專利名稱：將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及將大分子物質(zhì)導(dǎo)入標靶細胞的方法及系統(tǒng)，更特別地，涉及應(yīng)用超聲波調(diào)節(jié)標靶細胞的細胞膜的穿透性，由此有效地將低劑量的大分子物質(zhì)導(dǎo)入標靶細胞的方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人體的組織細胞有時受內(nèi)部或外部有害因子刺激而致使染病。結(jié)果，染病細胞的數(shù)目迅速增加，且染病細胞轉(zhuǎn)移至健康組織，因而形成腫瘤。腫瘤包括良性腫瘤及惡性腫瘤。與良性腫瘤相比，惡性腫瘤難以治愈，且對人體危害更大。目前，每年有5，000, 000人死于腫瘤，而惡性腫瘤為主要殺手。隨著醫(yī)療科學(xué)的發(fā)展，已提供多種先進的腫瘤診斷方法及治療方法。腫瘤治療方法主要包括外科手術(shù)、化學(xué)療法及放射療法。在化學(xué)療法的治療中，由于低用藥精確性而向人體散布藥物所產(chǎn)生的毒性， 此仍待解決的局限性及缺陷往往吞噬著腫瘤患者的健康。因此，如何以最小藥物劑量實現(xiàn)最大治療效果，以及如何提升用藥精確性，為人們亟待克服的問題。近期的研究發(fā)現(xiàn)，體外震波碎石術(shù)(shock wave lithotripsy, SffL)可在細胞周圍產(chǎn)生微泡。這些微泡在細胞膜中形成非永久性孔洞。因此，提升細胞膜的穿透性并實現(xiàn)更好的藥物吸收性。美國專利第6，四8，264號揭露一種提升細胞膜穿透性的方法。該方法應(yīng)用第一脈沖波(pulsed wave, PW)及第二脈沖波來產(chǎn)生環(huán)繞細胞的微泡。這些微泡在細胞膜中形成非永久性孔，以提升細胞膜的穿透性。該方法可將細胞膜的穿透性增加至90%。 因此，僅需要低的藥物劑量。然而，該方法并未揭露如何精確定位該標靶細胞以及如何提升用藥精確度。因此，仍然需要精確地定位標靶細胞并提升用藥精確度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，提供將大分子物質(zhì)有效地導(dǎo)入標靶細胞的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的另一目的在于，提供應(yīng)用于基因輸送中的方法及系統(tǒng)，增加基因輸送的效率。本發(fā)明的再一目的在于，提供應(yīng)用于基因輸送中的方法及系統(tǒng)，提升基因療法的效率。本發(fā)明的又一目的在于，提供提升用藥精確度的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的再另一目的在于，提供降低藥物劑量并有效地將藥物導(dǎo)入腫瘤細胞的方法及系統(tǒng)。依照上述及其它目的，本發(fā)明提供將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的方法及系統(tǒng)。該將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)包含影像擷取單元，該影像擷取單元用于擷取標靶細胞所處的組織或器官的三維(3D)結(jié)構(gòu)影像及標靶細胞所處的組織或器官的3D血管攝影影像；影像合成單元，該影像合成單元用以將3D結(jié)構(gòu)影像合并入3D血管攝影影像， 由此選擇完全涵蓋傳輸大分子物質(zhì)的標靶細胞的血管通道；注射單元，該注射單元用于注射液體并傳輸大分子物質(zhì)至該標靶細胞；能量轉(zhuǎn)換模塊，該能量轉(zhuǎn)換模塊用于施加能量，以活化該液體并產(chǎn)生生物效應(yīng)；其中，該能量轉(zhuǎn)換模塊包含包括超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器 (tweeter)的超聲波轉(zhuǎn)換模塊，由此在該標靶細胞的細胞膜中形成非永久性孔洞；其中，大分子物質(zhì)通過標靶細胞細胞膜中的非永久性孔洞進入標靶細胞中。該將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的方法包含首先，擷取標靶細胞所處的組織或器官的3D結(jié)構(gòu)影像及標靶細胞所處的組織或器官的3D血管攝影影像；第二，將3D結(jié)構(gòu)影像合并入3D血管攝影影像，選擇完全涵蓋傳輸大分子物質(zhì)的標靶細胞的血管通道；第三，使用導(dǎo)管沿著所選擇的血管通道注射微泡液體(超聲波或人造血液)，該微泡環(huán)繞著標靶細胞排列；第四，施加能量以活化該微泡液體，以產(chǎn)生生物效應(yīng)，由此在該標靶細胞的細胞膜內(nèi)形成非永久性孔洞；以及最后，經(jīng)由細胞膜內(nèi)的非永久性孔洞，沿著所選擇的血管通道，將大分子物質(zhì)注射進入標靶細胞中。與傳統(tǒng)醫(yī)療方法及系統(tǒng)相比，本發(fā)明的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的方法及系統(tǒng)擷取標靶細胞所處的組織或器官的3D結(jié)構(gòu)影像及標靶細胞所處的組織或器官的3D血管攝影影像；將3D結(jié)構(gòu)影像合并入3D血管攝影影像，由此精確定位該標靶細胞，以選擇完全涵蓋標靶細胞的最有效血管通道；以及沿著所選擇的血管通道將大分子物質(zhì)注射進入標靶細胞中。隨后，該方法及系統(tǒng)施加能量以活化環(huán)繞標靶細胞排列的微泡，以產(chǎn)生生物效應(yīng)，由此在標靶細胞的細胞膜中形成非永久性孔洞。大分子物質(zhì)通過標靶細胞細胞膜中的非永久性孔洞進入標靶細胞中。因此，本發(fā)明的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的方法及系統(tǒng)具有很多優(yōu)點，如低藥物劑量、低成本、精確用藥及有效治愈效果。為提供本發(fā)明的進一步理解，下述詳細說明書例示性說明本發(fā)明的具體實施例及實施例；應(yīng)了解的是，此詳細說明書僅提供本發(fā)明的例示性說明，而非作為對本發(fā)明范圍的限制。


圖IA為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選具體實施例的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)所繪示的方塊示意圖。圖IB至圖ID分別為用于能量轉(zhuǎn)換的超聲波模塊的透視圖、正視圖及側(cè)視圖。圖IE繪示了圓盤周圍有數(shù)個直徑為2厘米(cm)低能量超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器，其頻率范圍為20千赫(KHz)至50KHz，位在距離該圓盤20cm處，每一個低能量超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器的聲波強度為0.0375瓦(W)/平方厘米(cm2)，在合并區(qū)域為8X0. 0375ff/cm2 = 0. 3W/cm2。圖IF指出在圓盤周圍對稱設(shè)置的低能量超聲波轉(zhuǎn)換器處于合并區(qū)域之內(nèi)，其中， 成像導(dǎo)引機器臂控制低超聲波能量傳播單元(用于超聲波分子輸送)，該盤中心為B模式超聲波診斷性轉(zhuǎn)換器，以證實標靶位置。圖IG為注射納米乳劑之前及之后的腫瘤，其中左側(cè)繪示了腫瘤實體及其血管的 3D影像合成；右側(cè)繪示了注射人造血液全氟碳納米乳劑(微小白點)進入腫瘤血管中，以填充腫瘤細胞間隙空間。圖IH顯示了超聲波頭的設(shè)計，其中左圖顯示超聲波機器臂的設(shè)計；右圖說明周圍轉(zhuǎn)換器的聚焦區(qū)域(合并區(qū)域)定位在離頭盤約20cm遠處。圖II顯示，經(jīng)由計算機成像導(dǎo)引，通過機器臂的輔助，低能量超聲波的聚焦區(qū)域被精確地定位在腫瘤實體內(nèi)的預(yù)定治療區(qū)域。圖IJ為治療之前及之后的腫瘤的示意圖。圖IK顯示，超聲波機器臂可為獨立個體或其可連接至或附裝或安裝至成像裝置上。圖2為使用圖1的系統(tǒng)將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的步驟所繪示的流程圖。主要組件符號說明1 將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體靶標細胞的系統(tǒng)100影像擷取單元
110影像合成單元
120注射單元
130能量轉(zhuǎn)換模塊
131基底部分
132成像導(dǎo)引機器臂
134超聲波傳播單元
136圓盤
140微處理單元
150低能量超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器
A聲孔效應(yīng)轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器
B成像轉(zhuǎn)換器。
具體實施例方式本發(fā)明通常涉及將大分子物質(zhì)引入標靶細胞的方法及系統(tǒng)；更特別是，關(guān)于應(yīng)用超聲波來調(diào)節(jié)標靶細胞的細胞膜的穿透性，由此有效地將低劑量的大分子物質(zhì)導(dǎo)入標靶細胞的方法及系統(tǒng)。下列敘述的呈現(xiàn)使本領(lǐng)域技術(shù)人員可以完成及使用本發(fā)明，并提供在專利申請及其要件的文章中。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易對本文揭示的優(yōu)選具體實施例及通常原理及特征作出各種修飾。因此，本發(fā)明并非欲限制為所顯示的所述具體實施例，而是與本文所揭示的所述原理及特征的最大范疇一致。本發(fā)明的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的方法及系統(tǒng)可應(yīng)用于多種不同領(lǐng)域， 如基因輸送、基因療法、藥物傳輸、部分用藥及腫瘤治療。本發(fā)明尤其適用于腫瘤治療，更特別是，實體瘤的治療。舉例而言，在實體瘤的治療中，一般將計算機斷層掃描(CT)或磁共振成像(MRI)作為預(yù)備步驟。通過該預(yù)備步驟擷取腫瘤細胞所處的組織或器官的三維(3D) 結(jié)構(gòu)影像作為后續(xù)治療(如外科手術(shù)、化學(xué)療法及放射療法)的基礎(chǔ)。請參閱圖1A，依照本發(fā)明的優(yōu)選具體實施例的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)在圖IA中例示性說明，包括圖2，其僅對將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)1的主要組件作簡明例示性說明用。實際使用的系統(tǒng)1可更為復(fù)雜。將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)1包含影像擷取單元100、影像合成單元 110、注射單元120及能量轉(zhuǎn)換模塊130。在本具體實施例中，影像擷取單元100、影像合成單元110、注射單元120及能量轉(zhuǎn)換模塊130受微處理單元140所控制。影像擷取單元100用于擷取標靶細胞所處的組織或器官的3D結(jié)構(gòu)影像及擷取標靶細胞所處的血管的3D攝影影像。本具體實施例中，影像擷取單元100為下列之一 CT裝置、MRI裝置及血管攝影裝置。標靶細胞至少為一腫瘤細胞。通常，CT裝置利用扇形X射線從軸向掃描人體的斷層，并利用一列檢測器接收穿透人體的信號。當X射線發(fā)射器固定在特定位置時，所述檢測器會從對應(yīng)的特定層中接收信號。當X射線發(fā)射器環(huán)繞一斷層轉(zhuǎn)動時，定位于X射線發(fā)射器反向的檢測器會接收來自同一層但不同方向的信號。計算機分析所述信號并計算出組成該層組成點的密度分布，隨后顯示具有不同灰階(gray level)的點圖形的影像，用來增強該層的分辨率。就掃描大腦而言，約15張1厘米厚的層面即可以完全涵蓋整個大腦及小腦，且可顯示大腦的微細結(jié)構(gòu)。 因此，可檢測大腦中是否有水腦或血塊。目前，快速全身型掃描儀可在患者屏住呼吸以極大降低呼吸及腸移動的干擾的情況下于30秒內(nèi)掃描肝臟。也可使用掃描儀快速檢測并清晰顯示其它疾病如小肝癌、腎上腺腫瘤或胰腺疾病。MRI裝置用于提供清晰的多層照片。MRI裝置利用電磁波刺激患者，并利用檢測器接收自患者釋放出的回波。在多次復(fù)雜的刺激-回波過程之后，可根據(jù)龐大的回波數(shù)據(jù)實現(xiàn)高分辨率影像。不同組織受刺激之后釋放出不同的回波，從而在所得的影像中產(chǎn)生截然不同的比較。相比于通常從軸向(最多于大腦中加入一冠狀平面)掃描斷層的CT裝置，MRI 裝置可自不同角度掃描人體的部分，如類似腦垂體或腦干的特定部分，其結(jié)構(gòu)可清晰顯示。 另一實施例中，MRI裝置不利用X射線，可在15分鐘內(nèi)完成掃描檢查，因此，大幅降低對人體的輻射。再者，神經(jīng)系統(tǒng)中很多疾病，如腦干輕微中風(fēng)、鄰近顱骨底部的小腫瘤或骨髓疾病(如骨髓的急性創(chuàng)傷或椎間盤突出(lumbar disc herniation，LDH))，一般為CT裝置所忽略，卻可通過MRI裝置輕易地檢出。在骨骼及肌肉系統(tǒng)中，MRI裝置尤其適用于檢查影響關(guān)節(jié)及實質(zhì)(parenchyma)的疾病，如運動傷害。MRI裝置也可用以檢查膽管。使用MRI裝置的膽管檢查中，可在屏住呼吸的情況下于20秒內(nèi)獲得該膽管的影像，從而可免受內(nèi)視鏡逆行月夷膽管攝影(endoscopic retrograde cholangiopancreatography, ERCP)的痛苦。盡管MRI裝置具有上述的很多優(yōu)點，但其用于檢查的成本過高，使得MRI檢查無法廣泛使用。再者，若患者佩戴心律調(diào)整器或其它生理監(jiān)視器，將限制使用MRI裝置的檢查效率。因此，擷取組織或器官的3D結(jié)構(gòu)影像的適當方法應(yīng)根據(jù)腫瘤所處位置，以及患者個人情況而選擇。盡管CT裝置及MRI裝置可有效地擷取組織或器官的3D結(jié)構(gòu)影像，但使用注射方法的用藥中，一般無法控制藥物的輸送通道，且不能確定使用導(dǎo)管注射的藥物是否有效地傳輸至全部腫瘤細胞，因此，治愈效果極差。為了克服這些問題，依照本發(fā)明的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)1的影像擷取單元100進一步包含血管攝影裝置。該血管攝影裝置將特定顯影劑注射入血管中，以生成一系列血管影像。舉例而言，在心臟血管系統(tǒng)的檢查中，先從腹股溝對股骨穿孔，隨后放入導(dǎo)管，再反向傳輸進入特定血管中。隨后，通過導(dǎo)管將顯影劑快速注入，同時進行連續(xù)圖像擷取。因此，可獲得血管流入的器官如大腦、心臟、肝臟或腎臟的血液流動情況。再者，可使用3D重建血管照相術(shù)，如使用通用電氣公司(General Electric, GE)制造的診斷性及介入性血管攝影術(shù)系統(tǒng) (Advantx LCA+)、心血管及血管攝影術(shù)成像系統(tǒng)(Advantx LCV+)及雙平面神經(jīng)血管攝影術(shù)系統(tǒng)(Advantx LCN+)來擷取腫瘤細胞所處的組織或器官的3D血管攝影影像。影像合成單元110將通過影像擷取單元100擷取的3D結(jié)構(gòu)影像合并入3D血管攝影影像中，以精確地定位腫瘤細胞，以及選擇完全涵蓋腫瘤細胞的適當血管通道。如上所述，在CT裝置及3D血管攝影裝置、及/或MRI裝置或3D血管攝影裝置分別擷取腫瘤細胞的3D結(jié)構(gòu)影像及3D血管攝影影像之后，影像合成單元110執(zhí)行影像合成操作(亦稱為組織制圖)。合成后的影像用于精確地定位腫瘤細胞，以及用于選擇最有效的血管通道。經(jīng)由導(dǎo)管，沿著所選擇的血管通道注射藥物，由此確保將藥物有效地傳輸至腫瘤細胞，并實現(xiàn)徹底治療及低的復(fù)發(fā)機會。此外，影像合成之后，精確地顯示腫瘤及環(huán)繞腫瘤的血管的相對位置。除了可精確地定位腫瘤細胞以外，還可以選擇最有效的血管通道。因此，可通過導(dǎo)管將藥物沿著最有效的血管通道傳輸至全部腫瘤細胞。注射單元120利用導(dǎo)管將微泡液體及大分子物質(zhì)注射入標靶細胞中。大分子物質(zhì)通過微泡在標靶細胞的細胞膜中形成的非永久性孔洞進入標靶細胞中。本具體實施例中， 經(jīng)由注射單元120的導(dǎo)管，沿著所選擇的血管通道，注射微泡液體并環(huán)繞著腫瘤細胞分布。 為了平順地通過血管，氣泡的尺寸優(yōu)選為小于10微米。經(jīng)由導(dǎo)管注射藥物的步驟可于在細胞膜中形成非永久性孔洞之前或者之后進行。因為藥物通過在細胞膜中形成的孔洞進入腫瘤細胞，藥物的劑量可減少至普通劑量的1%，且實現(xiàn)更加有效的治愈效果，避免藥物毒性對其他細胞造成的損害，并節(jié)省大量成本。能量轉(zhuǎn)換模塊130用于施加能量以活化微泡液體，并產(chǎn)生生物效應(yīng)，由此在標靶細胞的細胞膜中形成非永久性孔洞。本具體實施例中，能量轉(zhuǎn)換模塊130可為超聲波轉(zhuǎn)換模塊。具有超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器的超聲波轉(zhuǎn)換模塊施加20至50千赫(KHz)頻率的超聲波，并在細胞膜中形成非永久性孔洞，以幫助藥物進入腫瘤細胞中。圖IB至圖ID分別為能量轉(zhuǎn)換的超聲波能量轉(zhuǎn)換模塊130的透視圖、正視圖及側(cè)視圖。超聲波能量轉(zhuǎn)換模塊130包括基底部分131及成像導(dǎo)引機器臂132。模塊130包括超聲波傳播單元134，其包含具有轉(zhuǎn)換器及高頻擴音器的用于輻射超聲能量的圓盤。成像導(dǎo)引機器臂132控制低超聲波能量傳播單元134(用于超聲波活化的分子輸送)。一具體實施例中，圓盤136的中心為超聲波(B模式)診斷轉(zhuǎn)換器(未顯示)，以檢驗標靶位置。圖IE標示圓盤周圍具有數(shù)個低能量超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器150(頻率范圍為 20至50KHz)，且能量合并區(qū)域可調(diào)節(jié)的強度范圍為約0.2至0.3瓦(W)/平方厘米(cm2) (距圓盤約20cm)。圖IF標示在圓盤周圍對稱設(shè)置的低能量超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器(頻率范圍為20至50KHz)，處于如距圓盤20cm遠的合并區(qū)域內(nèi)，合并區(qū)域的超聲波強度約0. 2至0. 3ff/cm2的范圍內(nèi)。通過使用能量轉(zhuǎn)換模塊130，可對腫瘤等提供能量的有效輸送。圖IG為注射納米乳劑之前及之后的腫瘤，其中左側(cè)繪示了腫瘤實體及其血管的 3D影像合成；右側(cè)繪示將人造血液全氟碳納米乳劑(微小白點)注射入腫瘤血管中，以填充腫瘤細胞間隙。圖IH的左圖顯示超聲波機器臂的設(shè)計。超聲波機器臂的頭盤具有8個對稱設(shè)置的低能量轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器(頻率范圍為20至50KHz)；此等轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器的尺寸約為2cm的直徑。此等轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器的聚焦區(qū)域為自該盤的表面約20cm處。頭盤的直徑約為15至20cm。盤中有一個設(shè)置于其中的B模式診斷性換能器(頻率3至8兆赫(MHz)，直徑為3至5cm，最大穿透深度為20至30cm)。圖IH的右圖說明周圍轉(zhuǎn)換器的聚焦區(qū)域(合并區(qū)域)定位于距頭盤的約20cm處。 應(yīng)注意，聚焦區(qū)域的超聲波能量水平是每平方厘米約0. 2至0. 3W，其對于低頻超聲波空化 (聲孔效應(yīng))效果最佳，但在FDA超聲波安全性指南中為良好。該8個獨立的超聲波波束的路徑具有非常低的超聲波能量，其既不能創(chuàng)造聲孔效應(yīng)，也無法獲得任何非所欲的生理性效果。換句話說，僅聚焦區(qū)域可具有治療性聲孔效應(yīng)，且在該聚焦區(qū)域內(nèi)累積的能量對于患者是安全的。圖II顯示了標靶區(qū)域的精確能量活化，其中，經(jīng)由計算機成像導(dǎo)引，通過機器臂的輔助，低能量超聲波的聚焦區(qū)域被精確地定位在腫瘤實體內(nèi)的預(yù)定治療區(qū)域。圖IJ為治療之前及之后的腫瘤的示意圖。腫瘤的實體于治療之后大幅收縮。圖IK顯示了具有超聲波臂的CT掃描儀(在同一位點成像并治療)，超聲波機器臂可為獨立個體或其可連接至或附裝于或安裝至成像裝置(如CT、MR、PET掃描儀)上。請參閱圖2，該圖繪示了使用上述系統(tǒng)1將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的步驟。在步驟S201中，影像擷取單元100擷取腫瘤細胞所處的組織或器官的3D結(jié)構(gòu)影像，以及腫瘤細胞所處的組織或器官的3D血管攝影影像。隨后進行步驟S202。在步驟S202中，影像合成單元110將3D結(jié)構(gòu)影像合并入3D血管攝影影像，以精確地定位腫瘤細胞并選擇完全涵蓋用于傳輸該大分子物質(zhì)的標靶細胞的血管通道。隨后進行步驟S203。在步驟S203中，注射單元120經(jīng)由所選擇的血管通道，注射微泡液體以環(huán)繞腫瘤細胞。隨后進行步驟S204。在步驟S204中，能量轉(zhuǎn)換模塊130使用轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器，施加用于活化微泡液體的超聲波，以產(chǎn)生生物效應(yīng)，由此在腫瘤細胞的細胞膜中形成非永久性孔洞。隨后進行步驟S205。在步驟S205中，注射單元120經(jīng)由腫瘤細胞的細胞膜中的非永久性孔洞，將大分子物質(zhì)注射入腫瘤細胞中。本發(fā)明另一具體實例中，將人造血液作為微泡液體注射并環(huán)繞腫瘤細胞。人造血液是指其滿足生物學(xué)血液的某些功能，尤其是在人體中。因為人類血液除了執(zhí)行載氧功能之外，也執(zhí)行其它功能，所以稱作氧療法更為精確。舉例而言，白血球防御感染性疾病，而血小板參與血液凝結(jié)。人造血液的一個實例為全氟碳(PFC)納米乳劑。該人造血液具有約 150納米的非常小的體積，因此不會堵塞毛細血管，且該人造血液不會進入血管間的裂隙。 因此，可改善使用導(dǎo)管時由于低血流造成的缺氧。\也可利用超聲波顯影劑擷取該3D血管攝影影像。該超聲波顯影劑是由包裹在特定保護殼中的微泡組成。第一代顯影劑由其內(nèi)部包裹空氣的氣泡制成，例如具有4微米 (μπι)的平均體積并由超聲波振動的白蛋白制成的albimexOiiallinckrodt)。其它超聲波顯影劑包括echovist、echogen、levovist、aerosomes等。新一代超聲波顯影劑是由難溶于水的氣體如氟碳或四氟化硫制成。將磷脂類、白蛋白、聚合物、表面活性劑和其它物質(zhì)加入該氣體中。新一代超聲波顯影劑可延長其在血液中的壽命，并強化超聲波傳播效果。該超聲波顯影劑的尺寸優(yōu)選不超過10微米，因此該超聲波顯影劑可平滑地通過該微血管。可通過靜脈注射或使用導(dǎo)管注射本發(fā)明的方法及系統(tǒng)中使用的超聲波顯影劑。當施加1兆帕(Mpa)強度的超聲波時，顯影劑的氣泡會產(chǎn)生非線性振動，并發(fā)射調(diào)諧信號。因為氣泡的調(diào)諧信號比組織的調(diào)諧信號強很多，顯影劑的信號截然不同于組織的信號，因此可清晰地顯示包括心肌及腎臟的血流情況的組織情況以及腫瘤的血管分布。如上所述，將3D結(jié)構(gòu)影像合并入3D血管攝影影像之后，選擇最有效的血管通道。經(jīng)由所選擇的通道，注射腫瘤治療的藥物以環(huán)繞腫瘤細胞。將藥物注射為環(huán)繞腫瘤細胞之后，施加使用轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器的至少IMpa強度的超聲波或適當強度的震蕩波，以活化微泡或超聲波顯影劑并進行強烈的氣泡移動，由此在細胞膜中形成非永久性孔洞，由此增加細胞膜的穿透性，立即大幅地降低用藥劑量，并維持有效的治愈效果?；蛘?，可在腫瘤細胞的細胞膜中形成非永久性孔洞之前注射藥物，由此實現(xiàn)與上述相同的精確用藥效果。此外，本發(fā)明的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)1進一步包含數(shù)據(jù)處理電子裝置或與數(shù)據(jù)處理電子裝置一起運作，用于處理在系統(tǒng)1工作進程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理電子裝置可為個人計算機(PC)、筆記型計算機(NB)、服務(wù)器、工作站、個人數(shù)字助理 (PDA)、液晶顯示器(LCD)計算機或平板計算機等。數(shù)據(jù)處理電子裝置包含顯示單元及輸入單元。顯示單元用于顯示通過影像合成單元110執(zhí)行的影像合成處理，通過注射單元120 執(zhí)行的藥物注射過程，以及通過能量轉(zhuǎn)換模塊130執(zhí)行的能量傳輸情況。輸入單元用于輸入本發(fā)明的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)1的指令及/或參數(shù)，至該數(shù)據(jù)處理電子裝置中。顯然，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，上述說明書儀為本發(fā)明的特定具體實施例及實施例的例示性說明。本發(fā)明應(yīng)因此涵蓋對本文揭示的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及操作所做的各種修飾及變更，其落入本發(fā)明的權(quán)利要求書所定義的保護范疇內(nèi)。盡管業(yè)經(jīng)根據(jù)所顯示的具體實施例揭示本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易認知， 可對所述具體實施例進行變更，且該變更將處于本發(fā)明的精神及范疇內(nèi)。由此，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對本發(fā)明作出很多修飾，而不背離本發(fā)明權(quán)利要求書的精神及范疇。
權(quán)利要求
1.一種將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，包含影像擷取單元，該影像擷取單元用于擷取該標靶細胞所處的組織或器官的3D結(jié)構(gòu)影像及該標靶細胞所處的組織或器官的3D血管攝影影像；影像合成單元，該影像合成單元用于將該3D結(jié)構(gòu)影像合并至該3D血管攝影影像，由此選擇完全涵蓋傳輸該大分子物質(zhì)的標靶細胞的血管通道；注射單元，該注射單元用于注射液體并傳輸該大分子物質(zhì)至該標靶細胞；能量轉(zhuǎn)換模塊，該能量轉(zhuǎn)換模塊用于施加能量，以活化該液體并產(chǎn)生生物效應(yīng)，由此在該標靶細胞的細胞膜中形成非永久性孔洞；其中，該能量轉(zhuǎn)換模塊包含包括超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器的超聲波轉(zhuǎn)換模塊，且該大分子物質(zhì)通過該標靶細胞的細胞膜中的非永久性孔洞進入該標靶細胞中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該超聲波轉(zhuǎn)換模塊包括基底部分、影像導(dǎo)向機器臂及超聲波傳播單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該超聲波傳播單元包括該超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該影像擷取單元為下列之一計算機斷層攝影裝置、磁共振成像裝置及血管攝影裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該3D 血管攝影影像通過使用3D重建血管照相術(shù)獲得。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該液體為下列之一微泡液體、人造血液及超聲波顯影液。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該液體的體積小于10微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該包含超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器的超聲波轉(zhuǎn)換模塊發(fā)出20KHz至50KHz的超聲波。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，用于下列之一基因輸送、基因療法、藥物傳輸、部分用藥及實體瘤治療。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)進一步包含數(shù)據(jù)處理電子裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理電子裝置一起運作。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該數(shù)據(jù)處理電子裝置包含顯示單元，該顯示單元用于顯示該影像合成單元執(zhí)行的影像合成過程、該注射單元執(zhí)行的藥物注射過程，以及，包括超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器的該能量轉(zhuǎn)換模塊的能量傳輸情況；以及輸入單元，該輸入單元用于把將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)的指令及/或參數(shù)輸入至該數(shù)據(jù)處理電子裝置中。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靴細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該數(shù)據(jù)處理電子裝置為下列之一個人計算機、筆記型計算機、服務(wù)器、工作站、個人數(shù)字助理、液晶顯示器計算機及平板計算機。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該超聲波轉(zhuǎn)換模塊設(shè)置成獨立個體。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的系統(tǒng)，其特征在于，該包括超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器的超聲波轉(zhuǎn)換模塊位于該影像合成單元內(nèi)。
全文摘要
將大分子物質(zhì)導(dǎo)入活體標靶細胞的方法及系統(tǒng)包括影像擷取單元、影像合成單元、注射單元及能量轉(zhuǎn)換模塊。超聲波能量轉(zhuǎn)換模塊包含超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器。影像擷取單元用于擷取標靶細胞所處的組織或器官的3D結(jié)構(gòu)影像及3D血管攝影影像。影像合成單元用于將3D結(jié)構(gòu)影像合并至3D血管攝影影像，從而選擇完全涵蓋用于傳輸大分子物質(zhì)的標靶細胞的血管通道。注射單元用于注射液體并傳輸大分子物質(zhì)至標靶細胞。能量轉(zhuǎn)換模塊用于施加能量，以活化液體并產(chǎn)生生物效應(yīng)。能量轉(zhuǎn)換模塊包含超聲波轉(zhuǎn)換器或高頻擴音器，由此在標靶細胞的細胞膜中形成非永久性孔洞，從而使大分子物質(zhì)通過非永久性孔洞進入標靶細胞中。
文檔編號A61M37/00GK102406979SQ20101053661
公開日2012年4月11日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月22日
發(fā)明者田德?lián)P 申請人:田德?lián)P