低强度电场网络介导递送的方法和装置.pdf

本发明的说明性实施方式包括四种优选实施方式：1)向关节及其相关软组织的递送骨基因、蛋白质和药物的方法和装置；2)向四肢递送基因、蛋白质和药物的方法和装置；3)向皮肤和软组织递送基因、蛋白质和药物的方法和装置；和/或4)向软组织肿瘤递送基因、蛋白和药物的方法和装置。

1、  一种将药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂转染入关节、骨组织，关节或骨相关软组织，或转染入软组织的方法，该方法总的包括以下步骤：
使所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织；
在该组织中或该组织上安置至少一个阳电极；
靠近要转染的整个组织安置一阴电极阵列；和
向要转染的整个组织施加低强度网络电场(LSEN)脉冲。

2、  如权利要求1所述的方法，其中，所述在靠近要转染的整个组织处安置阴电极阵列，包括安置多个阴电极与该组织上的皮肤低电阻接触。

3、  如权利要求2所述的方法，其中，所述安置多个阴电极与组织上的皮肤低电阻接触，包括使多个阴电极与皮肤机械紧密接触。

4、  如权利要求2所述的方法，其中，所述安置多个阴电极与组织上的皮肤低电阻接触，包括在多个阴电极与皮肤之间安置可导电的凝胶。

5、  如权利要求3所述的方法，其中，所述使多个阴电极与皮肤紧密机械接触，包括用折叠夹和/或围绕该阵列与皮肤的胶带机械加压和维持多个阴电极与皮肤之间的压力。

6、  如权利要求1所述的方法，其中，使所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织包括：
在关节囊中插入引导针；
在引导针内或通过引导针安置输液导管；
移去引导针；
通过导管注入所述药物、基因、siRNA、shRNA、多肽、蛋白、抗体或生物医学治疗分子或制剂；和
活动接受注射的关节囊相应的关节。

7、  如权利要求1所述的方法，其中，所述在组织中安置至少一个阳电极，包括将末端带有阳电极的电线插入输液导管中。

8、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在靠近要转染的整个组织处安置阴电极阵列，包括安置其中含有阴电极阵列的衬垫，并用该衬垫覆盖要处理的整个组织。

9、  如权利要求1所述的方法，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织，包括用静脉泵或控制器向要转染的整个组织连续血管内递送，同时施加低强度电场网络(LSEN)脉冲，使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布进入肢体。

10、  如权利要求1所述的方法，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织，包括通过溶液、油、凝胶或药物递送材料同时施加低强度电场网络(LSEN)脉冲，向要转染的整个组织局部施用所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂，使所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布进入肢体。

11、  如权利要求1所述的方法，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织，包括向要转染的整个组织通过皮下注射局部施加药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂，同时施加低强度电场网络(LSEN)脉冲，使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于肢体。

12、  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织，包括向要转染的整个组织局部施加药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂，并用胶带、凝胶或绷带将所述阴电极阵列固定在机体表面，包括皮肤和软组织，同时施加低强度电场网络(LSEN)脉冲，使所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于肢体。

13、  如权利要求1所述的方法，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织，包括向要转染的整个组织经局部血管内输送施加药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂，同时施加低强度电场网络(LSEN)脉冲，使所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于肢体；该方法还包括阳电极阵列，如果肿瘤部位浅表，将阳电极阵列和阴电极阵列置于靠近肿瘤的体表，或如果肿瘤位于四肢或肢体，则将阴电极阵列置于肿瘤一侧和将阳电极阵列置于肿瘤的另一侧，用粘性材料、胶带、凝胶或绷带固定电极阵列，使周边电场跨越该肿瘤。

14、  一种通过转染使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白、抗体或生物医学治疗分子或试剂进入关节、骨组织、关节或骨相关软组织、或软组织的装置，该装置一般包括：
使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织的装置；
至少一个可插入或安置在所述组织中的阳电极；
一个安置在靠近要转染的整个组织周围的阴电极阵列；和
一个向要转染的整个组织施加低强度网络电场(LSEN)的LSEN脉冲发生器。

15、  如权利要求14所述的装置，其特征在于，所述安置在靠近要转染的整个组织周围的阴电极阵列包括置于与覆盖该组织的皮肤低电阻接触的接触件中的多个阴电极。

16、  如权利要求15所述的装置，其中，安置在与覆盖该组织的皮肤低电阻接触的接触件的多个阴电极包括使多个阴电极置于与皮肤紧密机械接触的接触件中的装置。

17、  如权利要求15所述的装置，其中，所述置于与覆盖该组织的皮肤低电阻接触的接触件中的多个阴电极包括在皮肤与多个电极之间的导电凝胶。

18、  如权利要求16所述的装置，其中，置于与皮肤紧密机械接触的接触件中的多个阴电极包括机械压迫多个阴电极与皮肤和维持它们之间压力的装置，包括围绕电极阵列和皮肤的折叠夹和/或胶带。

19、  如权利要求14所述的装置，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织的装置包括：
可插入关节囊的引导针；和
安置在引导针上的或可通过引导针输送药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂进入关节囊的输液导管。

20、  如权利要求14所述的装置，其中，所述插入或置于组织上的至少一个阳电极包括具有用于插入输液导管中的阳电极末端的电线。

21、  如权利要求14所述的装置，其中，所述安置在靠近要转染的整个组织周围的阴电极阵列包括其中含有该阴电极阵列、用于覆盖待处理的整个组织的衬垫。

22、  如权利要求14所述的装置，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织的装置，包括用静脉泵或控制器向要转染的整个组织连续血管内递送、同时施加低强度电场网络(LSEN)脉冲、使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于肢体的装置。

23、  如权利要求14所述的装置，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织的装置，包括通过溶液、油、凝胶或药物递送材料同时施加低强度电场网络(LSEN)脉冲向要转染的整个组织局部施用所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂，使所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布进入肢体的装置。

24、  如权利要求14所述的装置，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织的装置，包括通过皮下注射局部施加药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂、同时对要转染的整个组织施加低强度电场网络(LSEN)脉冲使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于肢体的装置。

25、  如权利要求14所述的装置，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织的装置，包括用胶带、凝胶或绷带固定所述阴电极阵列、向要转染的整个组织施加低强度电场网络(LSEN)脉冲，局部施加药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂于包括皮肤和软组织的机体表面，使所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于肢体的装置。

26、  如权利要求14所述的装置，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织的装置，包括向要转染的整个组织通过血管内输送局部施加药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂，同时施加低强度电场网络(LSEN)脉冲，使所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于肢体的装置；该装置还包括阳电极阵列，如果肿瘤部位浅表，将阳电极阵列和阴电极阵列置于靠近肿瘤的体表，或如果肿瘤位于四肢或肢体，则将阴电极阵列置于肿瘤一侧，阳电极阵列置于肿瘤的另一侧，用粘胶带、凝胶或绷带固定电极阵列使周边电场跨越该肿瘤。

27.  如权利要求1所述的方法，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织，包括分布以下组的成员中的至少一种：
1)白细胞标记，例如CD2、CD3、CD4、CD5、CD6、CD7、CD8、CD11a，b，c、CD13、CD14、CD18、CD19、CD20、CD22、CD23、CD25、CD27及其配体、CD28及其配体B7.1，B7.2，B7.3、CD29及其配体、CD30及其配体、CD40及其配体gp39、CD44、CD45及其异构体、Cdw52(Campath抗原)、CD56、CD58、CD69、CD72、CD80、CD86、CTLA-4、CTLA4Ig、LFA-1和TCR或它们的突变体，例如LEA29Y；粘附分子抑制制，例如LFA-1拮抗剂、ICAM-1或-3拮抗剂、VCAM-4拮抗剂或VLA-4拮抗剂；或化学治疗剂；
2)组织相容性抗原，例如MHCI类或II类、LewisY抗原、Slex、Sley、Slea、和Selb；
3)粘附分子，包括整合素，例如VLA-1、VLA-2、VLA-3、VLA-4、VLA-5、VLA-6、LFA-1、Mac-1、αVβ3、和p150，95；
4)选择素，例如L-选择素、E-选择素、和P-选择素及它们的对应受体VCAM-1、ICAM-1、ICAM-2、和LFA-3；
5)白介素，例如IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、IL-8、IL-9、IL-10、IL-11、IL-12、IL-13、IL-14、和IL-15；
6)白介素受体，例如IL-1R、IL-2R、IL-3R、IL-4R、IL-5R、IL-6R、IL-7R、IL-8R、IL-9R、IL-10R、IL-11R、IL-12R、IL-13R、IL-14R和IL-15R；
7)趋化因子，例如PF4、RANTES、MIP1a、MCP1、IP-10、ENA-78、NAP-2、Gro-α、Gro-β、和IL-8；
8)生长因子，例如TNFα、TGFβ、TSH、VEGF/VPF、PTHrP、EGF家族、FGF、PDGF家族、内皮素、纤维化(F.sub.sF.sub.-1)、层粘连蛋白、和胃泌素释放肽(GRP)；
9)生长因子受体，例如TNFαR、RGFβR、SHR、VEGFR/VPFR、FGFR、EGFR、PTHrPR、PDGFR家族、EPO-R、GCSF-R和其它造血因子受体；
10)干扰素受体，例如IFN-αR、IFN-βR、和IFN.sub.YR；
11)免疫球蛋白(Ig)及其受体，例如IGE、FceRI、和FceRII；
12)肿瘤抗原，例如her2-neu、粘液素、CEA和内皮唾(液)酸蛋白；
13)变态原，例如房尘螨抗原、lol p1(grass)抗原、和漆酚；
14)病毒蛋白，例如CMV糖蛋白B、H、和gCIII、HIV-1被膜糖蛋白、RSV被膜糖蛋白、HSV被膜糖蛋白、EBV被膜糖蛋白、VZV被膜糖蛋白、HPV被膜糖蛋白、肝炎家族表面抗原；
15)毒素，例如假单胞菌内毒素和骨桥蛋白/尿桥蛋白、蛇毒、蜘蛛毒和蜂毒；
16)血液因子，例如补体C3b、补体C5a、补体C5b-9、Rh因子、纤维蛋白原、血纤维蛋白和髓磷脂相关生长抑制剂；
17)酶，例如胆固醇酯转移蛋白、膜结合基质金属蛋白酶、和谷氨酸脱羧酶；和
18)杂抗原，包括神经节苷脂GD3、神经节苷脂GM2、LMP1、LMP2、嗜酸性粒细胞主要碱性蛋白、PTHrp、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白、pANCA、Amadori蛋白、IV型胶原、糖基化脂、nu-干扰素、A7、P-糖蛋白和Fas(AFO-1)及氧化-LDL；
19)钙调磷酸酶抑制剂，例如环孢霉素A或FK506；
20)mTOR抑制剂，例如雷帕霉素、40-O-(2-羟乙基)-雷帕霉素、CCI779、ABT578或AP23573；
21)具免疫抑制性能的子囊霉素，例如ABT-281、ASM981；
22)皮质激素；环磷酰胺；咪唑硫嘌呤；甲氨喋呤；来氟米特；咪唑立宾；霉酚酸；霉酚酸酯；15-2-脱氧链霉胺及其免疫抑制性同源物、类似物或衍生物；
23)凋亡基因；或
24)各组成员的任何组合。

28.  如权利要求27所述的方法，其中，所述分布以下组的成员组成的至少一种基因、蛋白质或抗体，包括将这些成分作为单一活性成分给药，或作为其它药物、免疫抑制剂或免疫调节剂或其它抗炎症药物的辅佐剂联合给药，用于治疗或预防同种异体或异种移植急性或慢性排斥或炎症或自身免疫疾病，或作为化学治疗剂或作为抗恶性细胞增殖剂，其中化学治疗剂包括以下各组物质的成员：
I芳香酶抑制剂，
II微管活化剂、烷化剂、抗肿瘤抗代谢药物或铂化合物，
III能靶向/减少蛋白质或脂质激酶的活性，或蛋白质或脂质磷酸酶活性的化合物，及抗血管生成化合物或诱导细胞分化过程的化合物，
IV缓激肽1受体或血管紧张素II拮抗剂，
V环氧化酶抑制剂、二磷酸盐、组蛋白脱酰基酶抑制剂、类肝素酶抑制剂(预防硫酸类肝素降解)，例如PI-889，一种生物学应答调节剂，优选淋巴因子或干扰素，例如干扰素、quadrature、遍在蛋白抑制剂、或能阻断抗细胞凋亡途径的抑制剂，
VI Ras癌基因同种型抑制剂，如H-Ras、K-Ras或N-Ras，或法尼基转移酶抑制剂，例如L-744、832或DK8G557，
VII端粒酶抑制剂，例如端粒转移抑制素(telomestatin)，
VIII蛋白酶抑制剂、基质金属蛋白酶抑制剂、甲硫氨酸氨基肽酶抑制剂，例如bengamide或其衍生物，或蛋白质体抑制剂，例如PS-341，和/或
IX mTOR抑制剂，或
X各组成员的任何组合。

29.  如权利要求1所述的方法，其中，所述使药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或生物医学治疗分子或制剂分布于整个组织，包括使所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗分子或制剂的抑制剂、增强剂、激动剂、拮抗剂、调节剂、调控剂、修饰剂、或监测剂分布于整个组织。

低强度电场网络介导递送的方法和装置
相关申请
本申请与2006年4月10日提交的美国临时专利申请No.60/744,528和2006年7月6日提交的美国临时专利申请No.60/819,277相关，它们的内容纳入本文作为参考。
发明背景
发明领域
本发明涉及用低强度电场网向大动物和人的离体和体内皮肤、软组织、关节和骨细胞递送生物医学治疗学分子和制剂，包括药物、基因、siRNA、蛋白质、肽、抗体的治疗领域。
现有技术描述
电穿孔是一种向细胞和组织施加时间短、强度高的电场脉冲的技术。电刺激可导致细胞膜不稳定继而形成纳米大小孔洞。在此可渗透阶段，细胞膜允许DNA、酶、抗体和其它大分子通过进入细胞。电穿孔不仅使基因治疗，而且使其它领域例如经皮肤药物递送和提高化疗(效果)成为可能。自二十世纪80年代早期以来，电穿孔就已作为一种研究工具使用，用来介导DNA、RNA、蛋白质、其它大分子、脂质体、乳胶微球，或全病毒颗粒进入活细胞。
电穿孔虽能有效介导外源基因进入活细胞，但由于采用杯形电极施加电脉冲，该技术的应用局限于培养细胞的悬浮液。电穿孔通常用于细胞系和原代培养物的体外基因转染，而用于组织的研究报道有限。在一项研究中，已证明对大鼠脑肿瘤组织可用电穿孔介导基因转染。组织电穿孔后立即动脉内注射质粒DNA。休克疗法三天后，在两电极之间的电穿孔肿瘤组织中检测到lac2基因或人单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)基因的表达，但在毗邻组织中未检测到。
电穿孔也已用作大鼠肝组织基因递送的组织靶向方法。该研究表明转运的遗传标记β-半乳糖苷酶(β-gal)和荧光素酶48小时后获得最高表达，约30-40％的电穿孔细胞表达了β-gal，荧光素酶活性达到每mg组织2500pg的峰值水平。
在另一项研究中，将早期鸡胚胎电穿孔与另两种转染方法：微粒轰击和脂质体转染作比较。这三种转染技术中，电穿孔产生的基因表达最强，扩展的胚胎区域最大。
近年用电穿孔导管向家兔动脉壁递送肝素，显著提高了药物递送效率。
电场强度适当的电脉冲可导致细胞膜短时可通透性(细胞释放)，随后导致各种类型细胞，包括细菌、酵母、动物和人细胞等的快速基因转化和操纵。另一方面，高电场强度电脉冲可导致细胞膜永久性破坏(细胞裂解)。据目前可获得知识，施加于组织的电压必须高达100-200V/cm。如果我们在大动物或人器官上(例如人心脏)使用电穿孔，电压必须达几千伏。这将导致大量组织损伤。因此，该技术一直未应用于临床。
曾用电穿孔装置作皮肤药物递送，采用2-6个针头在皮肤上实施高电压短时脉冲。该系统由于针头的直接伤害和高电压冲击造成了显著的皮肤损伤和炎症而限制了其应用。近年来公开的皮肤电穿孔微芯片装置专利也采用高电压，虽然还未用于人和动物。
发明概述
已公开的许多实施方式能够说明如何向组织施加LSEN或低电压脉冲才能以可接受的转染效率递送基因、蛋白质和药物的系统。第一种实施方式是用于向关节及其相关软组织和骨(细胞)递送基因、蛋白质和药物的方法和装置。在该系统中，将一个装有导管的长注射针插入关节囊中，然后拔掉导针。再将药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗剂、或它们的组合通过该导管注入。此外，可采用这些药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗分子或制剂的抑制剂、增强剂、激动剂、拮抗剂、调节剂、调控剂、修饰剂、或监测剂、或它们的任何组合。然后活动关节使基因均匀分布于关节内。随后将顶端连接阳极的电线插入到导管中。电线顶端伸出导管外。然后用装有阴极阵列的衬垫包裹整个关节。用导电凝胶、折叠夹和绷带使所有阴极与关节皮肤紧密接触。然后施加低强度电场网络。
第二种实施方式是向肢体递送基因、蛋白质和药物的方法和装置。在此实施方式中，用三种不同的方法将药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗剂递送入肢体内。第一种方法是用静脉泵或其它控制器经血管内(静脉和动脉)递送基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗剂。这种递送应在施加电场时连续进行。第二种方法是将基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗剂与溶液、油、凝胶或其它药物递送物质一同局部应用。第三种方法是将基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗剂通过皮下注射应用。将阳极和阴极电极阵列以相同或相似的方式安置在肢体或四肢上。
施加低强度电场网络时，制作的电极阵列可装在手的手套，脚的袜子，或手臂袖套上，或其它与身体或组织表面相符的形式，以确保所有电极与皮肤紧密地接触。
第三种实施方式是向体表(包括皮肤和软组织)递送基因、蛋白质和药物的方法和装置。在此实施方案中，递送药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗剂的方法与肢体和四肢递送方法相同。一般认为局部应用更具实用性。如以上所述用胶带、凝胶或绷带固定电极阵列的相同或相似方法将阳极和阴极电极阵列应用于体表。
第四种实施方式是向软组织肿瘤递送基因、蛋白质和药物的方法和装置。在此实施方案中，递送药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗剂的方法与肢体和四肢递送方法相同或相似。对肿瘤可采用局部注射。如果肿瘤位置浅表，可将阳极和阴极电极阵列施加于体表。或者，如果肿瘤位于肢体或四肢，可将阴极阵列置于肿瘤的一侧而阳极置于在肿瘤的另一侧。因此，采用粘胶带，凝胶或绷带固定电极阵列使周边电场跨越该肿瘤。当实施血管内递送时，应在向靶组织施加LSEN期间递送药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗剂。
在本发明的一实施方式中，采用致密的电极阵列和内置的中央电极以产生通过整个关节的环周电场网络。电极阵列越致密，产生的分布于通过整个关节的周边电场网络越均匀。关节腔是一种封闭腔室。基因或药物注射入关节腔将在其中保持很长时间。在基因和/或药物注射入关节后，应活动关节帮助药物和/或药物分布于整个关节腔。
将一内置电极线通过注射基因或药物的同一导管插入关节中，从关节中抽出该导管时此电线的顶端应位于关节中央。整根电线除了镀有高导电性材料(例如铂金)的小尖端外都是绝缘的。因此，当将梯级电势或电压施加于阵列的外部电极和内置电极线时，该环周电场即透过关节的所有结构，包括骨、软骨、韧带、肌腱、肌肉和软组织。这是利用电场电能量效率最高的方法，因为所有的环周电场都用作递送药物或基因的驱动力。
对于向细胞内递送带正电荷的分子，应将安置在体表的阵列的电极与脉冲发生器的阴极相连接。正电荷分子将随环周电场从关节腔向体表移动。对于向细胞内递送带负电荷的分子，应将安置在体表的阵列的电极与脉冲发生器的阳极相连接。这样负电荷分子也将随环周电场从关节腔向体表移动。
该装置和方法可用于任何关节，例如膝、肩、腕、肘、踝、指、臀关节等。如果不能缠绕整个关节，可采用平置电路，例如脊关节，颚关节等。图4a—4e说明了本发明的单极电极的应用范围，通过实施例显示对膝关节，肩关节，肘关节，腕关节和肌腱、及踝关节只用单极电极。每种情况都(在关节腔内)插入一内置电极，关节则用与关节外部形状接近或紧密相容的单电极阵列缠绕。
为了语言的流畅性，虽然用功能性解释描述了或将描述所述的装置和方法，但应明确理解，除非35 USC 112作出明确阐述外，不应以任何方式将本申请的权利要求(范围)理解为必然限于“方法”和“步骤”构成的有限范围内，而是按司法等同原理在本发明权利要求所提供的定义及其等同概念的整个范围内，在权利要求按35 USC 112作出明确阐述时，则符合35 USC 112的全部法定等同条款。现转到以下附图来更好地直观显示和说明本发明，图中同样的数字编号指同样的元件。
附图简要说明
图1a是根据本发明设计的用来产生LSEN电场驱使基因或药物进入组织的单极阵列的俯视图。
图1b是图1a中通过直线1b—1b看的横截面侧视图。
图2a是说明按照本发明在膝关节腔中插入导管输送基因或药物治疗膝关节腔的本发明方法第一步骤的图解。
图2b是说明图2a方法将电极线插入关节中和活动该关节使基因和/或药物分布于关节腔的第二步骤的图解。
图2c是说明图2a和图2b方法将电极阵列围绕关节安置和向关节腔施加LSEN电场驱使基因和/或药物进入组织的第三步骤的图解。
图2d是说明图2a—2c的方法中施加LSEN电场方案概况的波形图。
图3a是按本发明设计的用于产生LSEN电场驱使基因或药物进入组织的双电极阵列俯视图。
图3b为图3a中通过直线3b—3b看的横截面侧视图。
图3c为第二种实施方式图3a通过直线3b—3b看的横截面侧视图，其中该阵列中加有药物洗脱垫。
图4a描述本发明在膝关节上的应用。
图4b描述本发明在肩关节上的应用。
图4c描述本发明在肘关节上的应用。
图4d描述本发明在腕关节和肌腱上的应用。
图4e描述本发明在踝关节上的应用。
图5a为双电极体表电极阵列与药物洗脱系统联用的俯视图。
图5b为双电极体表电极阵列与药物渗透系统联用的俯视图。
图5c为双电极体表电极阵列与药物渗透系统联用时通过图5b剖面线5c—5c看的横截面侧视图。
图6a为将本发明的药物递送系统应用于肌体皮肤的照片说明。
图6a步骤I和步骤II是将本发明的药物递送系统应用于肌体皮肤的照片说明。
图6b步骤I和步骤II是将本发明的药物递送系统应用于头皮的照片说明。
图6c步骤I和步骤II是将本发明的药物递送系统应用于肢体的照片说明。
图6d为将本发明的药物递送系统应用于皮肤的透视图，显示皮肤结构与阵列相关。
图7a步骤I和步骤II描述本发明药物递送系统应用于手部的基因和药物输注。
图7b描述本发明药物递送系统应用于脚部的基因和药物输注。
图8a为显微照片，显示用本发明实施IL-10基因转运方式时膝关节软骨中转基因表达的原位杂交。
图8b为显微照片，显示用本发明实施脂质体介导IL-10基因转运时膝关节软骨中转基因表达的原位杂交。
图8c以原位杂交所显示的阳性染色细胞百分比，对本发明方法、脂质体介导和质粒介导方法的基因转染效率进行比较。
图8d显示用定量逆转录—聚合酶链式反应(qRT-PCR)检测的转基因表达水平，比较本发明方法与脂质体介导方法。
现转到下面对优选实施方式的详细描述，使本发明及其各种实施方式可被更好地了解，这些优选实施方式是用来作为权利要求所限定的本发明的说明性实施例。应当明确理解，如权利要求书中所确定那样，本发明的范围可比下文所述的说明性实施方式更广泛。
优选实施方式的详细描述
本发明说明性实施方式是在施加低强度电场网络的帮助下促进药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它生物医学治疗分子和制剂靶向输入大动物和/或人的离体和体内的皮肤、软组织、关节和骨组织细胞内的方法和装置。所述药物、基因、siRNA、shRNA、肽、蛋白质、抗体或其它的生物医学治疗分子和制剂的例子包括以下物质的基因、蛋白质和抗体：
1)白细胞标志，例如CD2、CD3、CD4、CD5、CD6、CD7、CD8、CD11a，b，c、CD13、CD14、CD18、CD19、CD20、CD22、CD23、CD25、CD27及其配体、CD28及其配体B7.1，B7.2、B7.3、CD29及其配体、CD30及其配体、CD40及其配体gp39、CD44、CD45及其异构体、CDw52(Campath抗原)、CD56、CD58、CD69、CD72、CD80、CD86、CTLA-4、CTLA4Ig、LFA-1和TCR，或它们的突变体，例如LEA29Y；粘附分子抑制剂，例如LFA-1拮抗剂、ICAM-1或-3拮抗剂、VCAM-4拮抗剂或VLA-4拮抗剂；或化疗制剂。
2)组织相容性抗原，例如MHC I类或II类、Lewis Y抗原、Slex、Sley、Slea和Selb；
3)粘附分子，包括整合素，例如VLA-1、VLA-2、VLA-3、VLA-4、VLA-5、VLA-6、LFA-1、Mac-1、αVβ3和p150、95；和
4)选择素，例如L-选择素、E-选择素和P-选择素和它们的对应受体VCAM-1、ICAM-1、ICAM-2和LFA-3；
5)白介素，例如IL-1、IL-2、IL-3、IL-4、IL-5、IL-6、IL-7、IL-8、IL-9、IL-10、IL-11、IL-12、IL-13、IL-14和IL-15；
6)白介素受体，例如IL-1R、IL-2R、IL-3R、IL-4R、IL-5R、IL-6R、IL-7R、IL-8R、IL-9R、IL-10R、IL-11R、IL-12R、IL-13R、IL-14R和IL-15R；
7)趋化因子，例如PF4、RANTES、MIP1a、MCP1、IP-10、ENA-78、NAP-2、Gro-α、Gro-β和IL-8；
8)生长因子，例如TNFα、TGFβ、TSH、VEGF/VPF、PTHrP、EGF家族、FGF、PDGF家族、内皮素、纤维化素(Fibrocin：F.sub、sF.sub.-1)、层粘连蛋白、和胃泌素释放肽(GRP)；
9)生长因子受体，例如TNFαR、RGFβR、TSHR、VEGFR/VPFR、FGFR、EGFR、PTHrPR、PDGFR家族、EPO-R、GCSF-R和其它造血(因子)受体；
10)干扰素受体，例如IFN-αR、IFN-βR和IFN.sub.YR；
11)免疫球蛋白(Ig)及其受体，例如IGE、FceRI和FceRII；
12)肿瘤抗原，例如her2-neu、粘液素、CEA和内皮唾(液)酸蛋白；
13)变态原，例如房尘螨抗原、lol p1(grass)抗原和漆酚(urushiol)；
14)病毒蛋白，例如CMV糖蛋白B、H、和gCIII，HIV-1被膜糖蛋白、RSV被膜糖蛋白、HSV被膜糖蛋白、EBV被膜糖蛋白、VZV被膜糖蛋白、HPV被膜糖蛋白、肝炎家族表面抗原；
15)毒素，例如假单胞菌内毒素和骨桥蛋白/尿桥蛋白、蛇毒、蜘蛛毒和蜂毒；
16)血液因子，例如补体C3b、补体C5a、补体C5b-9、Rh因子、纤维蛋白原、血纤维蛋白、和髓磷脂相关生长抑制剂；
17)酶，例如胆固醇酯转移蛋白、膜结合基质金属蛋白酶、和谷氨酸脱羧酶；和
18)杂抗原，包括神经节苷脂GD3、神经节苷脂GM2、LMP1、LMP2、嗜酸性粒细胞主要碱性蛋白、PTHrp、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白、pANCA、Amadori蛋白、IV型胶原、糖基化脂、nu-干扰素、A7、P-糖蛋白和Fas(AFO-1)及氧化-LDL；
19)钙调磷酸酶抑制剂，例如环孢霉素A或FK506；
20)mTOR抑制剂，例如雷帕霉素、40-O-(2-羟乙基)-雷帕霉素、CCI779、ABT578或AP23573；
21)具免疫抑制性能的子囊霉素，例如ABT-281、ASM981；
22)皮质激素；环磷酰胺；咪唑硫嘌呤；甲氨喋呤；来氟米特；咪唑立宾；霉酚酸；霉酚酸酯；15-2-脱氧链霉胺或它们的免疫抑制性同源物、类似物或衍生物；和
23)凋亡基因；或
24)上述各组成员的任何组合。
可将这些成分作为单一活性成分给药，或与其它药物、免疫抑制剂或免疫调节剂或其它抗炎症药物等辅佐剂联合给药，或作为化学治疗剂，如抗恶性细胞增殖剂联合给药，例如治疗或预防同种异体或异种移植急性或慢性排斥或炎症或自身免疫疾病。术语“化疗药物”指任何化疗药物，其包括但不限于：
I.芳香酶抑制剂，
II.微管活化剂、烷化剂、抗肿瘤抗代谢药物或铂化合物，
III.能靶向/减少蛋白质或脂质激酶的活性，或蛋白质或脂质磷酸酶活性的化合物，及抗血管生成化合物或诱导细胞分化过程的化合物，
IV.缓激肽1受体或血管紧张素II拮抗剂，
V.环氧化酶抑制剂、二磷酸盐、组蛋白脱酰基酶抑制剂、类肝素酶抑制剂(预防硫酸类肝素降解)，例如PI—889一种生物学应答调节剂)，优选淋巴因子或干扰素，例如干扰素、quadrature、遍在蛋白抑制剂、或能阻断抗细胞凋亡途径的抑制剂，
VI.Ras癌基因同种型抑制剂，如H-Ras、K-Ras或N-Ras，或法尼基转移酶抑制剂，例如L-744、832或DK8G557，
VII.端粒酶抑制剂，例如端粒转移抑制素(telomestatin)，
VIII.蛋白酶抑制剂、基质金属蛋白酶抑制剂、甲硫氨酸氨基肽酶抑制剂，例如bengamide或其衍生物，或蛋白质体抑制剂，例如PS-341，和/或
IX.m TOR抑制剂，或
X.各组成员的任意组合。
可利用低强度电场网络系统将治疗性基因、siRNA、shRNA、蛋白或药物转运到分离的离体肢体、关节、皮肤和组织中，体内的肢体、关节或体表，例如软组织、肌肉、肌腱、骨、或软骨中。本发明已在兔关节和皮肤上进行了试验。
本发明说明性实施方式包括四种优选的实施方式：1)将骨基因、蛋白质和药物递送入关节及其相关软组织的的方法和装置；2)将基因、蛋白质和药物递送入肢体的方法和装置；3)将基因、蛋白质和药物递送入皮肤和软组织的方法和装置；和/或4)将基因、蛋白质和药物递送入软组织肿瘤的方法和装置。
该说明性实施方式通过提供低强度电穿孔介导向分离的离体器官和组织，和体内血管和组织递送基因、蛋白质和药物，显示了现有技术的缺点。为了证明这个观点，我们进行了一系列研究，用本发明的低强度电穿孔系统向大型动物的离体和体内心脏递送基因。我们发现该方法的基因转移效率和效力最高，高于任何现有的病毒和非病毒基因转移技术。迄今我们未发现对大动物心脏有任何不良作用。而且，本发明的低强度电穿孔系统还特地扩大应用于皮肤、软组织、关节和骨的基因、蛋白质和药物递送。
本发明的说明性实施方式，是一种采用电极阵列形成的网络用低电压电场长时间施加短时脉冲、脉冲组使细胞膜电渗透，从而将基因、蛋白质、药物靶向输送入离体和体内的皮肤、软组织和骨(细胞)的策略。该网络提供的电磁场模式在性质上不同于常规电穿孔提供的电磁场模式的性质，就本说明书的目的而言，所述电磁场本身不应称为电穿孔电磁场，而是低强度电场网络(LSEN)。
图1a为单极体表电极阵列的平面俯视图，图3a是本发明所用的双电极体表电极阵列的平面俯视图。然而，必须明白提供该电极阵列和有效的LSEN产生源并不局限于这两种实施例，而应包括目前已知或将来设计的能执行相同或相似功能的任何电极阵列。
图1a和3a的阵列包括可屈曲性电极阵列10。多个电极(12)、(14)分别与阳极电源(未显示)或阴极电源或脉冲发生器(未显示)偶联。园柱形电极(12)、(14)固定或携带在可屈曲性基材或粘附垫(16)上并通过与多根导线或电线(18)连接或偶联而排成多排。电线(18)的相反两端偶联于多个针状连接器(20)。在图1a的单电极实施方式中，每根电线(18)具有相同的极性电压。在图3a的双电极实施方式中，相邻的每根电线(18)各具有相反极性的电压。在图1a的实施方式中电线(18)和图3a实施方式中电线(18a)和((18b))可以是绝缘的，但是与同排的各电极(12)、(14)电路相连。例如在图3a的双电极实施方式中，电线(18a)与一排只有一种极性电压的电极(12)相连，而电线((18b))与电压极性相反的一排电极(14)相连。如图1a和3a中所示，相邻排的电极(12)、(14)相互补偿而提高了衬垫(16)上的电极密度。电极(12)、(14)形状为圆柱形，其平均直径优选等于或小于2mm。电极表面从阵列10的平面向上突出至少0.05cm。电线(18)优选间隔约0.5cm，电极(12)沿各电线(18)安置，一个电极(12)的表面与同根电线(18)连接下一个毗邻电极之间间隔为0.3cm。电极(12)、(14)的直径约为0.15cm。因此，突出的电极(12)、(14)能与体表皮肤紧密接触。宜将所有电极镀上铂金或其它导电的生物相容性金属。整个阵列10优选用绝缘层(22)包裹。只有面积非常小的电极(12)、(14)的球形尖端(<0.05cm²)直接与皮肤接触。这样，可将热伤害减少到最小。阵列10的不同元件尺寸取决于其应用，此处所提供的尺寸只是为了进行说明。阵列10的形状还可根据其最终应用的性质而改变。可根据本发明所述并利用普通设计原理对形状和尺寸作出改变。
图1b是通过图1a线1b—1b平面看的横截面侧视图。显示单极性电极(12)为高约0.075cm的子弹形圆柱，与圆柱底垫(16)上携带的电线(18)相连，该圆柱电极通过绝缘层(22)伸出的钝头突出部与皮肤或组织接触。应明确理解可改变电极(12)、(14)的接触表面或突出部为任何需要的形状，包括更扁平、尖锐、圆锥形或类似针尖形。
类似地，图3a和3c显示通过图3a线3b—3b平面看的双电极阵列10两种实施方式的横截面侧视图。图3b的横截面侧视图显示单极性电极(12)或(14)与电线(18a)或((18b))分别偶联。图3b的构形与图1b所述连接相同，而图3c实施方式显示电极(14)的第一组(26a)提高了圆柱高度，而第二组(26b)具有图3b电极(12)的原先或相同的圆柱高度，即0.075cm。通过绝缘圆柱垫片(40)提高了组(26a)电极(12)、(14)的高度。药物洗脱垫(24)安置在垫层(22)上，但不掩盖组(26a)的电极(14)。药物洗脱垫(24)与电极(12)、(14)通过绝缘涂层或垫片(40)上的垫层在电路上绝缘。药物洗脱垫(24)的用途将在下文中更详细描述。除了高度差别之外，组(26a)和(26b)的电极(14)彼此在(例如)所需的形状、材料组成、结构和其它设计参数上可有所不同。显示衬垫上可选择性地安置在阵列10，但也可考虑衬垫(24)上可安置整个阵列10或阵列10的多个选择部分。
图3a—3c的实施方式表明向表面区域递送药物的应用方法，和/或不插入内置中央电极的应用方法，例如当向皮肤、皮下组织、软组织、头皮、面部、躯干、手、足等递送药物时。
虽然图1a—1b和图3a—3c实施方式的主要结构相同，但有一些差别。因为没有内置电极，将阳极和阴极(12)、(14)都包括在同一阵列10上。如图1a阵列10的平面图所示，电线(18a)和(18b)提供了阴极和阳极连接线，或反之亦然，以相同模式交替排列。为了能应用于小区域，例如伤口愈合、脱毛毛囊、皮肤病损和斑痕或皱纹去除等，可以增加电极(12)、(14)的密度和减小电极(12)、(14)的整体尺寸同时减小阵列10的尺寸。
对于小型阵列10，可利用围绕阵列10的胶带将阵列10固定在皮肤上。阵列上加用额外的胶带和绷带可以确保电极(12)、(14)与皮肤之间紧密接触。可将含有基因和药物的软膏、油、液体、凝胶、粉末或其它制剂直接涂在皮肤上，然后将阵列10固定于该皮肤。也可用单次或多次注射，或通过血管内注射或灌输，将药物直接注射入皮肤。
电线(18)用铜或其它导电材料制成。优选将电线(18)固定在由生物相容材料，如塑料膜或其它非常柔软和可拉伸、塑造或定形的材料制成的衬垫(16)上或衬垫(16)中，使所有的电极(12)、(14)与相邻的皮肤或组织紧密接触。利用阵列10上的胶带、绷带或气袋(未显示)可进一步将衬垫(16)压紧在皮肤或组织上以增加电极(12)、(14)与皮肤或组织直接接触程度。电极(12)、(14)与皮肤或组织之间接触越紧密，电导越好，电热损伤越少。
图2a—2c利用膝(关节)作为本发明图解说明实施方式的例子。第一步是将带有注射针30的血管导管28插入膝关节腔32中，然后拔出针30。注入生物医学制剂或药物，然后将内置电极34插入导管28中。导管尖端应向关节腔32中央推进。然后将(连接)该电极的电线插入导管。内置电极34可以用铜、不锈钢或其它生物相容材料制成，并且用绝缘层包裹。只有暴露的电线尖端镀上铂金。该尖端应非常小，<1mm³。应将此电线制成易于弯曲和柔软，方能避免在插入时伤害任何组织。然后可将导管28从关节中抽出。然后活动关节使基因或药物均匀分布于关节腔32中，见图2b中的描述。
然后，我们可以如图2c所示用图1a—1b的单电极体表电极阵列10缠绕整个关节。通过绷带、胶带或压力袋使所有的电极(12)紧密接触皮肤。如图2c所示，对于带负电荷分子的细胞内递送，应将阵列10上的电极与脉冲发生器36的阳极连接。对于带正电荷分子的细胞内递送，应将阵列10上的电极(12)与脉冲发生器36的阴极连接。对于中性分子，可用极性连接。然后施加LSEN脉冲组。
如图2d波形图所示，LSEN脉冲组方案由约5-50个短脉冲组成，各脉冲持续约2-20毫秒，间隔约5-30毫秒，各脉冲组间隔时间约为1-5分钟，电场强度约为0.1伏/厘米。治疗性脉冲组总共可持续1秒钟到几个小时。
在图3c和5a中，双电极阵列10联合药物缓释垫或药物洗脱垫(24a)构成了完整的体表LSEN-药物递送系统。药物缓释垫或药物洗脱垫(24a)必须横置于整个阵列10上，而不在同一水平。衬垫(24)b部分比较薄，含有累积剂量较低的药物或不含药物，是提供给阵列10的可选择部分。主要结构与图3a—3b双电极阵列装置所述相同。此外，将药物缓释垫(24a)叠压在绝缘层(22)的上部。为了不使药物释放垫(24)掩盖电极(12)、(14)，在衬垫(24a)中打洞使电极(12)、(14)透过衬垫(24a)。所有的电极(12)、(14)通过加入可容纳衬垫(24a)厚度的垫片(40)而变得更长。制作电极(12)、(14)的垫片(40)的材料与电极本身相同，但有一绝缘层使垫片(40)与衬垫(24a)相隔离。只有电极尖端镀有高导电材料，例如铂金。
为了能成功地用于控制缓释药物制剂，制作衬垫(24a)的材料必须是化学惰性和没有可滤去的杂质。它还必须有合适的物理结构，不希望有的老化应最小并易于加工。目前使用或研究的一些控制药物递送材料包括：聚(异丁烯酸2-羟基乙酯)、聚(n-乙烯基吡咯烷酮)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸)、聚丙烯酰胺、聚(乙烯-共-乙酸乙烯酯)、聚(乙二醇)、聚(甲基丙烯酸)。然而，近几年来主要为医学应用而设计的其它聚合物也已进入控释舞台。设计的许多这种材料可在体内降解，其中有：聚乳酸化合物(pla)、聚乙交酯(pga)、聚(丙交酯-共-乙交酯)(plga)、聚酐、聚正酯类。那些材料也可被采用。
如图5b和5c所示，衬垫(24a)可用药物缓释袋38替代。药物缓释袋38可作为药物储存室构成完整的体表LSEN-药物递送系统。在释放袋38中制作的微孔39可将药物缓释到体表。药物释放速度可用施加在释放袋上的压力控制。此系统更适合用于递送液体和稀油或凝胶制剂。可以加用气袋或胶带(未显示)提供药物从缓释袋38释放所需的驱动力。这种实施方式的优点是可用于肢体或躯干。对于平坦的体表，可采用灌注槽设备和液体控制泵来控制药物进出释放袋38，然后控制袋38的药物释放。
因为塑料袋不导电，所以不需要在电极(12)、(14)的垫片上涂加绝缘层。但各个电极(12)、(14)下仍然需要叠加垫片(40)以增高电极(12)、(14)，使其能与体表紧密接触。
采用图3a—3c所示阳极和阴极交替安置模式的方法产生了与体表平行的电场。在此网络电场模式中，与皮肤平面平行的周边电场可透过皮肤、皮下组织和深部结构。此时，皮肤与电极(12)、(14)之间的距离越大，深层组织中的电场强度越弱。因此，如图6a—6d实施方式所示，浅表面组织的基因和药物递送采用双电极阵列10较佳。
另一方面，提高电极(12)、(14)的密度使阳极和阴极电极对之间的距离变短而施加定量的电压。阴阳电极对之间距离的V/cm即为电场强度。因此，对与电极(12)、(14)距离更远的组织应加强电场强度。换言之，如图6d说明的那样，由于两电极之间的电场力减小，皮肤组织结构中的垂直电场强度升高。因此，采用电极密度提高的系统即使是深层区域的结构(如软组织、脂肪组织、肌肉、小血管，神经、肌腱、骨、软骨)也能触及。此外，更高密度电极模式将使此电场网络模式更均匀地分布于皮肤和组织中。
本发明的一实施方式是局部应用双电极阵列10在皮肤伤口中递送基因和药物的LSEN—药物递送方法，例如图6a步骤I和步骤II向胸腔递送。所述药物可以是液体、凝胶、药膏、粉末、或其它制剂。将药物涂在体表后，如图6a步骤I所示用分配器将药物均匀地分配在应用区域内。如图6a步骤II所示，然后将双电极阵列10施加于该区域并与脉冲发生器36连接。如上文中所述，可施加几秒到几个小时的电脉冲。
在图6b步骤I和步骤II所示的治疗中，另一实施方式是用带有药物缓释垫24的双电极阵列10在头皮上实施LSEN药物递送。如图6b步骤I所示，可用双电极阵列10联合药物缓释垫覆盖脱毛区域。在图6b-步骤II所示的治疗中，将阵列10与脉冲发生器36的阳极和阴极连接后，施加上文所述的电脉冲。还可以通过上文所述的多次注射或局部制剂施加药物。
在还有另一种LSEN-药物递送实施方式中，同样如图6c-步骤I所示，以上述采用衬垫的类似方式用带有药物缓释袋的双电极体表电极阵列实施肢体或躯干药物递送。可利用压迫气袋或绷带来控制药物释放袋压力。如图6c—步骤II所示，施加LSEN电场时，利用带泵的灌输或注射槽装置控制药物释放是优选的方法。对末端肢体，例如糖尿病病人的小腿，也可将药物通过灌注管递送入小腿血管。然后用双电极阵列辅助药物递送。
总而言之，必须理解本说明书公开的向关节及其相关软组织和骨递送基因、蛋白质和药物的方法和装置可用于任何关节疾病和/或其相关的骨、软骨、韧带和肌肉疾病。本说明书公开的方法和装置可用于将基因、蛋白质和药物递送入肢体治疗任何手足疾病，例如原发雷诺(氏)病、和继发雷诺(氏)综合征、糖尿病足综合征、Burgers综合征、类风湿关节炎、或相似疾病或状况，如图7a和7b图中的说明，实施基因输入是通过局部血管注射或通过安装在短袜或手套中的电极阵列10中的局部用凝胶或药物洗脱垫来局部应用。这种实施方式还可用于四肢的任何疾病，如静脉瘤、静脉曲张性溃疡、血栓、任何栓塞、软组织肿瘤、长骨肿瘤、和任何软组织疾病。本文公开的向体表(包括皮肤和软组织)递送基因、蛋白质和药物的方法和装置可用于机体任何皮肤和软组织疾病，机体浅表软组织肿瘤，如任何种类的创伤(外科伤口、伤疤、烧伤等)、皮肤病、皮肤癌、皮肤溃疡、脱毛，白斑，皮肤护理(去皱纹等)、机体肿瘤、肉瘤。在移植时，这种实施方式还可以用于向移植的供者离体皮肤、软组织、骨和关节递送免疫抑制药和抗炎药。将基因、蛋白质和药物递送给软组织肿瘤的方法和装置应安置在四肢或肢体的较深处，如肉瘤、骨肿瘤处。
本发明开创了一个将基因、蛋白和药物靶向输送入大动物和人的体内和离体皮肤、软组织、关节和骨(细胞)来预防和治疗大动物和人类疾病的新时代。现有技术尚不能应用于人类。
本发明实施方式具有四个主要优点：1)采用低电压可减少细胞损伤；2)采用更多和更长时间脉冲提高了基因和药物的递送效率；3)利用电场网络施加在在组织表面的电场分布更均匀强度更均一；4)电极与皮肤接触更好而节省了能量，显著减少了皮肤损伤。
作为此观点的一个证据，我们进行了实验，用LSEN单电极阵列10在家兔膝关节中递送基因。此方法上文已有描述。简言之，在全身麻醉下，将带注射针的导管插入兔膝关节中。然后抽出(引导)针。抽入注射器约50μl的关节液后丢弃，然后将100μl含IL-10基因的质粒(100μg)注射入膝关节。将一内置电极线插入导管安置在膝关节腔中央。抽出导管。我们活动膝关节使基因均匀分布于整个关节腔。用体表单电极阵列缠绕膝部，在该装置上加用胶带以确保所有的电极(12)、(14)紧密接触膝部。将阴阳电极与脉冲发生器连接。产生脉冲组的方案为：(短)脉冲持续时间5毫秒，脉冲间隔15毫秒，每个脉冲组10个脉冲，各脉冲组间隔2分钟。电场强度为1V/cm。处理膝关节30分钟。
处理4天后，处死家兔取出膝部。用原位杂交观察到LSEN辅助的IL-10基因转移诱导了膝关节软骨中转基因表达。图8a显微照片显示，转基因效率为65±6％。图8a显微照片显示，与之相比，其它程序相同但不用LSEN而用脂质体复合的IL-10基因处理膝关节的另一组家兔基因转染效率只有图8c所示的13±3％。不用LSEN而只单独用含IL-10基因的质粒处理膝关节则未见有任何转染的细胞。如图8d所示，通过转基因与持家基因GAPDH的比率检测到转基因表达水平在手术后4天和8天增加了80倍。这些发现直接证明LSEN辅助的基因转移的效率在所有采用病毒和非病毒介导的基因转移技术中是最高的。
结论是，本发明阐述的实施方式不仅建立了通过低强度电场网络介导将药物和生物制剂递送入大动物和人的离体和体内皮肤、软组织、关节和骨(细胞)的方法和装置。而且最重要的是具有非常高的市场价值。皮肤，软组织、关节和骨疾病在所有年龄段中都很常见。这些疾病的治疗是否成功常常受到局部药物递送无效或所用药物递送系统可诱导不良作用的限制。目前还没有任何更好的策略来克服这些问题。而此技术安全、成本-效益佳和易于开发。
本领域普通技术人员可不背离本发明思路和范围而对本发明做出许多更改和修饰。因此，必须明白，提供的说明性实施方式目的只是举例，不应认为本发明受限于本文说明及其各种实施方式所定义的范围。
例如，尽管权利要求提出了以下某些组合中的元件，但必须明确地理解，本发明包括其它具有更少、更多或不同元件的其它组合，即使对此类组合先前未提出权利要求，但这些元件已在本文中公开。也要理解权利要求提出了一种组合中采用两种元件组合，还应当认为允许权利要求可提出在另一种组合中这两种元件并不相互组合，而可单独使用或在其它组合中进行组合。删除本发明任何公开的元件都应明确认为也属于本发明的范围之内。
应明白，本说明书中用于描述本发明及各种实施方式所用的词语不仅具有它们通用的含义，还包括在本说明书所述结构、材料或作用中超越通用定义范围的特殊含义。因此，应理解如果用于某要素的词语在本说明书中的含义包括一种以上的含义，那么此词语用于权利要求书中时必须理解为指该要素的通用含义，以及得到本说明书和该词语本身支持的所有可能的含义。
因此，下面权利要求中所用词语或要素的定义即说明书中所定义的，不仅包括字面上阐述的这些要素的组合，而且包括以基本相同的方式获得基本相同结果的具有基本相同功能的等同结构、材料或作用。因此，在此意义上认为下面权利要求中任何一种要素可用两种或多种等同要素取代，或权利要求中的两种或多种要素可用一种要素取代。虽然上文描述的要素可在某些组合中起作用，甚至最初已对其提出权利要求，但应明确地理解，要求保护的某组合中的一种或多种要素在某些情况下可从该组合中删除，要求保护的组合可以是针对亚组合或改变的亚组合。
按照本领域普通技术人员、现有知识或后来的设计来考虑，要求保护主题的非实质性改变应明确地认为同等地属于本发明权利要求的范围内。因此，本领域普通技术人员目前或将来知道的各种明显替换也属于已定义要素的范围内。
因此应明白，本申请的权利要求包括所有上述具体图解说明和描述的内容，所有概念上等同的内容，所有可被明显替代的内容，及所有基本上掺入了本发明基本思路的内容。