Was ist Elektroporation?

Elektrochirurgische Vorrichtungen und Verfahren unter Verwendung hochfrequenter elektrischer Energie an die Haut eines Patienten, einschließlich Resurfacing Verfahren und Entfernung von Pigmentbildung, Narben, Tätowierungen und Haare zu behandeln wurden in letzter Zeit entwickelte, wie in US-Pat. Nr. 6.264.652. Das Prinzip Nachteil dieser Technologie ist, Kollateralschäden zu den umgebenden und darunter liegenden Gewebes, die zu bildenden Narben und Verfärbungen der Haut führen kann.

Andere Formen der kosmetischen Chirurgie sind ebenfalls bekannt. Ein Beispiel ist die Fettabsaugung, die ein invasives Verfahren, das Einsetzen einer Absaugvorrichtung unter der Haut und Entfernen von Fettgewebe beinhaltet ist. Wie bei anderen chirurgischen Verfahren, gibt es immer die Gefahr einer Infektion. Darüber hinaus, da der Invasivität des Verfahrens, Ärzte versuchen normalerweise, die Anzahl der zu minimieren, muss der Vorgang durchgeführt werden und somit als weniger Fettgewebe wie möglich zu entfernen, während jeder Prozedur. Leider hat dieses Verfahren in Patienten Todesfälle, wenn zu viel Gewebe entfernt wurde geführt. Unter der Annahme, erfolgreiche Entfernung des überschüssigen Fettgewebes, können weitere invasive Eingriffe erforderlich, um gewünschten Hautstraffung zu bewerkstelligen.

Die bisherigen Stand der Technik, dann nicht erfüllt, das heißt zum Durchführen kosmetischen Chirurgie in einem nicht-invasive Weise während bewirkt eine minimale oder keine Vernarbung der äußeren Oberfläche der Haut und zur gleichen Zeit, was zu der Hautstraffung.

Der Begriff “Elektroporation” (EP) wird hier verwendet, um die Verwendung eines gepulsten elektrischen Feldes an mikroskopischen Poren in den biologischen Membranen, die gemeinhin eine Zellwand, der lebenden Zellen zu induzieren bezeichnen. Die Zellmembran trennt den Innenraum einer Zelle oder Cytosol, aus dem extrazellulären Raum, der mit Lymphe gefüllt wird. Diese Membran erfüllt verschiedene wichtige Funktionen, nicht zuletzt von denen die Aufrechterhaltung Gradienten der Konzentration der wesentlichen metabolischen Substanzen durch die Membran ist. Diese Aufgabe wird durch aktives Protein-Transporter in der Membran und die Beförderungen der Metaboliten über kontrollierte Öffnungen in der Membran eingebaut sind. Normalerweise werden die aktiven Proteins Transportern oder Pumpen, die routinemäßig zu Transport von verschiedenen metabolischen Mittel, insbesondere Proteine, durch die Zellmembran, entweder die Energie von positiven Ionen (Wasserstoff oder Natrium-Ionen), die aus dem positiven Potential der intrazellulären Raum das negative Potential der Cytosol, oder die Energie der negativen Ionen (Chlorionen) für eine Bewegung durch die Membran in die entgegengesetzte Richtung. Diese Energiezufuhr für die Protein-Transporter wird erreicht, indem die Potentialdifferenz über der Membran, die wiederum auf die Differenz in Konzentrationen von Natrium und Kalium-Ionen durch die Membran verbunden ist. Wenn diese Potentialdifferenz zu niedrig ist, finden Tausende von aktiven Transportern sich von der Macht.

Die Induktion relativ großen Poren in der Zellmembran durch Elektroporation schafft die Möglichkeit für eine Fluidverbindung durch die Poren zwischen dem Cytosol und den extrazellulären Raum, die zu einer drastischen Reduktion dieser äußerst wichtig Gradienten der Konzentrationen der Stoffwechselprodukte Mittel führen kann und damit eine Verringerung die Potentialdifferenz über der Membran. Unkontrollierten metabolische Mittel, wie Ionen von Natrium, Kalium, Calcium und zwischen einer lebenden Zelle und den extrazellulären Raum auferlegt der Zelle intensive biochemische Stress.

Wenn eine Zelle durchläuft biochemischen Belastungen die wichtigsten biochemischen Parameter der Zelle sind aus dem Gleichgewicht und kann die Zelle nicht ihre Routine-Funktionen. Invasion von sehr hoher Konzentration von Calcium-Ionen durch die Membran Poren von der Zwischenraum zwischen den Zellen, in denen die Calcium-Ionen-Konzentration etwa 100 mal höher als im Cytosol, können solche Spannungen, indem die Potentialdifferenz über der Membran zu erzeugen. In einem Versuch, sich selbst zu reparieren, beginnt die Zelle, die in einer Beschädigung Regelung: ein Notfall Herstellung von Actin-Filamenten ausgelöst, das sich quer über den großen Poren in der Membran in einem Versuch, um die Kanten der Poren zu überbrücken, ziehen die Kanten zusammen, und dadurch abdichten die Membran. In Muskelzellen das Calcium-Ion Invasion kann tödlich strukturelle Schäden, die durch die Zelle zu zwingen, über-Vertrag und Bruch selbst verursachen. Kleine Poren in der Membran durch eine relativ kurzen elektrischen Impuls erzeugt werden, sich spontan wieder verschließen und fast sofort nach dem Entfernen des elektrischen Feldes. Keine signifikante Schädigung der Zelle in diesem Fall nicht durchgeführt. Im Gegensatz dazu, kann größere Poren metastabilen geworden mit sehr langer Lebensdauer und verursachen irreversible Schäden. Es kann gesagt werden, dass, abhängig von der Anzahl, effektiven Durchmesser und eine Lebensdauer von Poren in der Membran, die Elektroporation von der Zelle in einer wesentlichen metabolischen oder strukturelle Schädigung der Zelle und / oder deren Tod führen. Die Ursache des Zelltods nach der Elektroporation wird angenommen, dass eine irreversible chemische Ungleichgewicht und eine strukturelle Schädigung resultiert aus der Fluidverbindung des Cytosols und der extrazellulären Umgebung.

Unter eine bestimmte Grenze des elektrischen Feldes keine Poren überhaupt induziert. Diese Grenze, die üblicherweise als der “untere Grenze EP” Elektroporation genannt, ist für verschiedene Zellen, in Abhängigkeit, zum Teil auf ihre Größe in einer inversen Beziehung. Das heißt, Poren in größeren Zellen mit kleineren elektrische Felder induziert werden, während kleinere Zellen größere elektrische Felder erfordern. Über dem unteren EP die Anzahl von Poren und deren effektiver Durchmesser Zunahme sowohl die Amplitude und Dauer des elektrischen Feldes Impulse.

Das Entfernen der elektrischen Feld Impulse ermöglicht die induzierten Poren zu verschließen. Dieses Verfahren des Wiederverschließens der Poren und die Fähigkeit der Zelle selbst zu reparieren, oben kurz diskutiert, ist noch unklar. Das derzeitige Verständnis ist, dass es einen signifikanten Bereich des elektrischen Feldes Amplituden und Pulsdauern, in dem Zellen überleben Elektroporation und Wiederherstellen ihre Lebensfähigkeit danach. Eine Zelle kann elektroporierten offenen Poren für so lange, wie viele Minuten und noch erhalten. Das Spektrum der elektrischen Feld Amplituden und Pulsdauern, in denen Zellen überleben wird erfolgreich in aktuelle biomedizinische Praxis für den Gentransfer und Drug Delivery in lebenden Zellen eingesetzt.

Dennoch ist die Überlebensfähigkeit der elektroporierten Zellen beschränkt. Da die elektrische Feldamplitude und / oder Dauer von Impulsen, erhöht, wobei dieser Grenzwert, die üblicherweise als der “obere EP Grenze” der genannten Elektroporation, unweigerlich erreicht. Oberhalb des oberen EP Grenze, wird die Anzahl und Größe der Poren in der Zellmembran zu groß für eine Zelle zu überleben. Mehrere Impulse bewirken etwa die gleiche Wirkung auf die Zellen als ein Puls mit einer Dauer gleich der Gesamtdauer aller angelegten Impulsen. Nach Anlegen eines elektrischen Impulses über der oberen Grenze Elektroporation kann die Zelle nicht selbst reparieren durch eine spontane oder biologischen Prozess und stirbt. Die obere Grenze wird durch EP den Kombinationen der Amplituden des elektrischen Feldes und Pulsdauern, die Zelltod führen definiert.

Die Anfälligkeit der Zellen, um eine Elektroporation hängt von ihrer Größe: Je größer die Zelle, desto geringer ist die elektrische Feld und die Dauer eines Impulses in der Lage zu töten. Wenn Zellen in verschiedenen Größen auf die gleiche elektrische Feld ausgesetzt werden, die größten Zellen zuerst sterben. Somit kann diese Fähigkeit der Elektroporation von Zellen durch ihre Größen unterscheiden verwendet, um selektiv zu töten großen Zellen im menschlichen Körper.

In der zuvor auf Antrag für US-Patentanmeldung mit dem Titel “Vorrichtung und Verfahren zur Reduzierung angesammeltes Fett, Virtual Face Lift und Body Sculpting durch Elektroporation”, Ser bezeichnet. Nr. 09/931, 672, eingereicht 17 August 2001, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen einer nicht-invasiven Behandlung des menschlichen Gesichts und des Körpers durch Elektroporation anstelle der kosmetischen Chirurgie wird offenbart. Die Vorrichtung umfasst einen Hochspannungsimpulsgenerator und einen Applikator mit zwei oder mehr Elektroden in enger Nähe mechanische und elektrische mit der Haut des Patienten in elektrische Impulse daran anzulegen verwendet. Der Applikator kann mindestens zwei Elektroden mit einer Elektrode mit einer scharfen Spitze und eine andere mit einer flachen Oberfläche. Hochspannungs-Impulse geliefert, um die Elektroden zu erzeugen an der Spitze der scharfe Elektrode ein elektrisches Feld hoch genug, um den Tod von relativ großen subkutanen Fettes Zellen durch Elektroporation zu verursachen. Verschieben der Elektrodenspitze entlang der Haut erzeugt eine Reihe von Toten subkutane Fettzellen, die später vom Körper abgebaut werden. Mehrere Anträge der Elektrode entlang vorgegebener Linien im Gesicht oder am Hals zu schaffen Schrumpfung der Haut und der subkutanen Fettreduktion unter dem behandelten Bereich.

Die Elektroporation in vivo, in der beschriebenen Methode verwendet wird, ist eine nicht-invasive Behandlung von Fettablagerungen, die, wie zuvor beschrieben wurde, bevor, umfasst die Anwendung hoher Amplitude elektrische Impulse zwischen den externen Elektroden zum Tod durch Elektroporation der subkutanen Fettes Zellen hervorzurufen. Fettzellen, wobei in der Regel größer als andere Zellen des Körpers sind leichter durch Elektroporation Behandlung sind kleiner als schlanke Muskeln Zellen getötet. Das elektrische Feld, die an die äußeren Elektroden, ist für die zelltötende effizient in der subkutanen Fettschicht Gewebe direkt unter der Haut. Die Amplitude des Feldes deutlich abnimmt mit der Erhöhung der Tiefe der Ablagerungen von Fettzellen. Die tiefere Durchdringung des elektrischen Feldes kann durch Erhöhen der Abstand zwischen den Elektroden bei gleichzeitiger Erhöhung der Betriebsspannung erreicht werden. Dieser Ansatz, obwohl, führt zu einer Zunahme des Volumens, das durch Elektroporation behandelt wird die gleichzeitige. Gelegentlich, während solche kosmetischen und Körperformen Verfahren wie oben beschrieben, muss eine kleine Menge der tiefen subkutanen Fettes Einlage behandelt werden. Die nicht-invasive Verfahren zur Behandlung von subkutanen Gewebe durch Elektroporation, wie in der älteren Patentanmeldung verwiesen, in denen die Hochspannungsimpulse an die externen Elektroden angelegt werden beschrieben, ist manchmal schwierig zu tiefem Fett Einlagen gelten insbesondere für sehr feine räumliche Auflösung erforderlich ist

Es wäre zweckmäßig, über eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung Elektroporation in tiefem Fett Einlagen, indem sie tief lokalisierte Anwendung der Elektroporation Impulse, die eine hohe räumliche Auflösung des Körpermodellierung bereitstellen kann zu reduzieren. Vorzugsweise würde eine solche Vorrichtung und Verfahren auch minimal-invasiv.