CN102039007A - 具有靶向功能的治疗装置 - Google Patents
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Abstract
一种具有靶向功能的治疗装置，包括中央控制模块、光刺激模块、光纤、信号采集模块和缓释模块，所述中央控制模块控制所述光刺激模块、信号采集模块和缓释模块；所述缓释模块用于释放靶向光感材料和/或光敏感基因；所述光刺激模块产生激光并通过所述光纤对所述靶向光感材料和/或光敏感基因进行光刺激；所述信号采集模块用于采集经过光刺激前后的病灶区内的生物信号，并发送给所述中央控制模块，所述中央控制模块对所述生物信号分析处理生成相应的参数，根据所述参数分别控制所述光刺激模块和缓释模块。上述具有靶向功能的治疗装置，因靶向光感材料能准确进入肿瘤细胞内被激发，而不进入正常细胞，能够降低对患者正常组织的破坏，提高治疗效果。
Description
【技术领域】
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种具有靶向功能的治疗装置。
【背景技术】
生长于颅内的肿瘤通称为脑瘤，包括由脑实质发生的原发性脑瘤和由身体其他部位转移至颅内的继发性脑瘤。近年来，脑瘤发病率呈上升趋势，并且其它恶性肿瘤有20～30％最终会转入颅内。脑瘤在颅内一旦占据一定空间后，不论其性质是良性还是恶性，都会使颅内压升高，压迫脑组织，损害中枢神经，危及患者生命。
传统的对于中枢神经肿瘤的治疗主要为手术治疗、化学治疗和放射线治疗三种。其中，手术治疗就是通过外科手术将肿瘤切除，达到清除肿瘤细胞，阻止其分化生长的目的，但手术过程的创伤较大，易造成不可预知或不可逆转的结果，给患者留下严重的后遗症；化学治疗是利用化学药物杀死肿瘤细胞、抑制肿瘤细胞的生长繁殖的一种治疗方式，它对原发灶、转移灶等均有治疗作用，但会同时杀伤肿瘤细胞和正常细胞，给患者造成伤害；放射治疗是指用射线杀灭肿瘤细胞，对许多肿瘤的效果较好，但也会给患者造成伤害。
随着治疗方法的进步，近些年来又出现了一些新的治疗方法，如电化学疗法等。电化学疗法(Electrochemical therapy，ECT)是一种利用局部电脉冲刺激治疗肿瘤的方法。它通过直流电及电流脉冲使肿瘤局部产生一系列电化学反应，造成肿瘤细胞的生存环境发生变化，同时迫使DNA、酶及蛋白质构象发生变化，最终导致肿瘤细胞的死亡。这种方法对体内或表浅肿瘤破坏性强，且破坏范围易于控制，能够选择性杀伤肿瘤细胞，但可能会造成发热或皮肤反应，严重的会导致患者局部灼伤或坏死。
综上所述，传统的治疗肿瘤的方法均对患者易造成较大的损伤，给患者带来不良影响。
【发明内容】
基于此，有必要提供一种具体靶向功能的治疗装置，能够降低对患者正常组织的破坏，提高治疗效果。
一种具有靶向功能的治疗装置，包括中央控制模块、光刺激模块、光纤、信号采集模块和缓释模块，所述中央控制模块控制所述光刺激模块、信号采集模块和缓释模块；所述缓释模块用于释放靶向光感材料和/或光敏感基因；所述光刺激模块产生激光并通过所述光纤对所述靶向光感材料和/或光敏感基因进行光刺激；所述信号采集模块用于采集经过光刺激前后的病灶区内的生物信号，并发送给所述中央控制模块，所述中央控制模块对所述生物信号分析处理生成相应的参数，根据所述参数分别控制所述光刺激模块和缓释模块。
优选地，所述光刺激模块包括第一光源器、第二光源器和第三光源器，所述第一光源器通过所述光纤激发所述靶向光感材料，所述第二光源器和第三光源器通过所述光纤激发所述光敏感基因。
优选地，所述第一光源器产生波长范围为300～400纳米的紫外光。
优选地，所述第二光源产生波长为473纳米的蓝光，所述第三光源产生波长为594纳米的黄光。
优选地，所述靶向光感材料包括主动靶向光感材料和被动靶向光感材料中的一种或两种。
优选地，所述主动靶向光感材料包括经过表面修饰、抗体介导或受体介导的光敏制剂。
优选地，所述被动靶向光感材料包括纳米二氧化钛、纳米氧化锌、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、有机光电材料中的一种或两种以上。
优选地，所述被动靶向光感材料的尺寸小于100纳米。
优选地，所述的缓释模块还用于释放神经营养因子、血管生长因子中的一种或两种。
优选地，所述信号采集模块包括电信号采集单元、光信号采集单元、化学传感器、生物传感器中的一种或两种以上。
优选地，所述生物信号包括电生理信号、光信号、温度、pH值、血糖浓度、氧浓度、离子浓度中的一种或两种以上。
优选地，所述具有靶向功能的治疗装置还包括电刺激装置和电极，所述中央控制模块控制所述电刺激装置，所述电刺激装置通过所述电极进行电刺激。
优选地，所述具有靶向功能的治疗装置还包括电源模块，所述电源模块用于为所述中央控制模块、光刺激模块、信号采集模块和缓释模块提供电能。
优选地，所述电源模块为一次电池、二次电池和射频供电模块中的一种或两种以上。
上述具有靶向功能的治疗装置，采用缓释模块释放靶向光感材料到肿瘤细胞中，光刺激模块产生激光激发靶向光感材料，杀伤肿瘤细胞，因靶向光感材料能准确进入肿瘤细胞，而不进入正常细胞，采用激光激发靶向光感材料时，能够降低对患者正常组织的破坏，提高治疗效果。
【附图说明】
图1为一个实施例中具有靶向功能的治疗装置的结构示意图；
图2为另一个实施例中具有靶向功能的治疗装置的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合具体的实施例进行详细描述。
如图1所示，在一个实施例中，一种具有靶向功能的治疗装置，包括中央控制模块10、缓释模块20、信号采集模块30、光刺激模块40和光纤50。其中，
中央控制模块10控制缓释模块20、信号采集模块30和光刺激模块40工作。
缓释模块20用于释放靶向光感材料和/或光敏感基因。靶向光感材料用于选择进入肿瘤细胞，且在激光的照射下被激发，杀死肿瘤细胞；光敏感基因用于在激光照射下被激发，调控目标细胞，起到抑制肿瘤生长和帮助神经功能重建的作用。靶向光感材料包括主动靶向光感材料和被动靶向光感材料中的一种或两种，其中主动靶向光感材料包括经过化学或生物修饰的光敏制剂；被动靶向光感材料包括纳米二氧化钛、纳米氧化锌、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、有机光电材料中的一种或两种以上，且被动靶向光感材料的尺寸小于100纳米。因肿瘤组织的毛细血管的通透性比正常组织大，100纳米以下的纳米颗粒较易通过病灶部位的毛细血管壁渗透至肿瘤组织中，而正常组织的毛细血管通透性很小，不允许这些颗粒通过，如此尺寸小于100纳米材料会被动的扩散到肿瘤细胞中，实现更加准确的定位。
此外，缓释模块20还用于释放神经营养因子、血管生长因子中的一种或两种药物。神经营养因子、血管生长因子用于促进病灶部位的神经和血管再生。
信号采集模块30用于采集经过光刺激前后的病灶区内的生物信号，并将该生物信号发送给中央控制模块10。信号采集模块30包括电信号采集单元、光信号采集单元、化学传感器、生物传感器中的一种或两种以上。生物信号包括电生理信号、光信号、温度、pH值、血糖浓度、氧浓度、离子浓度中的一种或两种以上。电信号采集单元用于采用电生理信号、光信号采集单元用于采集光信号，化学传感器可用于采集pH值、温度、离子浓度等信号，生物传感器可用于采集血糖浓度、氧浓度等。通过采集生物信号可分析肿瘤的生长状况。其中，电生理信号用于分析病灶部位的神经活动情况；光信号用于观察导入的光敏感基因的目标细胞的活动情况；温度可确定肿瘤的位置和大小等信息，因肿瘤组织的温度一般比正常组织要高；pH值可反映出肿瘤组织的生长情况，因肿瘤细胞间质液的pH值比周围正常组织显著低；血糖浓度或氧浓度可间接反映出肿瘤组织的活性，因肿瘤细胞代谢旺盛、扩散速度快，长期处于低氧状态；特定离子浓度可反映出肿瘤组织的生长情况，因肿瘤血管生长迅速，通常导致外膜细胞缺乏，基底膜变形，淋巴管道回流系统缺损。
信号采集模块30将采集的生物信号发送给中央控制模块10，中央控制模块10可对该生物信号分析处理生成相应的参数，再根据该参数分别控制缓释模块10和光刺激模块40。其中，参数包括刺激的频率(单位：赫兹)、强度(单位：伏特或安培)、时程(单位：秒)、间隔(单位：秒)、流速(单位：毫升每秒，mL/s)等。中央控制模块10还可以将该生物信号的信息反馈到连接的计算机，将该生物信号的信息以表格、图像或声音的方式输出，便于医生或患者及时了解。
光刺激模块40包括第一光源器、第二光源器和第三光源器。第一光源器用于产生激光并通过光纤50激发靶向光感材料，第二光源器和第三光源器用于产生激光并通过光纤50激发光敏感基因。其中，第一光源器产生波长范围为300～400纳米(nm)的紫外光；第二光源器产生波长为473纳米的蓝光；第三光源器产生波长为594纳米的黄光。光刺激模块40产生的激光通过光纤50深入到目标组织中进行照射，第一光源器产生的激光激发靶向光感材料，使其发生作用，杀伤肿瘤细胞，其他正常组织不会受到影响，因靶向光感材料与目标细胞结合的特殊性，被动靶向光感材料在肿瘤细胞被杀伤后，会继续扩散到其他肿瘤细胞中，因此较小剂量就可以达到治疗的要求。
在肿瘤细胞被杀伤之后，可将光敏感基因通过特异的启动子转入到神经元内并表达。通过第二激光器发出蓝色(波长为472nm)或第三激光器发出的黄色(波长为593nm)激光，并且由光纤50照射到目标组织中。由于蓝色或黄色激光只对导入了光敏感基因的细胞起作用，因此具有非常强的细胞特异性，并且能有效兴奋或抑制神经元。其中，兴奋型通道蛋白基因为ChR2(Channelrhodopsin-2)，抑制型通道蛋白基因为NpHR(Helorhodopsin)。光刺激模块40通过埋藏入脑内的光纤50向脑内有光敏感基因的神经元提供光刺激，由此引起神经元的兴奋或抑制，即用蓝光刺激表达有兴奋型通道蛋白基因的神经元，将兴奋该类神经元；而用黄光刺激表达有抑制型通道蛋白基因的神经元，将抑制该类神经元。通过兴奋或抑制就能调控神经回路，从而达到治疗受损神经组织，重塑神经功能的目的。
在一个实施例中，如图2所示，上述具有靶向功能的治疗装置，除了包括中央控制模块10、缓释模块20、信号采集模块30、光刺激模块40和光纤50外，还包括电刺激模块60、电极70和电源模块(图中未示)。中央控制模块10控制电刺激模块60通过电极70进行电刺激。电刺激模块60是利用脑立体定向手术在脑内某一特殊位置植入电极70，通过产生电流或电位脉冲对脑深部神经核团进行刺激，中央控制模块10可调整电流强度和电位脉冲频率，使其达到杀灭肿瘤细胞的效果。电刺激模块60产生的电刺激疗法，可作为光刺激疗法的补充。另外，电极70和光纤50可整合在一起。
电源模块为中央控制模块10、缓释模块20、信号采集模块30、光刺激模块40、电刺激模块60和电极70提供电能。电源模块80可为一次电池、二次电池和射频供电模块中的一种或两种以上。其中，一次电池可为锂电池、氧化银电池或生物燃料电池(如通过酶催化自身的葡萄糖来提供电能)；二次电池可为锂离子电池或锂聚合物电池。射频供电模块通过植入在生物体内的线圈进行感应来产生电能。为了更加稳定和持久的供电，射频供电模块和生物燃料电池均可以与二次电池一起使用，为其充电。
上述具有靶向功能的治疗装置的工作过程是：中央控制模块10控制缓释模块20释放靶向光感材料和光敏感基因，光刺激模块40的第一激光器产生300～400纳米的紫外光激发靶向光感材料，使其在肿瘤细胞内发生作用，杀伤肿瘤细胞，信号采集模块20采集生物信号，并发送给中央控制模块10，中央控制模块10对采集的生物信号进行分析处理生成相应的参数，再通过该参数调整光刺激模块40，进一步杀伤肿瘤细胞，光刺激模块40的第二激光器和第三激光器分别产生蓝光和黄光激发光敏感基因在目标细胞中表达，从而达到治疗神经组织，重塑神经功能的目的。
上述具有靶向功能的治疗装置，采用缓释模块20释放靶向光感材料到肿瘤细胞中，光刺激模块40产生激光激发靶向光感材料，杀伤肿瘤细胞，因靶向光感材料能准确进入肿瘤细胞，而不进入正常细胞，采用激光激发靶向光感材料时，能够降低对患者正常组织的破坏，提高治疗效果。
另外，采用缓释模块20释放光敏感基因到神经组织，光刺激模块40产生激光激发光敏感基因表达，对神经组织起到修复作用，更加降低了对正常组织的破坏；缓释模块20还可释放神经营养因子促进神经的生长和活性，或释放血管生长因子增强病灶区域的微循环，促进病灶组织的修复，从而更加促进正常组织的修复；采用被动靶向光感材料，可进行循环利用，降低了药物对人体的不良影响和节约了治疗成本；采用电刺激模块60和电极70实现电刺激治疗作为光刺激治疗的辅助手段，提高了治疗效果。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (14)
1.一种具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：包括中央控制模块、光刺激模块、光纤、信号采集模块和缓释模块，所述中央控制模块控制所述光刺激模块、信号采集模块和缓释模块；所述缓释模块用于释放靶向光感材料和/或光敏感基因；所述光刺激模块产生激光并通过所述光纤对所述靶向光感材料和/或光敏感基因进行光刺激；所述信号采集模块用于采集经过光刺激前后的病灶区内的生物信号，并发送给所述中央控制模块，所述中央控制模块对所述生物信号分析处理生成相应的参数，根据所述参数分别控制所述光刺激模块和缓释模块。
2.根据权利要求1所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述光刺激模块包括第一光源器、第二光源器和第三光源器，所述第一光源器通过所述光纤激发所述靶向光感材料，所述第二光源器和第三光源器通过所述光纤激发所述光敏感基因。
3.根据权利要求2所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述第一光源器产生波长范围为300～400纳米的紫外光。
4.根据权利要求2所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述第二光源产生波长为473纳米的蓝光，所述第三光源产生波长为594纳米的黄光。
5.根据权利要求1所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述靶向光感材料包括主动靶向光感材料和被动靶向光感材料中的一种或两种。
6.根据权利要求5所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述主动靶向光感材料包括经过表面修饰、抗体介导或受体介导的光敏制剂。
7.根据权利要求5所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述被动靶向光感材料包括纳米二氧化钛、纳米氧化锌、碳纳米管、石墨烯、富勒烯、有机光电材料中的一种或两种以上。
8.根据权利要求5所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述被动靶向光感材料的尺寸小于100纳米。
9.根据权利要求1所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述的缓释模块还用于释放神经营养因子、血管生长因子中的一种或两种。
10.根据权利要求1所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述信号采集模块包括电信号采集单元、光信号采集单元、化学传感器、生物传感器中的一种或两种以上。
11.根据权利要求1所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述生物信号包括电生理信号、光信号、温度、pH值、血糖浓度、氧浓度、离子浓度中的一种或两种以上。
12.根据权利要求1所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述具有靶向功能的治疗装置还包括电刺激装置和电极，所述中央控制模块控制所述电刺激装置，所述电刺激装置通过所述电极进行电刺激。
13.根据权利要求1所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述具有靶向功能的治疗装置还包括电源模块，所述电源模块用于为所述中央控制模块、光刺激模块、信号采集模块和缓释模块提供电能。
14.根据权利要求13所述的具有靶向功能的治疗装置，其特征在于：所述电源模块为一次电池、二次电池和射频供电模块中的一种或两种以上。
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