (é refractada) e alguma é reflectida de volta para o meio denso. Num certo ângulo, toda a luz é reflectida. Este ângulo é conhecido como o ângulo critico e o seu valor depende dos indices de refracção do meio. Contudo, alguma da energia do feixe propaga-se numa curta distância (de preferência umas centenas de nanómetros) para a substância tampão, gerando uma onda evanescente. Se esta energia não for absorvida, passa de volta para o vidro onde pode ser detectada. Contudo, se uma molécula de fluoróforo associada a um agente bioactivo ou analito etiquetado estiver dentro da onda evanescente pode absorver fotões e ser excitada. Deste modo, é possivel obter fluorescência com um fundo muito baixo de luz de excitação.

Os niveis de fluorescência a partir de um único fluoróforo são extremamente baixos (centenas de milhares de fotões por segundo). Contudo, é de preferência detectado em duas formas. A primeira consiste na utilização de uma câmara 35 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ CCD intensificada que pode produzir uma imagem, na qual os fluoróforos ligados irão aparecer como pontos brilhantes. Em alternativa, é possível criar imagem do fluoróforo através de um buraco de alfinete num tubo fotomultiplicador (PMT), com o qual se pode contar o número de fotões detectado. De preferência, um tal dispositivo de exploração de micro-arranjo que utiliza um sistema óptico integrado é empregue como o sensor Spreeta™ da Texas Instruments. Mais de preferência, o dispositivo de exploração de micro-arranjo utiliza uma ressonância de plasmon superficial, uma técnica baseada na onda evanescente similar à TIRF. Num tal sensor, é utilizada uma fonte de luz LED polarizada juntamente com um arranjo de fotodetector para medir a posição da luz reflectida.

Uma outra característica deste aspecto do invento refere-se a um dispositivo de reconhecimento biométrico o qual, através da análise dos dados de parâmetros físicos, por exemplo, uma imagem de fluoróforo ou contagem de fotões, recolhida pelo dispositivo de exploração de micro-arranjo, determina a ausência, presença ou quantidade de um analito. Quando um analito interactua com um agente bioactivo no micro-arranjo, o dispositivo de exploração de micro-arranjo transporta dados acerca dos parâmetros físicos da interacção para o dispositivo de bioreconhecimento que, por sua vez, faz coincidir aqueles dados com um perfil conhecido de interacção de analito para determinar a presença, ausência e/ou quantidade de um analito.

Numa concretização, o analito biológico de marcação de doenças interactua com um agente bioactivo num micro-arranjo de uma maneira esteriotipada e predicável e a interacção é evidenciada por dados de parâmetros físicos que se podem reproduzir e predizíveis. Os dados conhecidos são aqui referidos como um "perfil de interacção de analito". Tais perfis terão sido empiricamente estabelecidos in vitro e o dispositivo de reconhecimento biométrico pode ter acesso tanto aos perfis de interacção de analito de marcadores de doença como aos de analitos normais. 0 dispositivo de reconhecimento biométrico recebe dados de parâmetros físicos crus a partir do dispositivo de exploração de micro-arranjo e compara essa informação com os perfis de interacção de 36 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ analito armazenados. 0 dispositivo de reconhecimento biométrico pode ter acesso tanto aos perfis de interacção de analito de marcadores de doenças como aos de analitos normais. 0 dispositivo de reconhecimento biométrico está quer localizado no dispositivo médico inventivo quer localizado externamente. A comunicação entre o dispositivo de exploração de micro-arranjo e o dispositivo de reconhecimento biométrico pode ser facilitada por uma rede de área local (LAN) ou uma rede de área local sem fios (WLAN), por exemplo, por tecnologia Bluetooth®. Em adição, o dispositivo de reconhecimento biométrico também pode armazenar perfis de interacção de analito e construir uma base de dados farmacocinética de informação acessível na forma de perfis de interacção de analitos.

Numa configuração particularmente preferida para detectar e quantificar a presença de analitos, o dispositivo é um penso com canais microfluídicos tal como mostrado na FIG. 5. 0 dispositivo tem pelo menos duas entradas que alimentam para um canal principal. 0 sangue de amostra (que contém o analito) é alimentado para dentro de uma entrada e a entrada oposta é alimentada por uma solução tampão. Em pequenas dimensões, os fluidos escoam-se na ausência de inércia e mistura turbulenta; assim, o sangue e a substância tampão escoam-se em correntes paralelas. Os micro-canais têm de preferência entre cerca de 50 e cerca de 200 ym, mais de preferência cerca de 75 e cerca de 150 ym e, de modo mais preferível, cerca de 100 ym de diâmetro.

De preferência, o bombear dos fluidos através dos canais de uma maneira controlada é feito de uma maneira controlada por acção de mecha ou um vácuo no qual uma membrana é partida por activação das micro-agulhas para criar uma força de puxar pressurizada que trás o fluido através dali. Os canais podem ser produzidos por moldagem por injecção de precisão ou gravação a laser. O tamanho do canal assim como a química superficial do micro-arranjo pode ser ajustado para ter em conta o tamanho das medições de analitos. A adição de um sistema de bombagem 37 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ pneumático e válvulas de fluido ou um sistema micro-PCR e novos químicos pode ainda ser incluído para aumento da sensibilidade. 0 sistema de micro-canais permite que ocorra um evento de ligação de difusão controlada quer na superfície de um canal funcionalizado quer numa fibra funcionalizada roscada no meio do canal para optimização da área superficial óptica. Isto permite que um sensor baseado numa onda evanescente detecte o analito a partir do fluido tal como o sangue total, ao penetrar apenas cerca de 1000 angstroms dentro da superfície. Em alternativa, no caso da fibra embutida no meio da corrente, a difusão e a separação podem permitir um sistema ainda mais simples no qual as leituras podem ser tiradas em qualquer dos lados da fibra. O fabrico de elementos microfluídicos nos dispositivos inventivos pode ser levado a cabo ao utilizar a tecnologia da Micronics, Inc de Redmond, WA. Especificamente, a tecnologia de laminado de plástico em película permite a criação de dispositivos microfluídicos de três dimensões por corte a laser. As características são cortadas em películas de plást ico e depois subsequentemente dispostas em camadas em conjunto na orientação própria para formar uma rede microfluídica. Em alternativa, os canais podem ser feitos em polidimetilsiloxano (PDMS), por exemplo, utilizando técnicas de litografia suave (Duffy et al., Anal Chem., 1998). Em adição, os canais podem ser directamente gravados em silício. Uma vez que os canais estejam fabricados, os agentes bioactivos podem depois ser introduzidos no dispositivo ao imobilizar os mesmos numa superfície de vidro. Uma superfície de vidro pode ser ligada ao canal que forma a "tampa" ou superfície de topo do canal, de tal modo que a corrente de substância tampão entre em contacto com a superfície carregada com anticorpo. Em alternativa, a superfície de vidro é uma fibra óptica de vidro. A fibra óptica pode ser quer uma fibra de único modo ou de preferência uma fibra de múltiplos modos. Uma ou mais fibras podem ser enroscadas através do centro do canal. Neste caso, o canal pode ser dividido em duas correntes de sangue que envolvem uma corrente de substância tampão central e a difusão irá ocorrer a partir de ambas as direcções. 38 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ

Em oposição ao material celular e às macromoléculas, as moléculas, tais como os analitos alvo, podem passar através da interface sangue/substância tampão fluido/fluido por difusão. Uma vez que a taxa de difusão é inversamente proporcional ao tamanho molecular, uma droga de pequena molécula irá migrar muito mais longe do que quer as proteínas provenientes do sangue quer as células. Isto cria efectivamente uma separação por tamanho.

Numa concretização, o canal está concebido de tal modo que apenas as moléculas de droga se difundem tão longe quanto a parede oposta do micro-canal (adjacente à corrente de substância tampão). Esta parede constitui um micro-arranjo tal como aqui definido, dado que pode ser revestida com uma quantidade predeterminada de anticorpos anti-droga que são pré-ligados com moléculas de droga etiquetadas de modo fluorescente. Surge uma troca de equilíbrio de tal modo que algumas das moléculas de droga etiquetadas são deslocadas de modo competitivo pelas drogas não etiquetadas que se difundiram para a parede (FIGS. 8, 19). A taxa de troca está dependente da concentração, dando assim uma medida da concentração da droga no sangue. É importante reconhecer que como uma imunoanálise, o anterior pode ser adaptado para detectar virtualmente qualquer analito para o qual um anticorpo pode ser gerado.

Na concretização anterior, a interacção entre o agente bioactivo e o analito a ser detectado tem lugar no lado de substância tampão do canal, podendo uma medição de fluorescência ser feita por espectrómetro TIRF ao utilizar uma amostra de sangue total. Como tal, a detecção de fluorescência tem lugar no lado de substância tampão do canal e não é obscurecida por partes fluorescentes na amostra de sangue total. Em adição, uma vez que a medição é feita em micro-canais, apenas são necessários volumes muito pequenos da amostra.

Na concretização preferida de penso que tem um micro-arranjo de anticorpos de anti-glucose, a concentração de glucose pode ser medida numa amostra de cerca de 0,01 a cerca de 0,4 μΐ, de preferência, cerca de 0,05 a cerca de 0,3 μΐ e, 39

ΕΡ 1 662 987/PT de modo mais preferível, 0,1 a 0,2 μΐ de sangue. Numa outra concretização preferida de penso que tem um micro-arranjo de anticorpos de anti-Vancomicina, a concentração de Vancomicina pode ser medida numa amostra de cerca de 0,01 a cerca de 0,4 μΐ, de preferência, cerca de 0,05 a cerca de 0,3 μΐ e, de modo mais preferível, 0,1 a 0,2 μΐ de sangue. Em adição, nestas concretizações, podem ser conduzidas medições muito rápidas em menos de cerca de um minuto.

Em ainda uma outra concretização, o dispositivo monitoriza a concentração de um analito e liberta agente terapêutico em resposta à concentração do analito. De preferência, o analito é uma droga particular ou um metabólito dessa droga e o agente terapêutico é a mesma droga. Esta configuração é particularmente desejada quando uma droga tem uma gama terapêutica estreita e é importante manter uma certa concentração do analito/droga na corrente sanguínea ou num local particular dentro do corpo. Em conformidade, quando o dispositivo detecta uma queda na concentração da droga ou num dos seus metabólitos na corrente sanguínea ou num local particular dentro do corpo, o dispositivo pode libertar uma certa quantidade da mesma droga para ajustar a concentração de droga sistémica ou local de volta para o nível desejado. Por exemplo, a insulina ou os antibióticos tais como a vancomicina, podem ser ambos o analito alvo e o agente terapêutico. O invento também contempla um dispositivo médico capaz da distribuição localizada de um ou mais agentes terapêuticos quando da detecção de um analito indicador de doença, isto é, um analito de marcação de doença. Numa outra concretização deste aspecto do invento, o dispositivo liberta um único agente terapêutico em resposta à detecção de vários marcadores de doença. Em alternativa, o dispositivo pode libertar agentes terapêuticos diferentes apropriados para a detecção de diferentes marcadores de doença. Numa outra concretização, a droga é libertada através de micro-agulhas. Numa outra concretização, um agente terapêutico pode ser libertado para dentro de um compartimento de solução salina dentro do dispositivo, que serve como um fluido de suporte. Em ainda uma outra concretização deste aspecto do invento, os lipossomas são cheios com um agente terapêutico e os 40

ΕΡ 1 662 987/PT lipossomas são revestidos com anticorpos que ligam especificamente um tipo de célula especifico. Este método permite a distribuição de grandes quantidades de droga para o tipo de célula apropriado quando da detecção de um marcador de doença. O dispositivo pode conter um ou mais reservatórios que compreendem agente(s) terapêutico(s). O reservatório retém o agente terapêutico até o mesmo ser dirigido pelo dispositivo de bioreconhecimento, quando da detecção de um marcador de doença, para libertar o agente terapêutico de uma maneira controlada, por exemplo, recebe a instrução quanto à taxa de libertação e a quantidade do agente a ser libertado. Em alternativa, pode ser programada no dispositivo uma única taxa ou dose de libertação. O reservatório pode conter uma mistura de um ou mais agentes terapêuticos. Em alternativa, o dispositivo pode compreender vários reservatórios de um ou mais agentes terapêuticos. De preferência, existe uma pluralidade de reservatórios.

Um "agente terapêutico", tal como aqui utilizado, refere-se aos compostos que são úteis ou apropriados no tratamento de uma doença associada a uma anomalia biológica particular indicadora de doença, por exemplo, o analito de marcação de doença. Os agentes terapêuticos do invento são qualquer substância terapêutica para o tratamento de doenças que incluem por exemplo: compostos farmacêuticos que são, de preferência, distribuídos localmente tais como as quimioterapias, esteróides, ácidos nucleicos terapêuticos incluindo DNA, RNA, RNA duplamente torcido (por meio da interface RNA) e RNA anti-sentido, ou proteínas tais como as imunoglobulinas, factores de crescimento, agentes anti-inflamatórios ou inibidores de enzimas, etc.

Pela libertação do agente terapêutico a partir do dispositivo, pode ser preferível estabelecer uma concentração local eficaz da droga. Por exemplo, em concretizações de investigação e implantação do dispositivo, a concentração local pode exceder substancialmente a concentração sistémica segura para a mesma droga, poupando assim o paciente a um substancial desconforto, maximizando no entanto a eficácia. A libertação localizada de corticosteroides apropriados para o 41 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ tratamento de uma inflamação localizada é aqui envolvida. De modo adicional, a libertação localizada de anticorpos especificamente patogénicos para o tratamento da infecção é aqui envolvida. A formulação e a dosagem exactas podem ser escolhidas pelo médico individual tendo em conta a condição do paciente. (Ver por exemplo Fingi et al., na "The Pharmacological Basis of Therapeutics", 1975, Ch. 1 p. 1).

Numa outra concretização, um analito biológico indicador de uma proliferação celular não desejada é detectado e é preferível libertar localmente agente(s) terapêutico (s) que tenham um efeito anti-proliferativo. Por exemplo, sirolimus (rapamicina) ou paclitaxel são muito eficazes na inibição da proliferação suave das células musculares durante uma hiperplasia neointima.

Num outro exemplo para responder à presença de analitos biológicos indicadores de proliferação não desejada, a quimioterapia baseada em 5-FU que compreende a administração de 5-FU, os seus derivados, sozinhos ou com outros quimioterapêuticos, tais como leucovorina ou com um inibidor de DPD tal como uracilo, 5-etiniluracilo, bromoviniluracilo, timina, benziloxibenziluracila (BBU) ou 5-cloro-2,4-di-hidroxipiridina, é libertada a partir do dispositivo médico. Além do mais, verificou-se que a coadministração de um derivado de 5'-desoxi-citidina da fórmula (I) com 5-FU ou um seu derivado, melhora significativamente a distribuição de um agente quimioterapêutico de modo selectivo aos tecidos do tumor em comparação com a combinação de 5-FU ou um seu derivado com um 5-etiniluracilo inibidor de DPD.

Em alternativa, os agentes genotóxicos são aqueles que formam lesões genómicas persistentes e são preferidos de utilizar como agentes quimioterapêuticos na gestão clínica da proliferação celular indesejada. A taxa de reparação celular dos danos no DNA induzidos por genotoxina, assim como a taxa de crescimento de células através do ciclo de divisão de células, afecta o resultado da terapia de genotoxina. Uma classe geral de compostos genotóxicos que se utilizam para tratar muitos cancros são os agentes alquilantes de DNA e os agentes intercaladores de DNA. Os psoralenos são compostos genotóxicos que se sabe que são úteis no tratamento 42

ΕΡ 1 662 987/PT fotoquimioterapêutico de doenças cutâneas tais como a psoriase, vitiligo, infecções de fungos e linfoma de células T cutâneas. "Harrison's Principies of Internai Medicine", Parte 2, "Cardinal Manifestations of Disease", Ch. 60 (12th ed. 1991). Uma outra classe geral de compostos genotóxicos, cujos membros podem alquilar ou intercalar no DNA, incluem antibióticos originados sinteticamente e naturalmente. São aqui de particular interesse os antibióticos anti-neoplásicos, os quais incluem mas não estão limitados às classes que se seguem dos compostos representados por: amsacrina; actinomicina A, C, D (em alternativa conhecida como dactinomicina) ou F (em alternativa KS4); azaserina; bleomicina; carminomicina (carubicina), daunomicina (daunorubicina), ou 14-hidroxidaunomicina (adriamicina ou doxorubicina); mitomicina A, B ou C; mitoxantrona; plicamicina (mitramicina); e semelhantes. Ainda uma outra classe geral de agentes genotóxicos que se utilizam em comum e que alquilam DNA, são aqueles que incluem as haloetilnitrosoureias, especialmente as cloroetilnitrosoureias. Os componentes representativos desta classe ampla incluem carmustina, clorozotocina, fotemustina, lomustina, nimustina, ranimustina e estreptozotocina. Os primeiros agentes de haloetilnitrosoureia podem ser análogos ou derivados de qualquer dos compostos representativos anteriores.

Os tumores que podem correntemente gerir-se por compostos de coordenação de platina tais como cisplatina ou oxaliplatina incluem carcinomas testicular, endometrial, cervical, gástrico, células escamosas, adrenocortical e do pulmão de células pequenas juntamente com meduloblastomas e neuroblastomas. Outros agentes terapêuticos anti-cancro citotóxicos incluem, por exemplo, BEP (bleomicina, etoposido, cisplatina) para o cancro testicular, MVAC (metotrexato, vinblastina, doxorubicina, cisplatina) para o cancro da bexiga, MVP (mitomicina C, vinblastina, cisplatina) para o tratamento do cancro do pulmão de células não pequenas.

Ainda uma outra classe geral de agentes genotóxicos, cujos componentes alquilam DNA, inclui as mostardas de enxofre e azoto. Estes compostos danificam o DNA principalmente ao formar aduções covalentes no átomo N7 de 43

ΕΡ 1 662 987/PT guanina. Os componentes representativos desta ampla classe incluem clorambucilo, ciclofosfamida, ifosfamide, melfalano, mecloroetamina, novembicina, trofosfamida e semelhantes. Os oligonucleótidos ou seus análogos que actuam de modo covalente ou não covalente com sequências especificas no genoma de células seleccionadas também podem ser utilizados como agentes genotóxicos, caso seja desejado seleccionar um ou mais alvos genómicos prédefinidos como o local de uma lesão genómica.

Uma outra classe de agentes, cujos componentes alquilam DNA, inclui as etileniminas e as metilmelaminas. Estas classes incluem altretamina (hexametilmelamina), trietilenefosforamida (ΤΕΡΑ), trietilenotiofosforamida (ThioTEPA) e trietilenomelamina, por exemplo.

As classes adicionais de agentes alquilantes de DNA incluem os alquil sulfonatos, representados por busulfano; as azinidinas, representadas por benzodepa; e outras, representadas, por exemplo, por mitoguazona, mitoxantrona e procarbazina. Cada uma destas classes inclui análogos e derivados dos respectivos compostos representativos.

Exemplos adicionais de agentes terapêuticos citotóxicos são anticorpos que complexam com um anticorpo específica do célula, activam complemento do soro e/ou medeiam a citotoxicidade celular dependente de anticorpos. Os anticorpos que ligam a celúla também podem ser conjugados com uma toxina (imunotoxinas). A parte citotóxica da imunotoxina pode ser uma droga citotóxica ou uma toxina activa enzimaticamente de origem bacterial ou vegetal, ou um fragmento activo enzimaticamente de uma tal toxina. As toxinas activas enzimaticamente e os seus fragmentos utilizados são a difteria, os fragmentos activos de não ligação da toxina de difteria, exotoxina (da Pseudomonas aeruginosa), ricina, abrina, modecina, alfa-sarcina, proteínas de Aleurites fordii, proteínas dianthin, proteínas de Phytolacca americana (PAPI, PAPII, and PAP-S), inibidor de momordica charantia, curcina, crotin, inibidor de sapaonaria officinalis, gelonina, mitogelina, restrictocina, fenomicina, e enomicina. Numa outra concretização, os anticorpos são conjugados com drogas anti-cancro de pequena molécula. Os 44

ΕΡ 1 662 987/PT conjugados do anticorpo monoclonal e tais partes citotóxicas são feitos utilizando uma variedade de agentes de acoplamento de proteína bifuncional. Exemplos de tais reagentes são SPDP, IT, derivados bifuncionais de imidoésteres tais como adipimidato de dimetilo HC1, estéres activos tais como suberato de dissuccinimidilo, aldeídos tais como glutaraldeídos, compostos de bis-azido tais como bis(p-azidobenzoí1)-hexanodiamina, derivados de bis-diazónio tais como bis-(p-diazóniobenzoí1)etilenodiamina, diisocianatos tais como 2,6-diisocianato tolileno, e compostos de flúor bis-activos tais como 1,5-difluoro-2,4-dinitrobenzeno. A porção com acção de lise de uma toxina pode ser unida ao fragmento Fab dos anticorpos. Os radiofarmacêuticos citotóxicos para tratar cancro podem ser feitos ao conjugar isótopos radioactivos com os anticorpos. 0 termo "porção citotóxica" tal como aqui utilizado pretende incluir tais isótopos.

Numa concretização, os agentes terapêuticos são inibidores de tirosina-quinase receptora tais como EGFR e HER2-neu e são empregues como inibidores selectivos do crescimento de células proliferativas tais como as células do cancro mamário. Por exemplo, erbstatina, que é o inibidor do receptor de tirosina-quinase EGF, reduz o crescimento das células de carcinoma humano que expressam EGFR. Vários derivados de estireno também são enunciados como possuindo propriedades inibidoras de tirosina-quinase e de serem úteis como agentes anti-tumor. Dois de tais derivados de estireno são inibidores RTK da Classs I, cuja eficácia foi demonstrada ao atenuar o crescimento do carcinoma humano de células escamosas com injecção em ratos nus. Certos derivados de 4-anilinoquinazolina são úteis como inibidores de tirosina-quinase receptora. As relações muito apertadas de actividade estrutural mostradas por estes compostos sugerem um modo de ligação claramete definido, onde o anel de quinazolina se liga na bolsa de adenina e o anel de anilino se liga numa bolsa lipofílica adjacente. Três análogos de 4-anilinoquinazolina (dois inibidores reversíveis e um inibidor irreversível) foram avaliados clinicamente como drogas anticancro. Em adição, o anticorpo monoclonal trastazumab (Herceptin™) para o tratamento de cancros da mama 45

ΕΡ 1 662 987/PT metastáticos que sobreexpressam HER2-neu. Scheurle, et al., Anticancro Res 20:2091-2096, 2000.

Numa outra concretização, quando um analito biológico indicador de um elemento patogénico microbial é detectado, é preferível libertar localmente agente(s) terapêutico (s) que tenham um efeito antimicrobiano. Por exemplo, é preferível libertar um antibiótico tal como os Antibióticos de beta-Lactamas, Aminoglicósidos, Macrólidos, Lincomicina, e Clindamicina, Tetraciclinas, Quinolonas, Sulfonamidas, Trimetoprim-Sulfametoxazole e especificamente: Amoxicillan, amoxicillian, Amoxicilina, ampicilina, Augmentin, Bactrim, BIAXIN, Ceclor, CEFTIN, Cipro, Clindamicina, Decadron, Diflucan, Doxiciclina, eritromiacina, eritromicina, Erythromycin, flagyl, Floxin, Keflex, levoxil, macrobid, Metronizadole(Flagyl), Minocina, Minocyclin / Minocin, nizarol, norfloxacina, Nystatin, Penicilina, Polarol, Rocefin, Sulfa, Septra, Streptomicina, Tequinn, Tetraciclina, tinidazol, Valtrex, vibramcin, Zithromax, ou zitromicina.

Quando da detecção de analitos biológicos indicadores de infecção virai, é preferível libertar compostos antivirais que incluem inibidores de protease tais como Invirase, Norvir, Viracept, Crixivan, ou Frotovase, Saquinavir ou outros antivirais tais como amantadina, rimantadina, zanamivir, oseltamivir, ribavirina, AZT, Didanosina, Zalcitabina, Estavudina, Lamivudina, Nevirapina, Delavirdina, Idoxuridina, Vidarabina, Trifluridina, Aciclovir, Famciclovir, Penciclovir, Valaciclovir, Ganciclovir, Foscamet, Ribavirina, Amantadina e Rimantadina, Cidofovir, Interferons.

Numa outra concretização, quando um analito biológico indicador de inflamação é detectado, é preferível libertar localmente agente (s) terapêutico (s) que tenham um efeito anti-inflamatório. De preferência, tais agentes terapêuticos são esteróides tais como prednisona/prednisolona, ou não esteróides e drogas anti-inflamatórias (NSAIDs) tais como Aspirina, Ibuprofeno, Naproxen, Nabumetona, Celecoxib, Rofecoxib ou Valdecoxib. Tais agentes são particularmente apropriados para o tratamento de doenças relacionadas com 46 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ inflamações tais como a Doença Inflamatória de Bowel, Artrite Rematoide e semelhantes.

Numa outra concretização, quando um analito biológico indicativo de hiperglicémia for detectado, é preferível que o dispositivo liberte um agente terapêutico que irá reduzir os niveis de glucose de soro. Por exemplo, quando são detectados niveis excessivamente elevados de glucose pelo dispositivo, o dispositivo irá responder ao libertar uma quantidade suficiente de insulina para trazer os niveis excessivamente altos de glucose no sangue de volta para o normal. 0 invento considera o dispositivo médico como tendo uma pluralidade de micro-pastilhas. De preferência, as micro-pastilhas têm a maior capacidade de processamento presentemente disponível. De preferência, a pluralidade de micro-pastilhas estão todas em comunicação umas com as outras. De modo mais preferível, as micro-pastilhas são feitas de silicio germânio. Ainda mais de preferência, as micro-pastilhas são pastilhas CMOS 9S de alto desempenho de isolamento dieléctrico de baixo K da International Business Machines (IBM) para proporcionar a mais alta eficiência, velocidade e disponibilidade de energia na operação do dispositivo médico. 0 especialista poderá apreciar prontamente que o dispositivo pode ter um número variado de micro-pastilhas devido ao facto de os dispositivos listados abaixo serem capazes de serem embutidos em variados números de micro-pastilhas.

Além do mais, cada componente tecnológico do dispositivo é optimizado pelo método o qual é unicamente integrado neste sistema. Recentemente, a tecnologia de isolamento dieléctrico de baixo K e silicio germânio maximizou as capacidades e eficiência do procesamento das micro-pastilhas. Estas pastilhas são ideais para redes de comunicação óptica e, ao combinar as mesmas com a tecnologia de contas de micro-arranjo, que conduz dados por meio da sinalização foto-óptica, a energia que está por trás de ambos os sistemas é optimizada.

Uma outra caracteristica do invento refere-se a um dispositivo de libertação de agente terapêutico capaz de 47

ΕΡ 1 662 987/PT controlar a libertação de agente terapêutico a partir de um reservatório. Por exemplo, quando o dispositivo de reconhecimento biométrico determina a presença de um marcador de doença, o dispositivo de libertação de agente terapêutico é sinalizado para libertar agente terapêutico a partir de um reservatório de uma maneira controlada, isto é, o mesmo recebe a instrução quanto à taxa de libertação e/ou quantidade de droga a ser libertada. Numa concretização, o dispositivo de libertação de agente terapêutico é uma micro-pastilha localizada por baixo das micro-pastilhas que contêm o dispositivo listado acima e inclui reservatórios para a libertação controlada de agentes terapêuticos. 0 substrato da micro-pastilha contém os reservatórios gravados por ácido, moldados ou maquinados, e serve como o suporte para a micro-pastilha. Qualquer material que pode servir como um suporte que é adequado para gravar por ácido, moldagem ou maquinagem e é impermeável às moléculas a serem distribuídas e aos fluidos envolventes, por exemplo, água, solventes orgânicos, sangue, electrólitos ou outras soluções, pode ser utilizado como um substrato. Exemplos de materiais de substrato incluem as cerâmicas, os semicondutores e os polímeros que se podem degradar e que não se podem degradar. É preferido que o próprio substrato seja não tóxico, estéril e biocompatível. Todavia, os materiais tóxicos ou de outra maneira não biocompatíveis, podem ser encapsulados num material biocompatível, tais como os materiais de poli (etileno glicol) ou tipo tetrafluoroetileno, antes da utilização. Ver a Patente U.S. No. 6,491,666. Um dispositivo de libertação adequado de agente terapêutico encontra-se disponível a partir da Microchips (Cambridge, MA) . De preferência, o dispositivo de libertação de agente terapêutico tem uma pluralidade de reservatórios. Numa outra concretização deste aspecto do invento, o dispositivo de libertação de agente terapêutico sinaliza os outros dispositivos ou uma base de dados externa quanto ao estado da libertação apropriada de agente terapêutico. Em ainda uma outra concretização, a libertação de agente terapêutico é em pequenas doses que servem como tratamento preliminar enquanto o agente terapêutico passa através das micro-pastilhas adicionais com sistemas de sinalização sem fios independentes que servem como pontos de verificação para assegurar a dosagem correcta antes da distribuição. 48

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Uma outra característica do invento refere-se a um dispositivo de interface capaz de comunicações facilitadas entre o dispositivo de exploração de micro-arranjo, o dispositivo de bioreconhecimento e, opcionalmente, o dispositivo de libertação de agente terapêutico. De preferência, o dispositivo de interface recebe informação que diz respeito à presença, ausência ou quantidade de um analito a partir do dispositivo de bioreconhecimento e sinaliza o dispositivo de libertação de agente terapêutico para libertar um agente terapêutico ou mistura de agentes a partir de um ou mais reservatórios. Numa concretização, o dispositivo de interface tem um transmissor e receptor de rede de área local sem fios (WLAN). Ver em particular a Patente U.S. No. 5,832,296 ou 6,542,717. Numa outra concretização, o invento contempla a utilização de uma comunicação electrostática de Rede de Área Pessoal (PAN) para transmitir os sinais entre as micro-pastilhas e utiliza um dispositivo de libertação de agente terapêutico associado aos reservatórios para libertação de agente terapêutico, de modo a distribuir as drogas para dentro do corpo quando da recepção dos respectivos sinais a partir da análise no dispositivo de bioreconhecimento. De preferência, em concretizações implantáveis e ingeriveis, encontram-se localizados dois transmissores PAN de delimitação por baixo do micro-arranjo -um a delimitar o dispositivo de exploração de micro-arranjo e o outro a delimitar o dispositivo de libertação de agente terapêutico que controla o reservatório por baixo. Os transmissores PAN dão sinal para a libertação de agente terapêutico tal como especificado pelos resultados do arranjo. Pode ser obtido um suporte fisico apropriado a partir da Interval Research Corp., Paio Alto, CA e os transmissores PAN a partir da International Business Machines Corp., Armonk, NY.

Numa outra concretização deste aspecto do invento, a pluralidade de micro-pastilhas transmite a sua informação a fontes externas tal como um dispositivo de monitorização manual ou computadores em sedes de rede operadas por sistemas de comunicação de dados sem fios. Numa outra concretização, onde o dispositivo é um penso para tratar a diabetes, o penso mede os niveis de insulina e comunica com um segundo 49

ΕΡ 1 662 987/PT dispositivo que mede os niveis de carbohidratos ou terceiro dispositivo que mede as glândulas do suor ou os niveis arritmicos. Uma decisão de controlo de processo através de uma comparação das interacções entre os analitos e os diferentes dispositivos e a base de dados dos dados de parâmetros fisicos irá determinar se uma libertação de uma quantidade de glucose ou insulina é apropriada, formando um sistema de circuito fechado que tem em conta outros factores imperativos na determinação da libertação de glucose/insulina.

Numa concretização, o invento tem uma fonte de energia para alimentar o dispositivo médico. Por exemplo, o dispositivo é alimentado por uma bateria. Numa outra concretização, a fonte de energia é proporcionada por uma Rede de Área Pessoal.

As aplicações deste invento vão desde a utilização militar até à comercial. Por exemplo, o dispositivo pode ser utilizado por civis em nações afligidas por virus tais como as SARS, onde o diagnóstico em tempo real adquire uma importância substancial. Com o aumento dos métodos de bioterrorismo na detecção de patalogias é crescente o valor da defesa de departamentos em todo o mundo. De modo semelhante, o invento pode ser utilizado para detectar infecções bacterianas ou outras doenças relacionadas com os intestinos, e distribuir um diagnóstico imediato em tempo real da actividade da proteína à medida que se desloca através do sistema intestinal, tendo em conta que o intestino é um dos maiores centros para o crescimento de doenças infecciosas. De modo semelhante, as aplicações de tecnologia de micro-arranjo de proteína que estão presentemente limitadas pelos problemas tais como o isolamento de ligantes de proteínas com elevada afinidade e especificidade ou péptidos que obscuram BSA com interesse em lâminas de aldeido podem ser maximizado utilizando arranjos de proteínas selectivos in vivo e distribuindo anticorpos ou drogas que correspondem a classes de proteínas alvo. Em adição, os dispositivo inventivos podem ser particularmente úteis para fins de pesquisa de ensaios clínicos para a monitorização eficiente dos niveis e efeitos das drogas experimentais no desenvolvimento de modelos farmacocinéticos. 50

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De facto, podem existir aplicações comerciais, medicinais, de pesquisa / educação e de serviço militar e comunitário / humanitário deste dispositivo.

EXEMPLOS

Exemplo 1: Especificações de Biosensor de Fluorescência de Reflexão Interna Total de Fibra Óptica

Um biosensor de fluorescência de reflexão interna total de fibra óptica (TIRF) foi construído e constitui um micro-arranjo e dispositivo de exploração de micro-arranjo tal como definido nesta especificação. Ver Preininger et al. ("Analytica Chimica Acta", 2000, 403, 67-76). A luz laser é dirigida a partir da fonte de luz laser para a célula de fluxo para o detector, tudo através de uma série de fibras ópticas. Um esquema desta unidade baseada em fibra óptica encontra-se mostrado na FIG. 12. No sensor, a luz laser que entra é dirigida através do ramal de saida de um separador de fibra óptica 50:50 na fibra funcionalizada. A fluorescência emitida acopla de volta na fibra e propaga-se para o detector com pouca interferência a partir da luz laser. Esta concepção tem várias vantagens: A utilização do arranque para finalizar das fibras elimina as perdas devido ao acoplamento de espaço livre; as fibras são transportadores robustos de luz e assim são insensíveis à vibração e múltiplas fibras podem ser prontamente unidas em conjunto pelos meios de ligação de fibra óptica comercialmente disponíveis. Por conseguinte, um micro-arranjo pode ser tanto a superfície funcionalizada de uma fibra como as superfícies funcionalizadas de uma pluralidade de fibras. A intensidade de fluorescência de saída esperada distribuída ao fotodíodo como uma função da potência do laser introduzida e das características da fibra do fluoróforo Atto 655 (ver a FIG. 13), que utiliza a metodologia descrita em Celebre et al. ("Measurement Science and Technology", 1992, 3, 1166-1173) é mostrada na Tabela 1 com os seguintes parâmetros de sistema: 51 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ uma concentração superficial de ~ 200 ng/cm2 [Tedeschi et al., "Biosensors and Bioelectronics", 2003, 19(2), 85-93] o fluoróforo Atto 655 (Sigma Aldrich) com caracteristicas espectrais QY = 0,3ε = 110,000

Tabela 1: Saida de fluorescência como uma função da potência do laser e das caracteristicas da fibra.

Comprimento da Fibra (cm) Entrada de Potência do Laser (mW) Diâmetro da Fibra (μπι) Potência de Saida (pW) 1 0,5 62,5 82 1 0,5 200 163 1 1,0 62,5 163 1 1,0 200 327 1 3, 0 62,5 489 1 3, 0 62,5 489 1 3, 0 200 980 1 3, 0 200 980 1 5, 0 62,5 815 1 5, 0 200 1, 630 3 0,5 62,5 244 3 0,5 200 490 3 3, 0 62,5 1,470 3 3, 0 200 2, 940 5 0,5 62,5 407 5 0, 5 200 817 5 3, 0 62,5 2,440 5 3, 0 200 4, 900

Um fotodiodo tipico (por exemplo "Pacific Sensor part 1-6-T052S1") mede com precisão os sinais na gama dos pW. Está claro que mesmo com uma estimativa de conservação de 50% de perdas no sistema, os parâmetros do biosensor podem ser ajustados de tal modo que a potência de saida seja duas ordens de magnitude maior do que o andar de sensibilidade do detector. 52 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ

Exemplo 2: Sistema de Penso Integrado 0 dispositivo de penso exemplificativo representa um método sem dor de arrastar e amostrar automaticamente 0,1 ml de sangue para vancomicina. Cada penso consiste em duas partes, uma porção descartável (Dispositivo de análises) que contém a utilização única de micro-agulhas e micro-canais, e uma parte que se pode reutilizar que contém as ópticas, componentes electrónicos e partes mecânicas restantes (Dispositivo Leitor de Análises). FIGS. 5, 7.

As micro-agulhas arrastam automaticamente pequenas quantidades de sangue sem dor. Um actuador mecânico insere e remove a agulha. Os dispositivos inventivos fazem várias medições depois do penso ser aplicado. Contudo, cada micro-agulha apenas é utilizada uma vez para evitar coagulamento. O requisito de múltiplos arrastos de sangue solicita um actuador mecânico que não pode só inserir e retirar a agulha como também descarta a agulha usada e recarrega uma agulha nova. As micro-agulhas são aguçadas, robustas e minutam o suficiente para penetrar na camada exterior da pele de uma maneira completamente sem dor. A sua concepção contribui para a natureza biocompativel de baixo custo, descartável e de auto-aplicação do dispositivo. São produzidas agulhas de modo fotolitográfico em moldes na SNF. Os micro-canais na porção de dispositivo de análises de "topo" do dispositivo de penso contêm um escoamento laminar e elementos de reservatório, juntamente com as estruturas necessárias para captar o sensor de fibra. Operam dois elementos de escoamento de fluido separados do penso - o sangue flúi através da agulha para dentro de um reservatório e o sangue/substância tampão flúi através do canal. FIG. 5. A Tabela que se segue mostra as especificações de concepção para o canal. 53 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ

Tabela 2 Células de Sangue Proteínas de Sangue Vancomicina Comprimento 1 cm Altura 100 μπι Dimensão Hidrodinâmica ~5 μπι ~8 nm ~ 1 nm Espessura 25 μπι Altura da Tira 50 μπι Área de Sec. Transversal 2500 μπι2 Área de Sec. Transversal de Tira 1250 μπι2 Coeficiente de Difusão (cm2/s) -lxlCT9 ~lxl0’6 lxl O’5 Volume do Canal 0, 125 μΐ Caudal 0,15 μΐ/min Tamanho Total da amostra 0,1 μΐ Velocidade do Escoamento 0,1 cm/s Distância de Difusão (μπι) ~1 ~32 -100 Tempo de Difusão 10 s Viscosidade da Substância tampão 0, 01 cm2/s Número de Reynolds 0,11 Ο componente não descartável (Dispositivo Leitor de Análises) do penso contém 12 componentes descartáveis de utilização única (Dispositivos de Análise), os quais irão ser montados no mesmo. FIG. 7. 0 fabrico de elementos microfluidicos personalizado é obtido pela Micronics. As especificações são tal como se seguem: 54

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Especificações

Artigo Especificações 1 Carregamento de amostra • Sangue total, 100 nl 2 Superfície funcionalizada • Superfície de vidro imobilizada com moléculas de sensor fluorescente (micro-arranjo) • Preparada depois do fabrico do cartão pelo Cliente 3 Reagentes • Substância tampão (Solução salina tampão de fosfato), 1-2 μΐ 4 Actuação do Fluido • Bombagem activa 5 Canal de detecção • Tapado num lado pela superfície funcionalizada • 0 canal está a cerca de 100 μπι de profundidade ortogonal a partir da superfície funcionalizada • 0 comprimento do canal é cerca de 1 cm 6 Detecção • Medições fluorescentes (fotomultiplicador ou detector equivalente). 7 Tempo da Análise • Menos de 2 minutos 8 Interface do utilizador com o dispositivo • WLAN 9 Materiais do Cartão • baixa auto-fluorescência 1 0 dispositivo de exploração de micro-arranjo de sensor óptico proporciona um sinal electrónico a um dispositivo de bioreconhecimento baseado na fluorescência da interacção entre o agente bioactivo e o analito excitado por uma onda evanescente produzida pelo laser. A frequência do sensor óptico é determinada com base numa solução de compromisso de custos entre os custos do laser, diodo PIN e molécula fluorescente. A fibra de sensor evanescente não descartável (dispositivo de exploração de micro-arranjo dentro do Dispositivo Leitor de Análises) encontra-se fixa ao subsistema fluidico de arrasto de sangue descartável (que contém o micro-arranjo no Dispositivo de Análises) para criar um dispositivo de análises de única utilização completo. 0 dispositivo de análises está embalado em grupos de 6 e 12 por dispositivo leitor de análises. 55 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ

Para testes, a dimensão máxima de um sistema integrado é semelhante ao dispositivo de meio de corpo o qual é mostrado na FIG. 14. 0 sangue flúi através das micro-agulhas para dentro do reservatório de sangue. A substância tampão e o sangue formam um escoamento laminar através do canal (FIG. 5; mostrada em preto). Um laser de 660 nm excita o fluoróforo que se liga à superficie da fibra (em cinzento). As drogas no sangue deslocam as drogas etiquetadas sobre a fibra e a intensidade da fluorescência é diminuída. Um sensor na extremidade da fibra no Leitor detecta uma redução no nível do sinal. Esta redução é reportada à base de dados associada ao dispositivo de reconhecimento biométrico.

Os dispositivos são formados numa estrutura tipo pente; o modelo de análise de 12 unidades é mostrado na FIG. 7. Nas figuras, os componentes electrónicos de controlo encontram-se montados na porção de topo do dispositivo (dispositivo leitor de análises). Os mecanismos de actuação encontram-se no fundo do dispositivo (dispositivo de análises). A vista de extremidade do leitor mostra a cavidade para o dispositivo de análises no fundo do leitor. Existe uma interface óptica e mecânica entre os dois componentes. Ao longo do topo da cavidade encontram-se 12 molas, as quais são utilizadas para forçar as micro-agulhas para dentro da pele. Existe também um solenoide que liberta a mola. Cada mola pressiona sobre o topo de um dos 12 componentes descartáveis.

Uma extremidade de cada uma das pontas do dispositivo de análises forma uma articulação dentro do dispositivo de análises, de modo que a mola força o dispositivo de análises para baixo através de uma camada de película, que cobre o fundo do dispositivo de análises. A fibra óptica passa sobre a articulação e termina num separador óptico, o qual está montado no fundo da placa de circuito impresso dos componentes electrónicos. A interface 56 ΕΡ 1 662 987/ΡΤ entre ο dispositivo de análises e o dispositivo leitor de análises é um pequeno intervalo de ar.

Esta vista de extremidade de uma das 12 pontas do dispositivo de análises mostra a embalagem. 0 dispositivo de análises está dentro de uma embalagem estéril de penso. Por baixo das micro-agulhas existe uma porção do penso que está concebida para permitir que as agulhas penetrem e entrem na pele. 0 penso é mantido no lugar com um adesivo tal como mostrado na FIG. 6. Finalmente existe uma cobertura de protecção. 0 topo do penso está concebido para permitir a inserção dentro do leitor. 0 sinal óptico passa através de uma porção deste vedante entre a extremidade da fibra e o separador.

Nesta descrição descreve-se apenas as concretizações preferidas do invento e nada mais do que uns poucos exemplos da sua versatilidade. Pretende-se entender que o invento tem possibilidade de ser utilizado em várias outras combinações e ambientes e tem possibilidade de mudanças ou modificações dentro do âmbito do conceito inventivo tal como aqui expresso. Assim, por exemplo, aqueles que são especialistas na arte irão reconhecer, ou ter a possibilidade de apurar, ao utilizar não mais do que a experimentação de rotina, numerosos equivalentes das substâncias e procedimentos específicos aqui descritos. Tais equivalentes são considerados como estando dentro do âmbito deste invento e são cobertos pelas reivindicações que se seguem.

Lisboa, 2012-02-06

Claims

ΕΡ 1 662 987/ΡΤ 1/3 REIVINDICAÇÕES 1 - Dispositivo médico capaz de detectar um analito (22) num fluido corporal que compreende: A) pelo menos uma micro-agulha (12) capaz de obter uma amostra de um fluido corporal; B) um reservatório de substância tampão (14); C) um micro-canal (15) que tem pelo menos uma primeira entrada (15b), uma segunda entrada (15a) e um micro-arranjo (4) fixo no micro-canal (15), compreendendo o referido micro-arranjo (4) pelo menos um agente bioactivo (23), em que a primeira entrada (15b) está em comunicação de fluidos com a pelo menos uma micro-agulha (12) e encaminha um escoamento de fluido corporal para dentro do micro-canal (15), e em que a segunda entrada (15a) encaminha um escoamento de substância tampão a partir do referido reservatório de substância tampão (14) para dentro do micro-canal (15), de tal modo que o analito (22) no fluido corporal se difunde para o escoamento de substância tampão para efectuar uma interacção entre o agente bioactivo (23) e o analito (22); D) um dispositivo de exploração de micro-arranjo (7) para detectar a interacção entre o agente bioactivo (23) e o analito (22) num fluido corporal; e E) um dispositivo de interface (8) capaz de facilitar as comunicações entre o referido dispositivo de exploração de micro-arranjo (7) e um dispositivo de reconhecimento biométrico (9).
2 - Dispositivo médico da reivindicação 1, em que: (a) o fluido corporal é sangue; ou (b) a pelo menos uma micro-agulha (12) é uma pluralidade de micro-agulhas (12); ou (c) a micro-agulha (12) tem entre cerca de 10 e cerca de 200 microns de diâmetro; ou (d) a micro-agulha (12) é capaz de arrastar cerca de 100 microlitros de sangue.
3 - Dispositivo médico da reivindicação 1, em que o analito (22) no fluido corporal desloca de modo competitivo o analito etiquetado (24) da ligação do agente bioactivo (23); ΕΡ 1 662 987/PT 2/3 em que opcionalmente o analito etiquetado (24) é proporcionado numa quantidade predeterminada ou é etiquetado com uma parte fluorescente.
4 - Dispositivo médico da reivindicação 1, em que: (a) o micro-arranjo (4) compreende um anticorpo que liga especificamente o analito (22) no fluido corporal; ou (b) o dispositivo de exploração de micro-arranjo (7) compreende um espectrómetro de fluorescência de reflexão interna total (TIRF); ou (c) o dispositivo de reconhecimento biométrico (9) está localizado do lado de fora do dispositivo e a comunicação é através de transmissão sem fios; ou (d) o analito (22) é indicador de doença.
5 - Dispositivo médico da reivindicação 1, em que: (a) o analito (22) é insulina e o agente bioactivo (23) é um anticorpo especifico para insulina; ou (b) o analito (22) é glucose e o agente bioactivo (23) é um anticorpo especifico para glucose.
6 - Dispositivo médico da reivindicação 1, que compreende ainda: (a) um reservatório (10) que tem um agente terapêutico no mesmo; e (b) um dispositivo de libertação de agente terapêutico (10), capaz de controlar a libertação de um agente terapêutico a partir de um reservatório (10) em resposta a uma instrução a partir do dispositivo de reconhecimento biométrico (9).
7 - Dispositivo médico da reivindicação 6, em que: (a) o analito (22) é glucose e o agente terapêutico é insulina; ou (b) o analito (22) é o mesmo que o agente terapêutico; ou é um metabólito do agente (c) o analito (22) terapêutico. ΕΡ 1 662 987/ΡΤ 3/3
8 - Dispositivo médico da reivindicação 1, que compreende pelo menos um dispositivo de análises descartável (100a) que compreende a pelo menos uma micro-agulha (12) e o micro-canal (15); e um dispositivo leitor de análises não descartável (100b) que compreende o dispositivo de exploração de micro-arranjo (7) e o dispositivo de interface (8); em que, por exemplo, (a) o dispositivo de análises (100a) e o dispositivo leitor de análises (100b) estão em comunicação óptica um com o outro; ou (b) existe uma pluralidade de dispositivos de análise descartáveis (100a) montados num único dispositivo leitor de análises (100b).
9 - Dispositivo médico da reivindicação 1, em que o dispositivo médico tem de ser utilizado como um penso (100) . Lisboa, 2012-02-06