(57)【要約】  患者の腫瘍組織部位を治療するためのシステムが提供される。少なくとも第１及び第２の単極電極は、患者の腫瘍組織部位に又はその付近に導入されるように構成される。電圧パルス発生器は、第１及び第２の単極電極に結合される。電圧パルス発生器は、腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションを誘起させて、腫瘍組織部位の細胞壊死を生じさせるのに十分であるが、腫瘍組織部位の大部分に熱による損傷効果をもたらすには不十分な電気パルスを第１及び第２の単極電極間に印加するように構成される。
2008543492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の腫瘍を治療するためのシステムであって、
患者の腫瘍組織部位に又はその付近に導入されるように構成された少なくとも第１及び第２の単極電極と、
前記第１及び第２の単極電極に結合され、前記腫瘍組織部位に細胞のエレクトロポレーションを誘起させて、該腫瘍組織部位の大部分に熱による損傷効果をもたらすことなく腫瘍細胞の細胞壊死を生じさせる量で該第１及び第２の単極電極間に電気パルスを印加するように構成された電圧パルス発生器と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記腫瘍組織部位において細胞に供給された試験電圧を測定するように構成されたモニタリング電極をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記試験電圧は、不可逆的エレクトロポレーションを生じさせるには不十分であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
少なくとも第３の単極電極をさらに含み、前記第１、第２及び第３の単極電極は単極電極アレイを形成することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記アレイは、前記腫瘍組織部位に対して取り囲む状態で位置決めされるように構成されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記エレクトロポレーションは、リアルタイム・モニタリングによる制御された方法で行われることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記エレクトロポレーションは、細胞膜において制御された細孔形成を与える制御された方法で行われることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記エレクトロポレーションは、周囲の組織を保持しながら、前記腫瘍組織部位の前記細胞において組織効果をもたらす制御された方法で行われることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記エレクトロポレーションは、電気インピーダンスのモニタリングによる制御された方法で行われることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションの開始を検出することをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記エレクトロポレーションは、制御された電圧強度及び持続時間による制御された方法で行われることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記エレクトロポレーションは、リアルタイム制御による制御された方法で行われることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記エレクトロポレーションは、細胞膜にわたる質量輸送が調整され、制御されるように行われることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記エレクトロポレーションは、電圧の大きさの適切な選択による制御された方法で行われることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記エレクトロポレーションは、電圧印加時間の適切な選択による制御された方法で行われることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記電圧パルス発生器は、各々のパルスが約５マイクロ秒から約６２秒までの持続時間だけ印加されるように構成されることを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記電圧パルス発生器は、各々のパルスが約９０マイクロ秒から約１１０マイクロ秒までの持続時間だけ印加されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記電圧パルス発生器は、各々のパルスが約１００マイクロ秒の持続時間だけ印加されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記電圧パルス発生器は、約１個から１５個までのパルスを印加するように構成されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記電圧パルス発生器は、持続時間毎に約１００マイクロ秒の約８個のパルスを印加するように構成されることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
【請求項２１】
前記電圧パルス発生器は、約５０ボルト／ｃｍから約８０００ボルト／ｃｍまでの範囲内の前記腫瘍組織部位における電圧勾配を生じさせるパルス印加を与えるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記腫瘍組織部位において摂氏１００度又はそれより下の温度を維持するように、該腫瘍組織部位の温度がモニタリングされ、前記パルスが調整されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記腫瘍組織部位において摂氏７５度又はそれより下の温度を維持するように、該腫瘍組織部位の温度がモニタリングされ、前記パルスが調整されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記腫瘍組織部位において摂氏６０度又はそれより下の温度を維持するように、該腫瘍組織部位の温度がモニタリングされ、前記パルスが調整されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２５】
前記温度は、摂氏５０度又はそれより下に維持されることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２６】
電流対電圧の比は、前記腫瘍組織部位の温度を摂氏１００度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
電流対電圧の比は、前記腫瘍組織部位の温度を摂氏７５度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２８】
電流対電圧の比は、前記腫瘍組織部位の温度を摂氏６０度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項２９】
電流対電圧の比は、前記腫瘍組織部位の温度を摂氏５０度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３０】
前記第１の電極は、前記第２の電極から約５ｍｍから１０ｃｍまでの位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第１及び第２の単極電極は、形状が円形であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３２】
前記電圧パルス発生器は、前記腫瘍組織部位における細胞の細胞膜を恒久的に破壊するのに十分な持続時間及び大きさのパルス印加を与えるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３３】
前記細胞にわたる電圧に対する、前記腫瘍組織部位における細胞を通る電流の比が検出され、該腫瘍組織部位への印加電圧の大きさは、前記電圧に対する電流の比の変化に従って調整されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３４】
患者の腫瘍を治療するためのシステムであって、
患者の腫瘍組織部位に又はその付近に導入されるように構成された双極電極と、
前記双極電極に結合され、前記腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションを誘起させて、該腫瘍組織部位の大部分に熱効果をもたらすことなく腫瘍細胞の細胞壊死を生じさせる量で電気パルスを印加するように構成された電圧パルス発生器と、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項３５】
前記エレクトロポレーションは、リアルタイム・モニタリングによる制御された方法で行われることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項３６】
前記腫瘍組織部位において細胞に供給された試験電圧を測定するように構成されたモニタリング電極をさらに含むことを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記試験電圧は、不可逆的エレクトロポレーションを生じさせるには不十分であることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項３８】
少なくとも第２及び第３の双極電極をさらに含み、前記少なくとも第１、第２及び第３の双極電極は、電極アレイを形成することを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項３９】
前記アレイは、前記腫瘍組織部位に対して取り囲む状態で位置決めされるように構成されることを特徴とする請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
前記エレクトロポレーションは、細胞膜において制御された細孔形成を与える制御された方法で行われることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項４１】
前記エレクトロポレーションは、周囲の組織を保持しながら、前記腫瘍組織部位の前記細胞において組織効果をもたらす制御された方法で行われることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項４２】
前記エレクトロポレーションは、電気インピーダンスのモニタリングによる制御された方法で行われることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項４３】
前記腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションの開始を検出することをさらに含むことを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項４４】
前記エレクトロポレーションは、制御された電圧強度及び持続時間による制御された方法で行われることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項４５】
前記エレクトロポレーションは、リアルタイム制御による制御された方法で行われることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記エレクトロポレーションは、細胞膜にわたる質量輸送が調整され、制御されるように行われることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項４７】
前記エレクトロポレーションは、電圧の大きさの適切な選択による制御された方法で行われることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項４８】
前記エレクトロポレーションは、電圧印加時間の適切な選択による制御された方法で行われることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項４９】
電圧パルス発生器は、各々のパルスが約５マイクロ秒から約６２秒までの持続時間だけ印加されるように構成されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項５０】
前記電圧パルス発生器は、各々のパルスが約９０マイクロ秒から約１１０マイクロ秒までの持続時間だけ印加されるように構成されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項５１】
前記電圧パルス発生器は、各々のパルスが約１００マイクロ秒の持続時間だけ印加されるように構成されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項５２】
前記電圧パルス発生器は、約１個から１５個までのパルスを印加するように構成されることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項５３】
前記電圧パルス発生器は、持続時間毎に約１００マイクロ秒の約８個のパルスを印加するように構成されることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項５４】
前記電圧パルス発生器は、約５０ボルト／ｃｍから約８０００ボルト／ｃｍまでの範囲内の前記腫瘍組織部位における電圧勾配を生じさせるパルス印加を与えるように構成されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項５５】
前記腫瘍組織部位において摂氏１００度又はそれより下の温度を維持するように、該腫瘍組織部位の温度がモニタリングされ、前記パルスが調整されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項５６】
前記腫瘍組織部位において摂氏７５度又はそれより下の温度を維持するように、該腫瘍組織部位の温度がモニタリングされ、前記パルスが調整されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項５７】
前記腫瘍組織部位において摂氏６０度又はそれより下の温度を維持するように、該腫瘍組織部位の温度がモニタリングされ、前記パルスが調整されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項５８】
前記温度は、摂氏５０度又はそれより下に維持されることを特徴とする請求項５５に記載のシステム。
【請求項５９】
電流対電圧の比は、前記腫瘍組織部位の温度を摂氏１００度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項６０】
電流対電圧の比は、前記腫瘍組織部位の温度を摂氏７５度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項６１】
電流対電圧の比は、前記腫瘍組織部位の温度を摂氏６０度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項６２】
電流対電圧の比は、前記腫瘍組織部位の温度を摂氏５０度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項６３】
前記電圧パルス発生器は、前記腫瘍組織部位における細胞の細胞膜を恒久的に破壊するのに十分な持続時間及び大きさのパルス印加を与えるように構成されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項６４】
前記細胞にわたる電圧に対する、前記腫瘍組織部位における細胞を通る電流の比が検出され、該腫瘍組織部位への印加電圧の大きさは、前記電圧に対する電流の比の変化に従って調整されることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
【請求項６５】
患者の腫瘍を治療するための方法であって、
少なくとも第１及び第２の単極電極を患者の腫瘍組織部位に導入し、
前記腫瘍組織部位に又はその付近に前記少なくとも第１及び第２の単極電極を位置決めし、
前記腫瘍組織部位において細胞のエレクトロポレーションを生じさせるのに十分な量で、かつ該腫瘍組織部位の大部分に熱損傷をもたらすより少ない量で、制御された方法により電界を該腫瘍組織部位に印加する
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項６６】
モニタリング電極を用いて、前記腫瘍組織部位における細胞に供給された試験電圧を測定することをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記試験電圧は、不可逆的エレクトロポレーションを生じさせるには不十分であることを特徴とする請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
少なくとも第３の単極電極を前記腫瘍組織部位に導入することをさらに含み、前記第１、第２及び第３の単極電極は電極アレイを形成することを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項６９】
前記アレイは、前記腫瘍組織部位に対して取り囲む状態で位置決めされることを特徴とする請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
リアルタイム・モニタリングによる制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項７１】
細胞膜において制御された細孔形成を与える制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項７２】
周囲の組織を保持しながら、前記腫瘍組織部位において細胞の組織効果をもたらす制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項７３】
電気インピーダンスのモニタリングによる制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項７４】
前記腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションの開始を検出することをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項７５】
制御された電圧強度及び持続時間による制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項７６】
リアルタイム制御による制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項７７】
細胞膜にわたる質量輸送が調整され、制御されるように前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項７８】
電圧の大きさの適切な選択による制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項７９】
前記エレクトロポレーションは、電圧の大きさの適切な選択による制御された方法で行われることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項８０】
前記エレクトロポレーションは、電圧印加時間の適切な選択による制御された方法で行われることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項８１】
各々のパルスの持続時間は、約５マイクロ秒から約６２秒までであることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項８２】
各々のパルスの持続時間は、約９０マイクロ秒から約１１０マイクロ秒までであることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項８３】
パルスは、約１００マイクロ秒の期間だけ印加されることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項８４】
約１個から１５個までのパルスが印加されることを特徴とする請求項８２に記載の方法。
【請求項８５】
持続時間毎に約１００マイクロ秒の約８個のパルスが印加されることを特徴とする請求項８２に記載の方法。
【請求項８６】
約５０ボルト／ｃｍから約８０００ボルト／ｃｍまでの範囲内の前記腫瘍組織部位における電圧勾配を生じさせるように、パルスが印加されることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項８７】
前記腫瘍組織部位の温度をモニタリングし、
前記腫瘍組織部位において摂氏１００度又はそれより下の温度を維持するように前記パルスを調整する
ことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項８８】
前記腫瘍組織部位の温度をモニタリングし、
前記腫瘍組織部位において摂氏７５度又はそれより下の温度を維持するように前記パルスを調整する
ことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項８９】
前記腫瘍組織部位の温度をモニタリングし、
前記腫瘍組織部位において摂氏６０度又はそれより下の温度を維持するように前記パルスを調整する
ことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項９０】
前記腫瘍組織部位の温度をモニタリングし、
前記腫瘍組織部位において摂氏５０度又はそれより下の温度を維持するように前記パルスを調整する
ことをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項９１】
前記腫瘍組織部位の温度を摂氏１００度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて電流対電圧の比を調整することをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項９２】
前記腫瘍組織部位の温度を摂氏７５度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて電流対電圧の比を調整することをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項９３】
前記腫瘍組織部位の温度を摂氏６０度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて電流対電圧の比を調整することをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項９４】
前記腫瘍組織部位の温度を摂氏５０度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて電流対電圧の比を調整することをさらに含むことを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項９５】
前記印加パルスは、前記腫瘍組織部位における細胞の細胞膜を恒久的に破壊するのに十分な持続時間及び大きさのものであることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項９６】
前記細胞にわたる電圧に対する、前記腫瘍組織部位における細胞を通る電流の比が検出され、該腫瘍組織部位への印加電圧の大きさは、前記電圧に対する電流の比の変化に従って調整されることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項９７】
前記腫瘍は、前立腺の腫瘍であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項９８】
前記腫瘍は、胸の腫瘍であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項９９】
前記腫瘍は、腎臓の腫瘍であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１００】
前記腫瘍は、結腸直腸の腫瘍であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１０１】
前記腫瘍は、脳の腫瘍であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１０２】
前記腫瘍は、肺の腫瘍であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１０３】
前記腫瘍は、肝臓の腫瘍であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１０４】
前記腫瘍は、副腎の腫瘍であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１０５】
前記腫瘍は、皮膚の腫瘍であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１０６】
前記腫瘍は、膵臓の腫瘍であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記腫瘍は、子宮筋腫であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１０８】
前記腫瘍は、乳腺筋腫であることを特徴とする請求項６５に記載の方法。
【請求項１０９】
患者の腫瘍を治療するための方法であって、
患者の腫瘍組織部位に双極電極を導入し、
前記腫瘍組織部位に又はその付近に前記双極電極を位置決めし、
前記腫瘍組織部位において細胞のエレクトロポレーションを生じさせるのに十分な量で、かつ該腫瘍組織部位の大部分に熱損傷をもたらすより少ない量で、制御された方法により電界を該腫瘍組織部位に印加する
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項１１０】
モニタリング電極が設けられることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記モニタリング電極は、前記双極電極の遠位又は近位に配置されることを特徴とする請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１２】
前記モニタリング電極は、前記双極電極から一定の位置に配置されることを特徴とする請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１３】
前記モニタリング電極は、前記双極電極が配置されたシース上に取り付けられることを特徴とする請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１４】
前記双極電極から前記モニタリング電極までの距離は、モニタリングされた組織部位の画像形成に応じて変えられ、位置決めされることを特徴とする請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１５】
前記モニタリング電極は、ＲＦ電極に結合された生体ガイドの位置に位置決めされることを特徴とする請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１６】
前記ＲＦ電極は、前記生体ガイドを通して配置されるように構成されることを特徴とする請求項１１５に記載の方法。
【請求項１１７】
前記モニタリング電極は、前記生体ガイドの先端に配置され、前記双極電極が配置されるときに、組織に当接することを特徴とする請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
モニタリング電極を用いて、前記腫瘍組織部位における細胞に供給された試験電圧を測定することをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１９】
前記試験電圧は、不可逆的エレクトロポレーションを生じさせるには不十分であることを特徴とする請求項１０８に記載の方法。
【請求項１２０】
少なくとも第２及び第３の双極電極を前記腫瘍組織部位に導入することをさらに含み、前記第１、第２及び第３の双極電極は電極アレイを形成することを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１２１】
前記アレイは、前記腫瘍組織部位に対して取り囲む状態で位置決めされることを特徴とする請求項１２０に記載の方法。
【請求項１２２】
リアルタイム・モニタリングによる制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１２３】
細胞膜において制御された細孔形成を与える制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１２４】
周囲の組織を保持しながら、前記腫瘍組織部位において細胞の組織効果をもたらす制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１２５】
電気インピーダンスのモニタリングによる制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１２６】
前記腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションの開始を検出することをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１２７】
制御された電圧強度及び持続時間による制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１２８】
リアルタイム制御による制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９記載の方法。
【請求項１２９】
細胞膜にわたる質量輸送が調整され、制御されるように前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１３０】
電圧の大きさの適切な選択による制御された方法で前記エレクトロポレーションを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１３１】
前記エレクトロポレーションは、電圧の大きさの適切な選択による制御された方法で行われることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１３２】
前記エレクトロポレーションは、電圧印加時間の適切な選択による制御された方法で行われることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１３３】
各々のパルス持続時間は、約５マイクロ秒から約６２秒までであることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１３４】
各々のパルス持続時間は、約９０マイクロ秒から約１１０マイクロ秒までであることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１３５】
パルスは、約１００マイクロ秒の時間だけ印加されることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１３６】
約１個から１５個までのパルスが印加されることを特徴とする請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３７】
持続時間毎に約１００マイクロ秒の約８個のパルスが印加されることを特徴とする請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３８】
約５０ボルト／ｃｍから約８０００ボルト／ｃｍまでの範囲内の前記腫瘍組織部位における電圧勾配を生じさせるように、パルスが印加されることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１３９】
前記腫瘍組織部位の温度をモニタリングし、
前記腫瘍組織部位において摂氏１００度又はそれより下の温度を維持するように前記パルスを調整する
ことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１４０】
前記腫瘍組織部位の温度をモニタリングし、
前記腫瘍組織部位において摂氏７５度又はそれより下の温度を維持するように前記パルスを調整する
ことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１４１】
前記腫瘍組織部位の温度をモニタリングし、
前記腫瘍組織部位において摂氏６０度又はそれより下の温度を維持するように前記パルスを調整する
ことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１４２】
前記腫瘍組織部位の温度をモニタリングし、
前記腫瘍組織部位において摂氏５０度又はそれより下の温度を維持するように前記パルスを調整する
ことをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１４３】
前記腫瘍組織部位の温度を摂氏１００度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて電流対電圧の比を調整することをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１４４】
前記腫瘍組織部位の温度を摂氏７５度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて電流対電圧の比を調整することをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１４５】
前記腫瘍組織部位の温度を摂氏６０度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて電流対電圧の比を調整することをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１４６】
前記腫瘍組織部位の温度を摂氏５０度又はそれより下に維持するように、温度に基づいて電流対電圧の比を調整することをさらに含むことを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１４７】
前記印加パルスは、前記腫瘍組織部位における細胞の細胞膜を恒久的に破壊するのに十分な持続時間及び大きさのものであることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１４８】
前記細胞にわたる電圧に対する、前記腫瘍組織部位における細胞を通る電流の比が検出され、該腫瘍組織部位への印加電圧の大きさは、前記電圧に対する電流の比の変化に従って調整されることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１４９】
前記腫瘍は、前立腺の腫瘍であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１５０】
前記腫瘍は、胸の腫瘍であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１５１】
前記腫瘍は、腎臓の腫瘍であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１５２】
前記腫瘍は、結腸直腸の腫瘍であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１５３】
前記腫瘍は、脳の腫瘍であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１５４】
前記腫瘍は、肺の腫瘍であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１５５】
前記腫瘍は、肝臓の腫瘍であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１５６】
前記腫瘍は、副腎の腫瘍であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１５７】
前記腫瘍は、皮膚の腫瘍であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１５８】
前記腫瘍は、膵臓の腫瘍であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１５９】
前記腫瘍は、子宮筋腫であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【請求項１６０】
前記腫瘍は、乳腺筋腫であることを特徴とする請求項１０９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、エレクトロポレーションに関し、より具体的には、エレクトロポレーションを用いた患者の腫瘍組織部位を治療するためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、この出願の全てが引用により本明細書に完全に組み入れられる、当該出願と同じ日付で出願された、米国特許出願第１１／１６５，８８１号（代理人整理番号４２２１８−０００３）、米国特許出願第１１／１６５，９０８号（代理人整理番号４２２１８−０００４）、及び米国特許出願第１１／１６６，９７４号（代理人整理番号４２２１８−０００５）に関連する。
【背景技術】
【０００３】
エレクトロポレーションは、細胞膜を特定の電気パルスにさらすことによって、細胞膜を透過性にする現象と定義される（Ｗｅａｖｅｒ，Ｊ．Ｃ．ａｎｄ  Ｙ．Ａ．Ｃｈｉｚｍａｄｚｈｅｖ，Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ：ａ  ｒｅｖｉｅｗ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｅｎｅｒｇ．，１９９６．４１：ｐ．１３５−６０）。膜の透過化は、使用される電気パラメータの関数として可逆的又は不可逆的とすることができる。可逆的エレクトロポレーションにおいて、細胞膜は、パルスが停止した後、ある時間で再封し、細胞は生存する。不可逆的エレクトロポレーションにおいて、細胞膜は再封せず、細胞は溶解する。（Ｄｅｖ，Ｓ．Ｂ．，Ｒａｂｕｓｓａｙ，Ｄ．Ｐ．，Ｗｉｄｅｒａ，Ｇ．，Ｈｏｆｍａｎｎ，Ｇ．Ａ．，Ｍｅｄｉｃａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ  ２８  Ｎｏ  １，Ｆｅｂ  ２０００，ｐｐ２０６−２２３）。
誘起された電界による細胞膜の絶縁破壊、すなわち不可逆的エレクトロポレーションは、１９７０年代初期に最初に確認された（Ｎｅｕｍａｎｎ，Ｅ．ａｎｄ  Ｋ．Ｒｏｓｅｎｈｅｃｋ，Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ  ｃｈａｎｇｅｓ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｉｍｐｕｌｓｅｓ  ｉｎ  ｖｅｓｉｃｕｌａｒ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ｊ．Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｂｉｏｌ．，１９７２．１０：ｐ．２７９−２９０；Ｃｒｏｗｌｅｙ，Ｊ．Ｍ．，Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｂｅａｋｄｏｗｎ  ｏｆ  ｂｉｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｌｉｐｉｄ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  ａｓ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ，１９７３．１３：ｐ．７１１−７２４；Ｚｉｍｍｅｒｍａｎｎ，Ｕ．，Ｊ．Ｖｉｅｎｋｅｎ，ａｎｄ  Ｇ．Ｐｉｌｗａｔ，Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  ｏｆ  ｃｅｌｌ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ，．Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ，１９７４．１４（１１）：ｐ．８８１−８９９）。膜の再封する能力、すなわち可逆的エレクトロポレーションは、１９７０年代後半に別途発見された（Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ  Ｊｒ、Ｋ．ａｎｄ  Ｔ．Ｙ．Ｔｓｏｎｇ，Ｈｅｍｏｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｈｕｍａｎ  ｅｒｙｔｈｒｏｃｙｔｅｓ  ｂｙ  ａ  ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄ．Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ，１９７７．７４（５）：ｐ．１９２３−１９２７；Ｂａｋｅｒ，Ｐ．Ｆ．ａｎｄ  Ｄ．Ｅ．Ｋｎｉｇｈｔ，Ｃａｌｃｉｕｍ−ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  ｅｘｏｃｙｔｏｓｉｓ  ｉｎ  ｂｏｖｉｎｅ  ａｄｒｅｎａｌ  ｍｅｄｕｌｌａｒｙ  ｃｅｌｌｓ  ｗｉｔｈ  ｌｅａｋｙ  ｐｌａｓｍａ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ．Ｎａｔｕｒｅ，１９７８．２７６：ｐ．６２０−６２２；Ｇａｕｇｅｒ，Ｂ．ａｎｄ  Ｆ．Ｗ．Ｂｅｎｔｒｕｐ，Ａ  Ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｆｕｃｕｓ  Ｅｇｇ，．Ｊ．Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｂｉｏｌ．，１９７９．４８（３）：ｐ．２４９−２６４）。
【０００４】
エレクトロポレーションの機構は、まだ完全には理解されていない。電界が細胞膜の周囲の電気化学ポテンシャルを変化させ、分極された細胞膜の脂質二重層において不安定性を誘起させると考えられている。次に、不安定な膜は、その形状を変更させて、場合によっては膜を通るナノスケールの細孔である水路を形成し、したがって「エレクトロポレーション」という用語が充てられる。（Ｃｈａｎｇ，Ｄ．Ｃ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｇｕｉｄｅ  ｔｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｆｕｓｉｏｎ．１９９２，Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ：Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．）。ここで、質量輸送は、電気化学的制御下でこれらのチャネルを通して行われ得る。細胞膜が透過化となる機構が何であろうとも、エレクトロポレーションは、細胞膜にわたる質量輸送を高めるための重要な方法となった。
エレクトロポレーションの細胞膜の透過化特性についての第１の重要な用途は、Ｎｅｕｍａｎｎによるものである（Ｎｅｕｍａｎｎ，Ｅ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｇｅｎｅ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｉｎｔｏ  ｍｏｕｓｅ  ｌｙｏｍａ  ｃｅｌｌｓ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｈｉｇｈ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｆｉｅｌｄｓ．Ｊ．ＥＭＢＯ，１９８２．１：ｐ．８４１−５）。彼は、可逆的エレクトロポレーションを細胞に適用することによって、細胞膜を十分に透過化することが可能であり、その結果、通常は細胞に侵入するにはあまりにも大きい巨大分子である遺伝子がエレクトロポレーション後に細胞に侵入することができることを示した。この手法の目的は遺伝子を組み込む生存細胞を有することであるため、可逆的エレクトロポレーションの電気的パラメータを使用することは、この手法の成功を決める鍵となる。
【０００５】
この発見に続いて、エレクトロポレーションは、蛍光染料、薬物、及び放射性トレーサーのような小型分子から、抗体、酵素、核酸、ＨＭＷデキストラン、及びＤＮＡのような高分子量の分子までの、細胞膜を通常は通過させないか、或いは細胞膜の通過が困難である化学種を細胞内に導入するか又は細胞から抽出するための、医療及びバイオテクノロジーにおける種々の用途で細胞膜を可逆的に透過化するためによく使用されるようになった。
体外での細胞についての研究に続いて、可逆的エレクトロポレーションは、組織中の細胞の透過化のために使用され始めた。Ｈｅｌｌｅｒ，Ｒ．，Ｒ．Ｇｉｌｂｅｒｔ，ａｎｄ  Ｍ．Ｊ．Ｊａｒｏｓｚｅｓｋｉ，Ｃｌｉｎｉｃａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ．Ａｄｖａｎｃｅｄ  ｄｒｕｇ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｒｅｖｉｅｗｓ，１９９９．３５：ｐ．１１９−１２９。細胞のエレクトロポレーションは、現在、小型薬物及び巨大分子を身体の特定領域の細胞内に導入するための最小侵襲外科技術として人気を高めつつある。この技術は、薬物又は巨大分子を患部領域に注入し、電極を標的組織の中又はその周囲に配置して、組織中に可逆的透過化電界を発生し、これにより薬物又は巨大分子を患部領域の細胞内に導入することによって達成される（Ｍｉｒ，Ｌ．Ｍ．，Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ  ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ  ｏｆ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｃｅｌｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００１，５３：ｐ．１−１０）。
【０００６】
望ましくない組織をアブレーションするためのエレクトロポレーションの使用は、１９８７年にＯｋｉｎｏ及びＭｏｈｒｉによって、並びに１９９１年にＭｉｒ他によって導入された。彼らは、ブレオマイシン及びシスプラチナのような、癌治療のための薬物が存在し、これらは癌細胞のアブレーションにおいては極めて有効であるが、細胞膜を貫通することは困難であると認識していた。さらに、ブレオマイシンのような、これらの薬物の幾つかは、再生しない正常細胞に影響を与えることなく再生する癌細胞に選択的に影響を与える能力を有する。Ｏｋｉｎｏ及びＭｏｒｉ並びにＭｉｒ他は、電気パルスと不透過性の抗癌剤とを組み合わせることがその薬物による治療の効果を大幅に高めたことを別途発見した（Ｏｋｉｎｏ，Ｍ．ａｎｄ  Ｈ．Ｍｏｈｒｉ，Ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ａ  ｈｉｇｈ−ｖｏｌｔａｇｅ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｉｍｐｕｌｓｅ  ａｎｄ  ａｎ  ａｎｔｉｃａｎｃｅｒ  ｄｒｕｇ  ｏｎ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｇｒｏｗｉｎｇ  ｔｕｍｏｒｓ．Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃａｎｃｅｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ，１９８７．７８（１２）：ｐ．１３１９−２１；Ｍｉｒ，Ｌ．Ｍ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ  ｐｏｔｅｎｔｉａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎｔｉｔｕｍｏｕｒ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｂｌｅｏｍｙｃｉｎ  ｂｙ  ｌｏｃａｌ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｐｕｌｓｅｓ．Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃａｎｃｅｒ，１９９１．２７：ｐ．６８−７２）。Ｍｉｒ他は、すぐに、有望な結果を示した臨床試験を続行し、治療用電気化学療法を作った（Ｍｉｒ，Ｌ．Ｍ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ，ａ  ｎｏｖｅｌ  ａｎｔｉｔｕｍｏｒ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ：ｆｉｒｓｔ  ｃｌｉｎｉｃａｌ  ｔｒｉａｌ．Ｃ．Ｒ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．，１９９１．Ｓｅｒ．ＩＩＩ  ３１３（６１３−８））。
【０００７】
現在、エレクトロポレーションについての主要な治療的インビボ用途は、細胞毒性非透過性薬物を透過化電気パルスと組み合わせる抗腫瘍電気化学療法（ＥＣＴ）、及び非ウィルス遺伝子療法の形としての電気遺伝子療法（ＥＧＴ）、並びに経皮的薬物送達である（Ｍｉｒ，Ｌ．Ｍ．，Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ  ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ  ｏｆ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｃｅｌｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００１．５３：ｐ．１−１０）。電気化学療法及び電気遺伝子療法についての研究は、最近、幾つかの出版物において要約されている（Ｊａｒｏｓｚｅｓｋｉ，Ｍ．Ｊ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｇｅｎｅ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ．Ａｄｖａｎｃｅｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１９９９．３５：ｐ．１３１−１３７；Ｈｅｌｌｅｒ，Ｒ．，Ｒ．Ｇｉｌｂｅｒｔ，ａｎｄ  Ｍ．Ｊ．Ｊａｒｏｓｚｅｓｋｉ，Ｃｌｉｎｉｃａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ．Ａｄｖａｎｃｅｄ  ｄｒｕｇ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｒｅｖｉｅｗｓ，１９９９．３５：ｐ．１１９−１２９；Ｍｉｒ，Ｌ．Ｍ．，Ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ  ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅｓ  ｏｆ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｃｅｌｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００１．５３：ｐ．１−１０；Ｄａｖａｌｏｓ，Ｒ．Ｖ．，Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｍｐｅｄａｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ，ｉｎ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．２００２，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  ａｔ  Ｂｅｒｋｅｌｅｙ：Ｂｅｒｋｅｌｅｙ．ｐ．２３７）。最近の記事は、５つの癌研究センターにおいて実施された臨床試験結果を要約したものである。基底細胞癌腫、悪性黒色腫、腺癌、並びに頭部及び頸部の扁平上皮細胞癌は、総数２９１の腫瘍について治療された（Ｍｉｒ，Ｌ．Ｍ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  ｃｕｔａｎｅｏｕｓ  ａｎｄ  ｓｕｂｃｕｔａｎｅｏｕｓ  ｍａｌｉｇｎａｎｔ  ｔｕｍｏｕｒｓ  ｂｙ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ．Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃａｎｃｅｒ，１９９８．７７（１２）：ｐ．２３３６−２３４２）。
【０００８】
電気化学療法は、組織を局所的にアブレーションし、最小限の有害な副作用及び高い反応率でそれらの組織学的型にかかわらず腫瘍を治療するための有望な最小侵襲外科技術である（Ｄｅｖ，Ｓ．Ｂ．，ｅｔ  ａｌ．，Ｍｅｄｉｃａｌ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ．ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐｌａｓｍａ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０００．２８（１）：ｐ．２０６−２２３；Ｈｅｌｌｅｒ，Ｒ．，Ｒ．Ｇｉｌｂｅｒｔ，ａｎｄ  Ｍ．Ｊ．Ｊａｒｏｓｚｅｓｋｉ，Ｃｌｉｎｉｃａｌ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｏｔｈｅｒａｐｙ．Ａｄｖａｎｃｅｄ  ｄｒｕｇ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｒｅｖｉｅｗｓ，１９９９．３５：ｐ．１１９−１２９）。望ましくない組織への電極の挿入、細胞への細胞毒性薬物の注入、及び可逆的エレクトロポレーション・パラメータの適用によって実行される電気化学療法は、高温治療法と非選択的化学療法の両方の適用の容易さからの利益を得て、高温療法と非選択的化学療法の両方について、匹敵する結果をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
不可逆的エレクトロポレーションを細胞に誘起させる電気パルスの適用である、不可逆的エレクトロポレーションは、組織アブレーションに対しても考慮される（Ｄａｖａｌｏｓ，Ｒ．Ｖ．，Ｒｅａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ，ｉｎ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｅｅｒｉｎｇ．２００２，ＰｈＤ  Ｔｈｅｓｉｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ  ａｔ  Ｂｅｒｋｅｌｅｙ：Ｂｅｒｋｅｌｅｙ，Ｄａｖａｌｏｓ，Ｒ．，Ｌ．Ｍｉｒ，Ｒｕｂｉｎｓｋｙ  Ｂ．，“Ｔｉｓｓｕｅ  ａｂｌａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  ｉｒｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ”  ｉｎ  ｐｒｉｎｔ  Ｆｅｂ  ２００５  Ａｎｎａｌｓ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇ，）。不可逆的エレクトロポレーションは、重要な最小侵襲性外科技術になる可能性がある。しかしながら、体の外面又は体の外面の近くではなく、深く体内に入って使用されるときは、深く体内に入って行われる全ての最小侵襲性外科技術に典型的な、それを厳密にモニタリングし、制御することができないという欠点を有する。不可逆的エレクトロポレーションが組織アブレーションにおいて普通の技術になるためには、直接フィードバックによって制御可能である必要がある。このことは、周囲の組織に影響を与えることなく標的領域が適切に治療されることを保証するために必要である。本発明は、医用画像形成の形態のこうした問題への解決法を提供する。
【００１０】
医用画像形成は、Ｏｎｉｋ及びＲｕｂｉｎｓｋｙのグループによって１９８０年代初期に導入されてから、最小及び非侵襲性治療に必須の態様となった（Ｇ．Ｏｎｉｋ，Ｃ．Ｃｏｏｐｅｒ，Ｈ．Ｉ．Ｇｏｌｄｅｎｂｅｒｇ，Ａ．Ａ．Ｍｏｓｓ，Ｂ．Ｒｕｂｉｎｓｋｙ，ａｎｄ  Ｍ．Ｃｈｒｉｓｔｉａｎｓｏｎ，“Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｆｒｏｚｅｎ  Ｌｉｖｅｒ”，Ｃｒｙｏｂｉｏｌｏｇｙ，２１，ｐｐ．３２１−３２８，１９８４，Ｊ．Ｃ．Ｇｉｌｂｅｒｔ，Ｇ．Ｍ．Ｏｎｉｋ，Ｗ．Ｈａｄｄｉｃｋ，ａｎｄ  Ｂ．Ｒｕｂｉｎｓｋｙ，“Ｔｈｅ  Ｕｓｅ  ｏｆ  Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ  Ｉｍａｇｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  Ｃｒｙｏｓｕｒｇｅｒｙ”，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ６ｔｈ  Ａｎｎｕａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＥＥＥ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ｉｎ  Ｍｅｄｉｃｉｎｅ  ａｎｄ  Ｂｉｏｌｏｇｙ，１０７−１１２，１９８４  Ｇ．Ｏｎｉｋ，Ｊ．Ｇｉｌｂｅｒｔ，Ｗ．Ｋ．Ｈａｄｄｉｃｋ，Ｒ．Ａ．Ｆｉｌｌｙ，Ｐ．Ｗ．Ｃｏｌｌｅｎ，Ｂ．Ｒｕｂｉｎｓｋｙ，ａｎｄ  Ｌ．Ｆａｒｒｅｌ，“Ｓｏｎｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｈｅｐａｔｉｔｃ  Ｃｒｙｏｓｕｒｇｅｒｙ，Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ  Ａｎｉｍａｌ  Ｍｏｄｅｌ”，Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｊ．ｏｆ  Ｒｏｅｎｔｇｅｎｏｌｏｇｙ，Ｍａｙ  １９８５，ｐｐ．１０４３−１０４７）。医用画像形成は、画像形成技術を用いて分布を形成する、組織についての種々の物理的特性のマップの作成を伴う。例えば、ｘ線を用いる際には、種々の組織のｘ線吸収特性のマップが作成され、超音波においては、組織についての圧力波反射特性のマップが作成され、磁気共鳴画像形成においては、プロトン密度のマップが作成され、光画像形成においては、組織についての光子散乱特性か又は吸収特性のいずれかのマップが作成され、電気インピーダンス断層撮影法、又は誘導インピーダンス断層撮影法、或いはマイクロ波断層撮影法においては、電気インピーダンスのマップが作成される。
【００１１】
最小侵襲性外科治療は、最小侵襲性手段によって、望ましい組織の変化をもたらすことを伴う。多くの場合、最小侵襲性外科治療は、種々の手段によって特定の望ましくない組織のアブレーションのために用いられる。例えば、冷凍外科治療においては、望ましくない組織が冷凍され、高周波アブレーション、集束超音波、電気及びマイクロ波の高熱においては、組織が加熱され、アルコール・アブレーションにおいては、タンパク質が変性させられ、レーザー・アブレーションにおいては、電子エネルギーを高めるために光子が供給される。画像形成により最小侵襲性外科治療の効果を検出し、モニタリングするためには、これらは画像形成技術がモニタリングする物理的特性に変化を生じさせるべきである。
細胞膜中のナノ細孔の形成は、細胞の電気インピーダンス特性を変化させる効果がある（Ｈｕａｎｇ，Ｙ，Ｒｕｂｉｎｓｋｙ，Ｂ．，“Ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ：ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  ｔｈｅ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ａｎｄ  ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  ｏｆ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｅｌｌｓ”Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ，Ｖｏｌ  ３，１４５−１５０，２０００．（Ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ  ｉｎ“Ｎａｔｕｒｅ  Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”Ｖｏｌ  １８．ｐｐ３６８，Ａｐｒｉｌ  ２０００），Ｂ．Ｒｕｂｉｎｓｋｙ，Ｙ．Ｈｕａｎｇ．“Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｍａｓｓ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ａｃｒｏｓｓ  ｃｅｌｌ  ｍｅｍｂｒａｎｅｓ”，ＵＳ  ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．６３００１０８，Ｏｃｔ  ９，２００１）。
【００１２】
その後、組織の電気特性をマッピングする画像形成技術である、電気インピーダンス断層撮影法が開発された。この概念は、実験的研究及び分析的研究によって証明された（Ｄａｖａｌｏｓ，Ｒ．Ｖ．，Ｒｕｂｉｎｓｋｙ，Ｂ．，Ｏｔｔｅｎ，Ｄ．Ｍ．，“Ａ  ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ  ｓｔｕｄｙ  ｆｏｒ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ａｓ  ａ  ｍｅａｎｓ  ｔｏ  ｍｏｎｉｔｏｒ  ｔｉｓｓｕｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  ｍｅｄｉｃｉｎｅ”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ  ｏｆ  Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｖｏｌ．４９，Ｎｏ．４  ｐｐ４００−４０４，２００２，Ｂ．Ｒｕｂｉｎｓｋｙ，Ｙ．Ｈｕａｎｇ．“Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ  ｔｏ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ”ＵＳ  ｐａｔｅｎｔ  Ｎｏ．６，３８７，６７１，Ｍａｙ  １４，２００２）。
エレクトロポレーションを用いた腫瘍組織部位を治療するための改善されたシステム及び方法に対する必要性が存在する。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、エレクトロポレーションを用いた腫瘍部位を治療するための改善されたシステム及び方法を提供することである。
本発明の別の目的は、腫瘍組織部位の大部分に熱による損傷効果をもたらすことなく、腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションを誘起させるのに十分な電気パルスを使用するエレクトロポレーションを用いた腫瘍組織部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、リアルタイム・モニタリングによるエレクトロポレーションを用いた腫瘍部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、エレクトロポレーションが電気インピーダンスのモニタリングによる制御された方法で行われるエレクトロポレーションを用いた腫瘍部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
本発明のまたさらなる目的は、制御された電圧強度及び持続時間による制御された方法で行われるエレクトロポレーションを用いた腫瘍部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
本発明の別の目的は、電圧の大きさの適切な選択による制御された方法で行われるエレクトロポレーションを用いた腫瘍部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、電圧印加時間の適切な選択による制御された方法で行われるエレクトロポレーションを用いた腫瘍部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
本発明のさらなる目的は、エレクトロポレーションと、腫瘍組織部位において細胞に供給された試験電圧を測定するように構成されたモニタリング電極とを用いた腫瘍部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
本発明のまたさらなる目的は、細胞膜において制御された細孔形成を与える制御された方法で行われるエレクトロポレーションを用いた腫瘍部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１６】
本発明のさらに別の目的は、周囲の組織を保持しながら、腫瘍組織部位の細胞において組織効果をもたらす制御された方法で行われるエレクトロポレーションを用いた腫瘍部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
本発明の別の目的は、エレクトロポレーションを用いた腫瘍部位を治療するための、並びに腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションの開始を検知するためのシステム及び方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、細胞膜にわたる質量輸送が調節され、制御されるようにエレクトロポレーションが行われるエレクトロポレーションを用いた腫瘍部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
【００１７】
本発明のさらなる目的は、エレクトロポレーションと、腫瘍組織部位の周囲に境界を形成して、細胞壊死の体積測定領域を形成する電極アレイとを用いた腫瘍部位を治療するためのシステム及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のこれらの及び他の目的は、患者の腫瘍組織部位を治療するためのシステムにおいて達成される。少なくとも第１及び第２の単極電極は、患者の腫瘍組織部位に又はその付近に導入されるように構成される。電圧パルス発生器は、第１及び第２の単極電極に結合される。電圧パルス発生器は、腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションを誘起させて、腫瘍組織部位の細胞壊死を生じさせるのに十分であるが、腫瘍組織部位の大部分に熱による損傷効果をもたらすには不十分な電気パルスを第１及び第２の単極電極間に印加するように構成される。
本発明の別の実施形態において、患者の腫瘍組織部位を治療するためのシステムが提供される。双極電極は、腫瘍組織部位に又はその付近に導入されるように構成される。電圧パルス発生器は、双極電極に結合される。電圧パルス発生器は、腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションを誘起させて、腫瘍組織部位の細胞壊死を生じさせるのに十分であるが、腫瘍組織部位の大部分に熱による損傷効果をもたらすには不十分な電気パルスを双極電極に印加するように構成される。
【００１９】
本発明の別の実施形態において、患者の腫瘍組織部位を治療するための方法が提供される。少なくとも第１及び第２の単極電極は、患者の腫瘍組織部位に導入される。少なくとも第１及び第２の単極電極は、腫瘍組織部位に又はその付近に位置決めされる。電界は、制御された方法で腫瘍組織部位に印加される。電界は、腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションを生じさせるのに十分で、かつ腫瘍組織部位の大部分に熱による損傷をもたらす量より少ない。
本発明の別の実施形態において、患者の腫瘍組織部位を治療するための方法が提供される。双極電極は、患者の腫瘍組織部位に導入される。双極電極は、腫瘍組織部位に又はその付近に位置決めされる。電界は、制御された方法で腫瘍組織部位に印加される。電界は、腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションを生じさせるのに十分で、かつ腫瘍組織部位の大部分に熱による損傷をもたらす量より少ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（定義）
この「可逆的エレクトロポレーション」という用語は、細胞にわたる電気パルスの印加による細胞膜の透過化を含む。「可逆的エレクトロポレーション」において、細胞膜の透過化は、パルスの印加後に停止し、細胞膜の透過性は正常に戻るか、又は少なくとも細胞が生存可能なレベルに戻る。したがって、細胞は、「可逆的エレクトロポレーション」を生き延びる。それは、化学物質、ＤＮＡ、又は他の物質を細胞に導入するための手段として使用することができる。
この「不可逆的エレクトロポレーション」という用語もまた、細胞にわたる電気パルスの印加による細胞膜の透過化を含む。しかしながら、「不可逆的エレクトロポレーション」において、細胞膜の透過化は、パルスの印加後に停止せず、細胞膜の透過性は正常に戻らず、これにより細胞は生存不能である。したがって、細胞は、「不可逆的エレクトロポレーション」を生き延びず、細胞死は、細胞膜の破壊によって引き起こされ、単に細胞成分の内部摂動によって引き起こされるものではない。細胞膜内の開口部が生じ、及び／又はサイズが拡大されて、細胞膜にわたる物質の制御された正常な流れの決定的な破壊をもたらす。細胞膜は、細胞に残り、侵入するものを調整する能力が極めて特殊化している。不可逆的エレクトロポレーションは、細胞が補償することができないような方法でそうした調節能力を破壊し、これにより細胞が死滅する。
【００２１】
「超音波」とは、圧力波が圧電性結晶を用いて組織に送り込まれる組織を画像形成するために使用される方法である。組織反射によって引き起こされる結果としての戻り波が、画像に変換される。
「ＭＲＩ」とは、無線パルスによって引き起こされる水素分子の摂動を用いて、画像を形成する画像形成モダリティである。
「ＣＴ」とは、ｘ線ビームの減衰を用いて、画像を形成する画像形成モダリティである。
【００２２】
「光画像形成」とは、遠赤外線までの可視範囲内の周波数を有する電磁波が組織に送り込まれ、組織の反射及び／又は吸収特性が再構成される画像形成法である。
「電気インピーダンス断層撮影法」とは、組織にわたり電流を印加し、電流及び電位を測定することによって、組織の電気インピーダンス特性が再構成される画像形成技術である。
本発明によれば、医療分野において用いられる特定の画像形成技術は、エレクトロポレーション・パルスによって影響を受けた組織の画像を形成するために使用される。画像は、不可逆的エレクトロポレーションを行う工程中に形成され、アブレーションされる腫瘍のような組織にエレクトロポレーションを集中させ、神経のような組織をアブレーションしないようにするために使用される。本発明の工程は、画像形成装置の画像形成経路内に、針電極のような電極を配置することによって実行することができる。電極が作動させられるときに、画像装置は、エレクトロポレーションを受ける組織の画像を形成する。所与の組織領域上のエレクトロポレーションの効果及び範囲は、画像形成技術を用いてリアルタイムに求めることができる。
【００２３】
可逆的エレクトロポレーションは、可逆的エレクトロポレーションのみを誘起させる正確な範囲の値内の電気的パラメータを必要とする。可逆的エレクトロポレーション装置が設計されるときに、（エレクトロポレーションの開始と不可逆的エレクトロポレーションの開始との間の）こうした正確で比較的狭い範囲の値を達成するためには、それらは一対になって、又は特定の上方値と下方値とによって制限されるこれらの正確なパルスの供給を可能にする正確に制御された構成で一般的に作動するように設計されている。これとは対照的に、不可逆的エレクトロポレーションにおいて、制限は、パルスの下方値により集中し、この値は、不可逆的エレクトロポレーションを誘起させるのに十分高いものであるべきである。
より高い値は、それらが燃焼を誘起させるものではないという条件で使用することができる。したがって、設計原理は、幾つの電極が使用されても、最も離れたものの間の電気的パラメータが少なくとも不可逆的エレクトロポレーションの値であることが唯一の制約であるというようなものである。エレクトロポレーションされた領域内及び電極内で、より高い勾配が存在する場合には、このことはプローブ効果を減少させない。これらの原理から、アブレーションされるどのような不規則形状の領域も、接地電極によりこの領域を取り囲み、中央の電極から電気パルスを与えることによって、治療することができる非常に効果的な設計を用いることができる。治療領域の周囲に接地電極を使用すると、別の電位値となり、これは、電流によって治療されることが意図される領域以外の組織を保護し、重要な安全対策である。原則として、漂遊電流から組織領域をさらに保護するためには、アブレーションされることになる領域の周囲に２つの接地電極層を配置することが可能である。電極は無限に長くすることができ、アブレーションされることが望ましくない領域を良好に抱え込むように湾曲させることもできることを強調すべきである。
【００２４】
本発明の１つの実施形態において、電気パルスを腫瘍組織部位に印加するための方法が提供される。パルスは、周囲の細胞を損傷することなく細胞の不可逆的エレクトロポレーションをもたらすように電極間に印加され、電流が数回に分けて印加される。エネルギー波は、画像形成装置のエネルギー波が電極間に位置決めされた領域を通過し、細胞の不可逆的エレクトロポレーションが画像を形成するような方法で画像形成装置のエネルギー波を生じさせるように画像形成装置から放出される。
不可逆的エレクトロポレーションの場合のパルス長についての代表値は、約５マイクロ秒から約６２，０００ミリ秒、又は約７５マイクロ秒から約２０，０００ミリ秒、或いは約１００マイクロ秒±１０マイクロ秒の範囲内である。これは、１マイクロ秒又はそれ以下である、細胞内（ナノ秒）電気操作において一般に使用されるパルス長より大幅に長く、２００２年１月２４日に公開された米国公開出願第２００２／００１０４９１号を参照されたい。パルス長は、リアルタイムの画像形成に基づいて調整することができる。
【００２５】
パルスは、不可逆的エレクトロポレーションの場合、電圧が約１００Ｖ／ｃｍから７，０００Ｖ／ｃｍまで、又は２００Ｖ／ｃｍから２０００Ｖ／ｃｍまで、或いは３００Ｖ／ｃｍから１０００Ｖ／ｃｍまで、約６００Ｖ／ｃｍ±１０％である。これは、約１０，０００Ｖ／ｃｍである、細胞内電気操作において使用されるものより大幅に低く、２００２年１月２４日に公開された米国特許出願第２００２／００１０４９１号を参照されたい。電圧は、リアルタイムの画像形成情報に基づいて単独に又はパルス長と共に調節することができる。
上記の電圧は、電圧勾配（１センチメートル当たりの電圧）である。電極は、異なる形状及びサイズとすることができ、かつ互いに異なる距離に位置決めすることができる。形状は、円形、楕円形、正方形、矩形、又は不規則な形等とすることができる。ある電極から別の電極までの距離は、０．５ｃｍから１０ｃｍまで、１ｃｍから５ｃｍまで、又は２ｃｍから３ｃｍとすることができる。電極は、０．１−５平方ｃｍ又は１−２平方ｃｍの表面積を有することができる。
【００２６】
電極のサイズ、形状及び距離は、変えることができるので、使用される電圧及びパルス持続時間を変化させることができ、画像形成情報に基づいて調整することができる。当業者であれば、所望の度合いのエレクトロポレーションを取得し、かつ周囲の細胞への熱による損傷を回避するように、本開示及び画像形成によりこれらのパラメータを調整するであろう。
温熱効果は、不可逆的エレクトロポレーションにおいて使用されるものより大幅に長い電気パルスを必要とする（Ｄａｖａｌｏｓ，Ｒ．Ｖ．，Ｂ．Ｒｕｂｉｎｓｋｙ，ａｎｄ  Ｌ．Ｍ．Ｍｉｒ，Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｄｕｒｉｎｇ  ｉｎ  ｖｉｖｏ  ｔｉｓｓｕｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００３．Ｖｏｌ６１（１−２）：ｐ．９９−１０７）。組織アブレーションのために不可逆的エレクトロポレーションを使用する場合には、不可逆的エレクトロポレーション・パルスが周囲の組織への熱による損傷効果を引き起こすほど大きくなり、不可逆的エレクトロポレーションによってアブレーションされる腫瘍組織部位の範囲は温熱効果によってアブレーションされるものと大幅な相関関係がないという懸念が存在し得る。こうした状況下では、不可逆的エレクトロポレーションは、それが温熱アブレーションと重ね合わせて作用することになるので、有効な腫瘍組織部位のアブレーション・モダリティと考えることはできない。ある程度は、この問題は、画像形成技術を用いた本発明によって取り組まれる。
【００２７】
本発明の１つの態様において、画像形成装置は、超音波技術、Ｘ線技術、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）、光画像形成法、電気インピーダンス断層撮影法、電気誘導インピーダンス断層撮影法、及びマイクロ波断層撮影法を含む、任意の医用画像形成装置である。工程内の異なるポイントにおいて異なる画像形成技術の組み合わせを使用することが可能である。例えば、ある種の画像形成技術を用いて、腫瘍を正確に突きとめることができ、第２の種類の画像形成技術を用いて、腫瘍に対する電極の配置を確認することができる。そして、さらに別の種類の画像形成技術を用いて、リアルタイムで不可逆的エレクトロポレーションの電流の画像を形成することができる。したがって、例えば、ＭＲＩ技術を用いて、腫瘍を正確に突きとめることができる。電極は、Ｘ線画像形成技術を用いて良好に位置決めされるように配置し、識別することができる。エレクトロポレーション・パルスによってもたらされる腫瘍組織部位の範囲を求めるために超音波技術を用いながら、不可逆的エレクトロポレーションを行うために電流を印加することができる。計算及び画像形成の解像度内では、超音波上に形成される画像の範囲は、不可逆的にエレクトロポレーションされるように計算された領域に対応することが見出された。組織構造の解像度内では、超音波画像によって形成される画像は、組織学的に検査される、アブレーションされる腫瘍組織部位の範囲に対応する。
【００２８】
画像形成によって不可逆的エレクトロポレーションの効果をすぐに確認することができるため、周囲の組織への望ましくない損傷の量を制限し、行われるエレクトロポレーションの量を制限することが可能である。さらに、画像形成技術を使用することによって、工程中に電極を再位置決めすることが可能である。電極の再位置決めは、一度、二度、又は所望の腫瘍組織部位における所望の度合いの不可逆的エレクトロポレーションを得るのに必要な複数の回数行うことができる。
本発明の１つの実施形態によれば、幾つかのステップを含む方法を実行することができる。第１のステップにおいて、不可逆的エレクトロポレーションによって治療される腫瘍組織部位領域が画像形成される。次に、アブレーションされる腫瘍組織部位が電極間に位置決めされて、電極は、腫瘍組織部位内に配置される。電極が適切に配置されていることを確認するために、この時点で画像形成を行うこともできる。電極が適切に配置された後で、電流パルスが、これらの２つの電極間に通され、パルシング電流は、周囲の組織への損傷を最小にし、腫瘍組織部位の所望の不可逆的エレクトロポレーションを達成するように設計されている。不可逆的エレクトロポレーションが行わる間、画像形成技術が使用され、その画像形成技術が、リアルタイムに行われる不可逆的エレクトロポレーションを画像形成する。これが行われる間、所望の度合いのエレクトロポレーションを達成するように、電流量及びパルス数を調整することができる。さらに、不可逆的エレクトロポレーションを対象とし、所望の腫瘍組織部位をアブレーションすることを可能にするように、１つ又はそれ以上の電極を再位置決めすることができる。
【００２９】
図１を参照すると、本発明の１つの実施形態は、患者の腫瘍組織部位を治療するための、全体的に１０と示された、システムを提供する。腫瘍部位は、前立腺、胸、腎臓、結腸直腸、脳、肺、肝臓、副腎、皮膚、膵臓、良性の子宮筋腫、及び乳腺筋腫等の腫瘍とすることができる。
図２（ａ）−２（ｄ）に示されるように、２つ又はそれ以上の単極電極１２、１つ又はそれ以上の双極電極１４、又は電極アレイ１６を用いることができる。１つの実施形態において、少なくとも第１及び第２の単極電極１２は、患者の腫瘍組織部位に又はその付近に導入されるように構成される。３つ又はそれ以上の単極電極１２を用いることができることが認識される。電極アレイ１６は、腫瘍組織部位に対して実質的に取り囲む状態になるように構成される。電極アレイ１６は、テンプレート１７を用いて、電極の各々を位置決めし、及び／又は保持することができる。テンプレート１７は、電極アレイ１６の幾何形状を維持することができる。医師が電極の配置及び深さを決定することができる。図３に示すように、電極アレイ１６は、腫瘍組織部位の周囲に境界を形成して、細胞壊死の体積測定領域を形成する。本質的には、電極アレイ１６は、治療領域を電極アレイ１６からの範囲にし、内向きの方向に延びる。電極アレイ１６は、所定の幾何形状を有することができ、関連する電極の各々は、経皮的か又は患者にインサイチュで移植された状態のいずれかで、腫瘍組織部位に個々に又は同時に配備することができる。
【００３０】
１つの実施形態において、単極電極１２は、約５ｍｍから１０ｃｍまでの距離だけ分離され、円形断面の幾何形状を有する。モニタリング・プローブ、脂肪吸引のために使用されるもののような吸引プローブ、流体導入プローブ等を含む、１つ又はそれ以上の付加的なプローブ１８を備えることができる。各々の双極電極１４は、多数の電極バンド２０を有することができる。電極バンド２０の間隔及び厚さは、電界の形状を最適化するように選択される。１つの実施形態において、間隔は、典型的には、約１ｍｍから５ｃｍまでであり、電極バンド２０の厚さは、０．５ｍｍから５ｃｍまでとすることができる。
再び図１を参照すると、電圧パルス発生器２２は、電極１２、１４、及びアレイ１６に結合されている。電圧パルス発生器２２は、第１及び第２の単極電極１２、双極電極１４並びにアレイ１６間に十分な電気パルスを印加して、腫瘍組織部位に細胞のエレクトロポレーションを誘起させ、腫瘍組織部位の細胞壊死を生じさせるように構成されている。しかしながら、印加される電気パルスは、腫瘍組織部位の大部分に熱による損傷効果をもたらすには不十分である。
【００３１】
電極１２、１４及びアレイ１６は、各々がケーブルを介して電圧パルス発生器２２に接続されている。スイッチング装置２４を含むことができる。ソフトウェアを有するスイッチング装置２４は、多数の電極１２、１４及びアレイ１６の同時又は個々の作動を与える。スイッチング装置２４は、電圧パルス発生器２２に結合されている。１つの実施形態において、腫瘍組織部位に対して選択されたパターンで予め選択された電極１２、１４及びアレイ１６間に生じる電界を生じさせるために、電極１２、１４及びアレイ１６を個々に作動させるための手段が提供される。個々の電極１２、１４及びアレイ１６間の電気信号のスイッチングは、これらに限定されるものではないが、手動で、機械的に、電気的に、プログラム化されたデジタル・コンピュータにより制御された回路等によってといった様々な異なる手段で達成することができる。１つの実施形態において、各々の電極１２、１４及びアレイ１６は、個々に制御される。
腫瘍組織部位における細胞の細胞膜を恒久的に破壊するために、ある持続時間及び大きさでパルスが印加される。細胞にわたる電圧に対する、腫瘍組織部位における細胞を通る電流の比を検出することができ、次いで、腫瘍組織部位への印加電圧の大きさは、電圧に対する電流の比の変化により調整される。
【００３２】
１つの実施形態において、腫瘍組織部位における細胞のエレクトロポレーションの開始は、電流を測定することによって検出される。別の実施形態において、腫瘍組織部位における細胞の細胞膜上のエレクトロポレーションの効果のモニタリングがモニタリングされる。モニタリングは、超音波、ＣＴスキャン、ＭＲＩ等を用いて画像モニタリングによって実行することができる。
他の実施形態において、モニタリングは、モニタリング電極１８を用いて達成される。１つの実施形態において、モニタリング電極１８は、モニタリング針への優先電流の流れを防止するために用いることができる高インピーダンス針である。高インピーダンス針は、腫瘍組織部位に隣接して又はその内部に、すなわち重要な位置に位置決めされる。これは、熱的モニタリングにおいて熱電対を配置するのと同様な概念及び位置決めである。供給される全エレクトロポレーション・パルスの前に、提案された全エレクトロポレーション・パルスのわずかである「試験パルス」が供給され、このパルスは、一例に過ぎず、限定するものではないが、１０％等とすることができる。この試験パルスは、不可逆的エレクトロポレーションを生じさせない範囲内であることが好ましい。モニタリング電極１８は、その位置の試験電圧を測定する。次に、測定された電圧は、その関係が線形であるので、１つの実施形態においては、例えば、１０を掛けるといった、全パルスの間のモニタリング電極１８によって確認されるものへまた外挿される。腫瘍組織部位における可能性のある合併症についてモニタリングする場合には、不可逆的エレクトロポレーションの知られているレベルの下になる電圧の外挿は、モニタリングが行われている腫瘍組織部位が安全であることを示す。エレクトロポレーションの妥当性についてその腫瘍組織部位においてモニタリングする場合には、この外挿は、組織の不可逆的エレクトロポレーションに適している電圧の知られているレベルの上になる。
【００３３】
１つの実施形態において、モニタリング電極１８は、双極電極１４に不可欠なものであり、作動状態の双極電極１４に対して遠位か又は近位のいずれかに配置される。モニタリング電極１８は、双極電極１４から一定の距離である。別の実施形態においては、モニタリング電極１８は、双極電極１４が配置されているシース上に取り付けられる。次に、双極電極１４からの距離は、画像形成及びモニタリングされる構造体に基づいて変化させ、位置決めすることができる。別の実施形態においては、モニタリング電極１８は、双極電極１４が配置されている生検ガイド上に取り付けられる。モニタリング電極１８は、ガイドの先端に配置され、双極電極１４が配置されているときに、組織に当接する。
腫瘍組織部位における細胞の細胞膜上のエレクトロポレーションの効果は、電流を測定することによって検出することができる。
【００３４】
種々の実施形態において、エレクトロポレーションは、リアルタイム・モニタリングによって、腫瘍組織部位の細胞の細胞膜において制御された細孔形成を与えて、電気インピーダンス等のモニタリングにより、周囲の組織を保持しながら腫瘍組織部位の細胞において組織効果をもたらすように、制御された方法で実行される。
エレクトロポレーションは、印加電圧の強度及び持続時間を制御することによる制御された方法で、リアルタイム制御の有無にかかわらず実行することができる。これに加えて、エレクトロポレーションは、細胞膜にわたる質量輸送の調整及び制御を与えるように実行される。制御された方法でのエレクトロポレーションの実行は、電圧の大きさの適切な選択、電圧印加時間の適切な選択等の選択によって達成することができる。
【００３５】
システム１０は、腫瘍組織部位の温度を制御するように機能する制御盤２６を含むことができる。本発明の１つの実施形態において、制御盤２６は、コントローラからそのプログラムを受け取る。プログラミングは、コントローラ２８にパーソナル・コンピュータが使用される場合には、Ｃ又はＢＡＳＩＣ（登録商標）のようなコンピュータ言語、或いは、コントローラ２８にマイクロプロセッサが使用される場合には、アセンブリ言語の形とすることができる。ユーザ指定の温度の制御は、コントローラ２８においてプログラムすることができる。
コントローラ２８は、コンピュータ、デジタル又はアナログ処理装置、プログラム可能論理アレイ、配線論理回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、或いは他の適切な装置を含むことができる。１つの実施形態において、コントローラ２８は、要求とおりに、適切なＲＡＭ又はＲＯＭモジュール付きのマイクロプロセッサを含む。コントローラ２８をユーザ・インタフェース３０に結合して、ユーザとデータを交換することができる。ユーザは、電極１２、１４及びアレイ１６に印加される望ましいパルシング・パターン及び対応する温度プロフィールを入力するためにユーザ・インタフェース３０を作動することができる。
【００３６】
一例として、ユーザ・インタフェース３０は、文字数字キーパッド、タッチ・スクリーン、コンピュータ・マウス、プッシュ・ボタン式及び／又はトグル・スイッチ、或いは人間のユーザから入力を受け取るための別の適切なコンポーネントを含むことができる。ユーザ・インタフェース３０は、ＣＲＴスクリーン、ＬＥＤスクリーン、ＬＣＤスクリーン、液晶ディスプレイ、プリンタ、ディスプレイ・パネル、音響スピーカー、又は人間のユーザにデータを送るための別の適切なコンポーネントをさらに含むことができる。制御盤２６は、コントローラの入力を受け取るように機能することができ、電圧パルス発生器２２によって駆動することができる。
種々の実施形態において、電圧パルス発生器２２は、各々のパルスが約５マイクロ秒から約６２秒まで、９０マイクロ秒から１１０マイクロ秒まで、１００マイクロ秒等の持続時間だけ印加されるように構成される。これらに限定されるものではないが、約１個から１５個までのパルス、持続時間毎に約１００マイクロ秒の約８個のパルス等を含む、様々な異なるパルス数を印加することができる。１つの実施形態において、パルスは、約５０ボルト／ｃｍから約８０００ボルト／ｃｍまでの範囲内で腫瘍組織部位において電圧勾配を生じさせるように印加される。
【００３７】
種々の実施形態において、腫瘍組織部位において摂氏１００度又はそれより下、腫瘍組織部位において摂氏７５度又はそれより下、腫瘍組織部位において摂氏６０度又はそれより下、腫瘍組織部位において摂氏５０度又はそれより下等に温度を維持するために、腫瘍組織部位がモニタリングされ、パルスが調整される。腫瘍組織部位への熱的効果の発生を最小にするために、温度が制御される。これらの温度は、温度に基づいて電流対電圧の比を調節することによって制御することができる。
第１及び第２の単極電極１２又はそれ以上、双極電極１４、或いは電極アレイ１６は、患者の直腸壁、腹膜、又は尿道を通して導入される。エレクトロポレーションは、超音波、ＣＴスキャン、ＭＲＩ等、又はモニタリング電極１８を用いた画像モニタリングによって位置決めされ、モニタリングされる。電極１２、１４又はアレイ１６の各々は絶縁部分を有することができ、電圧パルス発生器２２に接続されている。
【００３８】
（例１）
前立腺の腫瘍組織部位領域を画像形成する。２つの単極電極１２を前立腺の腫瘍組織部位に導入する。アブレーションされる前立腺の腫瘍組織部位領域を２つの単極電極１２間に位置決めする。画像形成を用いて、単極電極が適切に配置されることを確認する。２つの単極電極１２を、前立腺の腫瘍組織部位の種々の位置において約５ｍｍから１０ｃｍまでの距離だけ分離する。各々５マイクロ秒から約６２秒までの持続時間でパルスを印加する。超音波を用いてモニタリングを行う。前立腺の腫瘍組織部位をモニタリングする。モニタリングに応じて、摂氏１００度を超えない温度を維持するように、パルスを調整する。約５０ボルト／ｃｍから約１０００ボルト／ｃｍまでの範囲内の前立腺の腫瘍組織部位における電圧勾配を生成する。前立腺の腫瘍組織部位の体積が、細胞壊死を受ける。
【００３９】
（例２）
肺の腫瘍組織部位領域を画像形成する。電極アレイ１６を肺の腫瘍組織部位に導入し、肺の腫瘍組織部位に対して取り囲む状態で位置決めする。画像形成を用いて、単極電極が適切に配置されることを確認する。２つの単極電極１２を、肺の腫瘍組織部位の種々の位置において約５ｍｍから１０ｃｍまでの距離だけ分離する。各々９０マイクロ秒から約１１０マイクロ秒までの持続時間でパルスを印加する。ＣＴスキャンを用いてモニタリングを行う。肺の腫瘍組織部位をモニタリングする。モニタリングに応じて、摂氏７５度を超えない温度を維持するように、パルスを調整する。約５０ボルト／ｃｍから約５０００ボルト／ｃｍまでの範囲内の肺の腫瘍組織部位における電圧勾配を生成する。肺の腫瘍組織部位の体積が、細胞壊死を受ける。
【００４０】
（例３）
胸の腫瘍組織部位領域を画像形成する。電極アレイ１６を胸の腫瘍組織部位に導入し、胸の腫瘍組織部位に対して取り囲む状態で位置決めする。画像形成を用いて、電極が適切に配置されることを確認する。各々約１００マイクロ秒の持続時間でパルスを印加する。モニタリング電極１８を用いる。供給される全エレクトロポレーション・パルスの前に、提案された全エレクトロポレーション・パルスの約１０％の試験パルスを供給する。この試験パルスは、不可逆的エレクトロポレーションを生じさせるものではない。胸の腫瘍組織部位領域をモニタリングする。モニタリングに応じて、摂氏６０度を超えない温度を維持するように、パルスを調整する。約５０ボルト／ｃｍから約８０００ボルト／ｃｍまでの範囲内の胸の腫瘍組織部位における電圧勾配を生成する。胸の腫瘍組織部位の体積が、細胞壊死を受ける。
【００４１】
（例４）
脳の腫瘍組織部位領域を画像形成する。電極アレイ１６を脳の腫瘍組織部位に導入し、脳の腫瘍組織部位に対して取り囲む状態で位置決めする。画像形成を用いて、電極アレイ１６が適切に配置されることを確認する。各々約５マイクロ秒から約６２秒の持続時間でパルスを印加する。超音波を用いてモニタリングを行う。脳の腫瘍組織部位をモニタリングする。モニタリングに応じて、摂氏１００度を超えない温度を維持するように、パルスを調整する。約５０ボルト／ｃｍから約１０００ボルト／ｃｍまでの範囲内の脳の腫瘍組織部位における電圧勾配を生成する。脳の腫瘍組織部位の体積が、細胞壊死を受ける。
【００４２】
（例５）
副腎の腫瘍組織部位領域を画像形成する。鋭くされた遠位端を有する、単一の双極電極を患者の副腎の腫瘍に導入する。画像形成を用いて、双極電極が適切に配置されることを確認する。各々約９０マイクロ秒から約１１０マイクロ秒の持続時間でパルスを印加する。ＣＴスキャンを用いてモニタリングを行う。副腎の腫瘍組織部位をモニタリングする。モニタリングに応じて、摂氏７５度を超えない温度を維持するように、パルスを調整する。約５０ボルト／ｃｍから約５０００ボルト／ｃｍまでの範囲内の副腎の腫瘍組織部位における電圧勾配を生成する。副腎の腫瘍組織部位の体積が、細胞壊死を受ける。
【００４３】
（例６）
結腸直腸の腫瘍組織部位領域を画像形成する。電極アレイ１６を結腸直腸の腫瘍組織部位に導入し、結腸直腸の腫瘍組織部位に対して取り囲む状態で位置決めする。画像形成を用いて、電極が適切に配置されることを確認する。各々約１００マイクロ秒の持続時間でパルスを印加する。モニタリング電極１８を用いる。供給される全エレクトロポレーション・パルスの前に、提案された全エレクトロポレーション・パルスの約１０％の試験パルスを供給する。この試験パルスは、不可逆的エレクトロポレーションを生じさせるものではない。結腸直腸の腫瘍組織部位領域をモニタリングする。モニタリングに応じて、摂氏６０度を超えない温度を維持するように、パルスを調整する。約５０ボルト／ｃｍから約８０００ボルト／ｃｍまでの範囲内の結腸直腸の腫瘍組織部位における電圧勾配を生成する。結腸直腸の腫瘍組織部位の体積が、細胞壊死を受ける。
本発明の実施形態の上記の説明は、例示及び説明の目的のために呈示された。排他的であるか又は本発明を開示された正確な形態に限定することが意図されるものではない。明らかに、多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びそれらの同等物によって定義されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明のエレクトロポレーション・システムの１つの実施形態についての概略図を示す。
【図２（ａ）】図１のシステムによるエレクトロポレーションのために用いることができる２つの単極電極を有する本発明の実施形態を示す。
【図２（ｂ）】図１のシステムによるエレクトロポレーションのために用いることができる３つの単極電極を有する本発明の実施形態を示す。
【図２（ｃ）】図１のシステムによるエレクトロポレーションのために用いることができる単一の双極電極を有する本発明の実施形態を示す。
【図２（ｄ）】図１のシステムによるエレクトロポレーションのために用いることができるテンプレートに結合された電極アレイを有する本発明の実施形態を示す。
【図３】腫瘍組織部位の周囲に境界を形成して、細胞壊死の体積測定領域を生成する、腫瘍組織部位の周囲に位置決めされた電極アレイを有する本発明の１つの実施形態を示す。
【図１】
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【図２（ａ）】
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【図２ｂ】
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【図２（ｃ）】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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