用于與體內的細胞或組織進行交互的系統和方法

專利名稱：用于與體內的細胞或組織進行交互的系統和方法
用于與體內的細胞或組織進行交互的系統和方法
本公開涉及2005年1月18日提交的發明名稱為"用于釋放輻射的電 控膠囊"的美國臨時專利申請No.60/644，540、 2005年1月18日提交的發 明名稱為"電控膠囊"的美國臨時專利申請No.60/644，539、 2005年1月18 日提交的發明名稱為"電控可攝入膠囊"的美國臨時專利申請 No.60/644，538、 2005年1月18日提交的發明名稱為"用于控制所攝入膠囊 通過的系統和方法"的美國臨時專利申請No.60/644,518、 2004年9月1日 提交的發明名稱為"用于輸送至少一種藥物的電控藥丸和系統"的美國臨 時專利申請No.60/606,276以及2004年8月27日提交的發明名稱為"用于 輸送至少一種藥物的電控和遙控藥丸和系統"的美國臨時專利申請 No.60/605，364，上述每個參考文獻都轉讓給本公開的受讓人并且其部分內 容以引用方式并入本文中。
本公開通常針對識別體內某些靶細胞和/或靶組織，尤其涉及一種使用 膠囊系統對體內患病或異常的細胞和/或組織進行檢測和成像或者以其它 方式與體內患病或異常的細胞和/或組織進行交互的系統和方法。
具有成像能力的可攝入膠囊在本領域中是已知的。例如，2001年5月 29日公布的Alfano等人的美國專利No.6，240，312 (該專利以引用方式并入 本文中)涉及一種具有照相^l的可攝入膠囊系統，當它橫穿消化道時照相 機采集診斷圖像。另外，2001年11月27日公布的Crowley等人的美國專 利No.6,324,418 (該專利也以引用方式并入本文中)至少部分涉及一種用于 執行組織光譜檢查的膠囊系統。
盡管前述和其它類似現有技術的膠囊系統提供了明顯的益處，但是這 樣的系統仍然具有與其相關的顯著缺陷。例如，如2004年4月22日公布 的Madar等人的國際申請No. PCT/US2003/024163(公開號WO2004/032621 A2)中所述(該申請以引用方式并入本文中)，現有的膠囊系統常常難以在 患病或異常組織與具有類似特性的健康組織之間進行區分。Madar等人試圖通過利用外源熒光標記探針克服該缺陷，所述探針結合到某些細胞或成 為某些細胞的一部分。該探針可以被引入異常細胞或組織中以發出區別熒 光信號。 一旦引入熒光信號，例如可以通過檢測膠囊來檢測該熒光信號。
然而，如2002年8月1日公布的West等人的美國專利申請公開 No.2002/0103517中所述(該申請也以引用方式并入本文中)，現有技術的 熒光探針也具有與其相關的某些缺陷。例如，并非所有探針都能有效地轉 移到期望或預期位置。時常地，為數不少的探針并未終止在合適的位置或 者具有低吸收速率，當對發光光譜進行記錄時，任一所述情況會使得難以 從背景信號中分離出期望的信號。同樣，由于在光譜可見區中的激勵是必 要的，因此在所需波長下，人細胞或組織的許多組分也傾向于自發熒光。 其它組織類型的自發熒光明顯是不希望有的效應，這使得難以分辨在預期 位置處探針的期望發光。
許多現有技術的膠囊系統使得前述問題更復雜，原因在于許多已知系 統觀察整個靶區域的能力有限。也就是說，許多常規膠囊系統僅僅提供一 個方向的短暫或有限時間的觀察，因而使得對靶細胞或組織的有效識別、 成像和/或治療變得困難和低效。
為了試圖解決上面識別的某些缺陷，生物相容性金屬納米顆粒或納米 球殼復合物已經以一種方式構造成能夠獨立于殼材料的那些標準選擇芯材 料、芯尺寸、和芯的幾何形狀。這些納米球殼是相對均勻的結構，除了別 的以外其(i)為了表現出它們的期望吸收特性并不一定依賴特定介質中的 懸浮，和(ii)可以鍵聯到識別患病或異常細胞或組織的抗體。而且，例如， 其介電材料中帶有發光離子(例如Pr+3、 Er+3、和域Nd+3)的這些納米球 殼能夠有效地在光譜的近紅外區中進行激勵，在該激勵波長下，人體內的 細胞或組織生成基本不可見的發射。
因而，納米球殼有效地克服了現有技術中上述缺陷中的至少某些方面， 并且當與例如通過本公開提供的合適膠囊系統組合使用時，這些納米球殼 能夠有效地提高診斷、治療和成像技術并且能夠增加有效地區分靶患病或 異常細胞或組織與周圍健康細胞或組織的靈敏度和特異性。
根據本公開的有益特征，提供了一種系統，其中一個或多個載體用于容納一個或多個照明模塊、 一個或多個檢測模塊、 一個或多個成像模塊、 以及一個或多個控制模塊。每個照明模塊用于照明耙細胞或組織，每個檢 測模塊用于檢測靶細胞或組織，每個成像模塊用于對耙細胞或組織進行成 像，并且每個控制模塊用于控制或影響任何照明模塊、任何檢測模塊、和/ 或任何成像模塊。有利地，本公開的系統尤其提供改進的生死檢定法成像。 本公開的系統提供的另一優點在于，在至少一個方面，該系統提供了在延 長的時間內對靶細胞或組織進行多方向的檢測和成像、以及觀察。
在本公開的說明性方面，該系統包括單一載體，該載體優選地包括至 少一個照明模塊、至少一個檢測模塊、至少一個成像模塊、以及至少一個 控制模塊，該控制模塊可操作地與各個模塊相結合以致影響其的操作。有 利地，該單一載體也可以包括用于保留一個或多個納米球殼的至少一個容 器，該納米球殼可以屬于單一類型或兩種或多種不同類型。該單一載體還 可以有利地包括至少一個輸送機構，該輸送機構可操作地與至少一個容器 相關聯以致允許按要求輸送或釋放一個或多個納米球殼。
根據本公開的有益特征的方法包括以下步驟(i)將一個或多個納米
球殼輸送到體內的一個或多個區域；(ii)檢測通過所輸送的納米球殼識別 的靶細胞或組織.，以及(iii)當檢測到靶細胞或組織時，然后執行下列的 至少一個確定靶細胞或組織的準確位置、對靶細胞或組織進行成像、或 將一個或多個附加納米球殼輸送到靶細胞或組織。在本公開的說明性方面， 輸送步驟可以通過可攝入載體來完成。在本公開的另一說明性方面，輸送 步驟通過第一載體來完成并且檢測和成像步驟通過第二載體來完成。在本 公開的另一說明性方面，每個步驟(i)、 (ii)和(iii)通過不同的可攝入載 體獨立地完成。如相關領域的技術人員從本公開將顯而易見的，在每個識 別的說明性方面，載體可以包括任何模塊組合，并且還可以包括未通過本 公開具體識別和論述的模塊，該模塊能夠執行任何功能。
在另一說明性方面，本公開的系統可以包括兩個載體，第一載體和第 二載體。第一載體優選地包括至少一個容器，用于保留一種或多種類型的 一個或多個納米球殼；以及至少一個輸送機構，該輸送機構可操作地與至 少一個容器相關聯以便能夠按要求輸送或釋放一個或多個納米球殼。第二 載體優選地包括至少一個照明模塊、至少一個檢測模塊、和至少一個成像模塊。有利地，兩個載體之一或兩者也可以包括控制模塊。有利的是這樣 的一個(或多個)控制模塊可以可操作地連接到所識別的系統模塊和/或一 個(或多個)輸送機構的任何組合中的一個或多個。
在又一說明性方面，本公開的系統可以包括三個或更多個載體，每個 載體包括至少一個系統模塊。例如，第一載體可以包括容器和可操作地與 其相關聯的輸送機構，第二載體可以包括照明模塊，第三載體可以包括檢 測模塊，第四載體可以包括成像模塊，第五載體可以包括附加容器和輸送 機構和/或任何其它模塊組合。在本公開的其它方面，每個載體可以包括任 何模塊組合，并且可以包括未通過本公開具體識別和論述的模塊，該模塊 能夠執行任何功能。
從以下詳細描述，特別是參照附圖一起閱讀時有關本公開的附加有利 特征、方面和/或功能將是顯而易見的，參照附圖以幫助本公開的主題所屬 領域的普通技術人員更好地理解本公開的說明性示例，在附圖中
圖l是根據本公開的說明性方面的系統的示意圖2是示出了根據本公開的說明性方面的示范性載體的框圖3是根據本公開的有益方面的方法的流程圖4是根據本公開的另一說明性方面的系統的示意圖；以及
圖5是根據本公開的又一說明性方面的系統的示意圖。
參照附圖，應當理解的是，盡管下面對本公開的各種示例和/或方面的 詳細描述涉及形成其一部分的附圖，但是可以同等地使用其它附加和/或替 代示例、方面和/或特征而不脫離本公開的范圍，原因是本公開的有利特征 可以在任何應用中使用，應用例如包括對靶細胞或組織進行治療。
首先參照

圖1，示出了根據本公開的說明性方面的示范性系統10。如 圖所示，這樣的系統10優選地包括至少一個載體20、至少一個照明模塊 30、至少一個檢測模塊40、至少一個成像模塊50、以及至少一個控制模塊 60。此外，在本公開的至少一個方面中，系統10也可以包括至少一個容器 70和可操作地與容器70相關聯的至少一個輸送機構80。容器70和輸送機 構80優選地用于按要求容納和輸送或分配一個或多個納米球殼。在本公開的一個說明性方面，載體20可以由生物相容材料制造使得載 體20至少在它穿過身體或其一部分(例如，胃腸道)所需的時間大小期間 是生物相容的。此外，載體20可以優選地由用于制造可植入設備的材料制 造，可植入設備例如包括起搏器導線和諸如人工心臟、心臟瓣膜、主動脈 內球囊、和心室輔助設備的心臟假體設備。這種材料的示例包括可從Dow Chemical公司獲得的Pellethane 2363聚醚氨酯系列材料、以及可從Polymer Technology Group有限公司獲得的Elasthane聚醚氨酯。其它可能同樣適當 的說明性材料包括同樣可從Polymer Technology Group有限公司獲得的 PurSil⑧禾口 CarboSil 。
在本公開的不同方面，載體20可以具有任何的形狀、尺寸、顏色、質 地和/或實現符合本公開的任何不同美學和/或功能目的所必需的其他特性 或性質。例如但非限定地，載體20具有孔徑尺寸范圍從亞微米到幾微米的 微孔膜。該膜可以充滿有納米球殼，其中一旦例如通過某些機械手段拉伸 該膜，納米球殼可以在特定區域上以受控速率進行釋放。或者，納米球殼 可以涂覆在載體20的表面上并且輸送到特定部位。壓力、熱、激光等都可 方便納米球殼從載體20的表面轉移到體內的靶區域。另外，在本公開的又 一方面，載體20可以采用內窺鏡或類似形式，該內窺鏡可以包括尖端，該 尖端帶有可操作地與其相關聯的至少一個系統模塊。在另一方面，內窺鏡 載體可以與另一載體相結合使用以便實現符合本公開的各種有益操作(例 如，內窺鏡將其它載體導引到預定位置)。
應當注意的是，從本公開中本領域的技術人員將容易領會到，在不脫 離本公開的精神和范圍的情況下可以對載體20做出變化。例如，載體20 可以是基本透明的或半透明的，以便能夠通過照明模塊30沿基本所有方向 發出期望波長的光。
在本公開的一個說明性方面，照明模塊30優選地與載體20可操作地 相關聯，并且優選地包括至少一個光源，例如發光二極管(LED)、氙管、 激光源等。例如，可以選擇任何發出各種不同波長的光、具有各種不同波 段的LED以匹配耙細胞或組織的激勵。在本公開的其它方面，光源可以具 有寬光譜，例如白光LED。如相關領域的技術人員從本公開將顯而易見的， 在本公開的另外其它方面，可以附加或替代地使用各種其它光源以實現符合本公開的任何各種不同功能目的。
根據本公開的一個說明性方面，在操作中，照明模塊30發出至少一個 光或激光束，其撞擊載體20附近的靶細胞或組織并且從其反射。耙細胞或 組織將優選地具有不同的光反射率性質，該性質可以是細胞或組織固有的， 或者通過某種類型的標記物人工創造的。在本公開的某些方面，照明模塊 30相對于周圍環境的定向可以可調節地進行控制，以用于沿期望方向瞄準 光源。在本公開的其它方面，照明模塊30包括光源，用于沿基本所有方向 同時地和/或順序地發出期望波長的光。例如，照明模塊30可以包括可操 作地與這樣的設備或裝置相關聯的光源，該設備或裝置允許光源自由地和/ 或沿任何方向可調節地傾斜和/或懸掛使得當載體20翻倒或旋轉時它將保 持水平(例如，框架(gimbal))。替代地或附加地，如先前所述，照明模 塊30可以可操作地與至少基本透明或半透明載體相關聯以能使光源沿通過 或圍繞載體20的多個方向發光。
如同載體20—樣，應當注意的是，從本公開中本領域的技術人員將容 易領會到，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下可以對照明模塊30做出 變化。例如，照明模塊30可以包括微尺度、固態、半導體二極管激光系統 或閃光燈，用作手術源以消融、熔接或以另外方式影響細胞或組織。
在本公開的一個說明性方面，檢測模塊40可以可操作地與載體20相 關聯，并且優選地包括至少一個光電檢測器，用于感測入射光并生成相應 的感測信號，其優選地包括少量的光電檢測器，例如一排或兩排光電檢測 器或一個光電檢測器。檢測模塊40優選地檢測入射到其一個或多個光電檢 測器上的反射光并且優選地生成相應的光感測信號。檢測模塊40可以配置 成輸出對應于光感測信號的數字信號。
在本公開的一個方面，檢測模塊40優選地包括至少一個或多個微尺度 窄帶濾波器、濾色器、和/或任何用于操縱接收光和/或其光譜特性(例如， 強度、分布等)的其它部件以便于區分靶細胞或組織與相鄰細胞或組織。 例如，寬帶介質濾波器可以用于分離各種發出或吸收的顏色。檢測模塊40 也可以使用與光代碼檢測器(例如，基于激光的光代碼閱讀器或基于成像 的光代碼閱讀器)中的電路等效的MEMS電路。
從本公開中本領域的技術人員將容易領會到，在不脫離本公開的精神和范圍的情況下可以對檢測模塊40做出變化。例如，檢測模塊40可以由 用于檢測熒光信號的CCD組成。此外，檢測模塊40可以包括可操作地與 這樣的設備或裝置相關聯的一個或多個檢測傳感器，該設備或裝置允許傳 感器自由地和/或沿任何方向可調節地傾斜和/或懸掛使得當載體20翻倒或 旋轉時它將保持水平(例如，框架)。替代地或附加地，檢測模塊40可以 可操作地與至少基本透明或半透明載體相關聯以能使多方向感測或檢測通 過或圍繞載體20的期望波長。
在本公開的一個說明性方面，成像模塊50優選可操作地與載體20相 關聯，并且優選地包括用于收集和/或傳輸圖像的至少一個照相機(例如， 微型視頻CCD)，使得人或計算機輔助檢測系統(例如，CAD、 CADx等) 可以檢測耙細胞或組織的質地變化。該質地檢測特征也可以用于確定靶細 胞或組織位于體內什么地方。例如，質地變化可以與不同部分的消化道相 關聯，例如食道、胃、十二指腸(胃和小腸之間的接合部)、盲腸(小腸和 大腸的接合部)、以及直腸。在本公開的一個優選方面，通過成像模塊50 采集的圖像可以由例如遠程處理設備卯通過合適的傳輸裝置(例如，無線 類型、有線類型等)實時地和/或在隨后時間按要求進行分析。因此，在本 公開的一個方面，可以基于采集的圖像更好地確定實時操作/治療、隨后操
作/治療或兩者的靶區域。
從本公開中本領域的技術人員將容易領會到，在不脫離本公開的精神
和范圍的情況下可以對成像模塊50做出變化。例如，成像模塊50可以包 括可操作地與這樣的設備或裝置相關聯的一個或多個照相機，該設備或裝 置允許照相機自由地和/或沿任何方向可調節地傾斜和/或懸掛使得當載體 20翻倒或旋轉時它將保持水平(例如，框架)。替代地或附加地，成像模塊 50可以可操作地與至少基本透明或半透明載體相關聯以能夠通過或圍繞載 體20進行多方向成像。
在本公開的一個說明性方面，控制模塊60優選可操作地與照明模塊 30、檢測模塊40、和/或成像模塊50相關聯以影響或控制其操作。另外， 在本公開的某些方面，控制模塊60也可以可操作地與容器70和/或輸送機 構80相關聯。在本公開的一個方面，控制模塊60優選地包括處理和通信 裝置兩者，用于交互和/或影響照明模塊30、檢測模塊40、和/或成像模塊50 (即， 一個(或多個)系統模塊)。在本公開的另一方面，控制模塊60 包括通信裝置，用于與遠程處理裝置(例如，計算機)進行通信。例如， 控制模塊60可以通過天線和發射/接收設備與遠程處理裝置進行通信。替 代地或附加地，可以通過換能器和同樣具有換能器的外部超聲探頭提供控 制模塊60和遠程處理裝置之間的通信。如本領域的技術人員將容易理解的， 在不脫離本公開的精神或范圍的情況下可以同等地利用任何其它通信技 術。
在本公開的一個優選方面，控制模塊60可以與一個(或多個)各種系 統模塊進行通信以便特別控制其激勵和/或去激勵、和/或其定向或定位。此 夕卜，控制模塊60也可以直接或間接控制照明強度、波長、分布、和/或通 過照明模塊30提供的圖案、通過檢測模塊40提供的檢測靈敏度和/或特異 性、和/或通過成像模塊50提供的圖像質量和/或產品。在本公開的一個方 面，控制模塊60和任一或多個系統模塊之間的通信可以通過有線或無線， 例如通過光學信號。
如相關領域的技術人員從本公開將容易領會的，在不脫離本公開的精 神和范圍的情況下可以對控制模塊60做出變化。例如，在本公開的某些方 面，控制模塊60可以是專門為系統IO設計的微處理器，例如專用集成電 路(ASIC)。在其他方面，控制模塊60是被編程以特殊方式工作(例如， 確定何時滿足特殊條件)的通用信號處理或計算機芯片。
在本公開的一個說明性方面，容器70優選可操作地與載體20相關聯， 并且優選地用于容納屬于至少一種類型且提供或方便至少一個效果(例如， 檢測、成像、治療、診斷等)的納米球殼的供應。在本公開的某些方面， 容器70可以與載體20的表面一體化。在其他方面，容器70可以在載體20 的內部。例如，如圖2中所示， 一個或多個容器可以容納或限定在載體內， 而其它與其壁一體化。每個容器優選可操作地與一個或多個釋放或輸送機 構，例如機械裝置(例如，閥、泵、活塞等)、或電化學方法(例如，化學 反應等)、或它們的某個組合相關聯。
在本公開的另外其它方面， 一個或多個容器70可以有利地相對于與載 體20的相關部分/模塊相關聯的其它模塊(例如，照明、檢測和/或成像模 塊)(例如，在邊緣處、靠近表面、或其它位置)定位，使得由容器包含的至少一些納米球殼可以在載體20經過或越過耙細胞或組織之前或與其同時 被輸送到靶細胞或組織。例如，容器70可以位于載體20的前緣，使得按 要求在容納照明模塊30、檢測模塊40、和/或成像模塊50的載體20的那 個部分越過或經過靶細胞或組織之前或與其同時，納米球殼及時從其釋放 并且輸送到靶細胞或組織以使納米球殼作用靶細胞或組織。
在本公開的又一方面，至少兩個容器70可操作地與載體20相關聯， 使得一個容器可以在載體20經過或越過靶細胞或組織之前將至少一些第一 類型的納米球殼輸送到這樣的靶細胞或組織，并且另一容器可以在載體20 經過或越過相同或不同耙細胞或組織之前或在載體20經過或越過這樣的耙 細胞或組織的同時將至少一些第二類型的納米球殼輸送到這樣的靶細胞或 組織。此外，應當注意的是，可以輸送第一類型的納米球殼以對靶細胞或 組織(或相鄰組織)有第一作用，而可輸送第二類型的納米球殼以對靶細 胞或組織(或相鄰組織)有第二作用。第一和第二納米球殼分別提供的第 一和第二作用可以是等效的、相同的、不同的、多樣混合的、累積的、配
合的、合作的、或以相關另外方式，以便實現關于靶細胞或組織且符合本 公開的任何不同目的(例如，檢測、成像、診斷、治療等)。
如相關領域的技術人員從本公開將顯而易見的，在不脫離本公開的精 神和范圍的情況下可以對容器70做出變化。例如，在本公開的某些方面， 一個或多個容器70可以是可變形的，使得施加在這種容器上的壓力導致或 方便納米球殼通過例如容器70中的至少一個幵口進行輸送。合適的壓力裝 置的示例可以是由聚合物形成的人造肌肉，該人造肌肉響應施加的電信號 可控地進行膨脹或收縮以將壓力施加到容器和/或儲存的納米球殼。
在本公開的一個說明性方面，輸送機構80優選可操作地與載體20和 容器70相關聯。然而，在其它方面，這不需要如此。例如，在本公開的某 些方面，載體20自身用于直接容納一個或多個納米球殼(例如，通過表面 涂覆或輸注)并且由此至少部分充當輸送機構和容器兩者。
在本公開的另一方面，其中一個或多個容器容納或限定在載體內(例 如，如圖2中所示)，每個容器可以具有與其相關聯的輸送機構，例如閥。 每個閥優選可操作地與控制模塊60相關聯，由此得到控制(例如，通過控 制信號)，使得一個或多個納米球殼可以按要求(例如，間歇地、適時地、明智地、或以另外方式)釋放或輸送到耙細胞或組織。
在本公開的又一方面，輸送機構80可以采用壓力元件的形式，該壓力 元件例如包括可移置和/或可膨脹元件(例如，彈簧活塞)，該元件用于在 至少一個容器上施加壓力以用于移位其任何內容物(例如，納米球殼)和/ 或使這樣的內容物離開容器。對也作為輸送機構的一部分被包括的閥等進 行控制可以附加地控制容器內容物的分配，使得當離開容器時或之后，內 容物被直接或間接輸送到體內的靶細胞或組織。
從本公開中相關領域的技術人員將容易領會到，在不脫離本公開的精 神和范圍的情況下可以對輸送機構80做出變化。例如，輸送機構80可以 是由聚合物形成的人造肌肉，該人造肌肉響應施加的電信號進行膨脹或收 縮以將受控壓力施加到容器和/或其內容物并且由此按要求產生對內容物 的作用(例如，混合、分配等)。
在已經對本公開的系統有關的各種有益方面和特征進行識別和論述之 后，現在參照圖2，示出了怎樣表征這樣的系統的示例。如圖所示，通常用 附圖標記100指示可以用作根據本公開的載體的可攝入膠囊。可攝入膠囊 100優選地具有壁110，該壁限定出用于容納一個或多個系統元件的腔112。 例如，如圖所示，腔U2可以容納一個(或多個)照明器114、透鏡組(例 如，捕捉透鏡116、轉換透鏡118、投影透鏡119)、 一個(或多個)光柵 122、 一個(或多個)檢測器124、 一個(或多個)控制器126、 一個(或 多個)成像器128、 一個(或多個)傳感器130和/或與一個(或多個)輸 送機構134相關聯的一個(或多個)容器132。因而，在本公幵的一個方面， 成像透鏡116優選地用于在圖像傳感器130上形成圖像。也就是說，例如 通過圖像傳感器130中心的孔，從在零視野的細胞或組織發出或反射的光 可以穿過圖像傳感器130以與透鏡組、光柵和/或檢測器進行交互。因此， 在本公開的一個方面，檢測器可以是分光計，用于接收偏離于光柵的光， 該光取決于其波長以不同角度進行發射和/或接收，使得通過投影透鏡119 例如取決于其波長在分光計的不同位置進行成像，該不同位置能夠通過分 光計的各種元件分辨光的光譜內容。
在本例子的一個方面， 一個(或多個)照明器114可以是可調節的， 原因在于它們可以移動或樞轉和/或提供不同強度的光。在本例子的另一方面，透鏡組或其至少某些透鏡也是可調節的。在本例子的又一方面， 一個
(或多個)容器132同樣可以是可調節的。而且，在本例子的一個優選方 面，每個系統元件固定到框架狀結構136以限定能夠在腔112內以至少一 個、且優選三個(例如，滾動、上下振動、左右搖擺)自由度移動的復合 組件。例如，框架狀結構136 (帶有固定到其上的系統元件)可以通過流體 (氣體或液體)浮在腔112內、和/或能夠自由地和/或可調節地沿任何方向 傾斜、和/或懸掛使得當膠囊100翻倒或旋轉時它將保持水平、和/或相對于 腔112的壁IIO進行移動以方便進行各種成像、檢領!l、診斷和/或治療操作。
從本公開中相關領域的技術人員將容易領會到，在不脫離本公開的精 神和范圍的情況下可以對膠囊IOO做出變化。例如，膠囊100可以包括一 個或多個濾色器來代替一個(或多個)光柵122，或者其的捕捉透鏡116 可以是流體聚焦透鏡，該流體聚焦透鏡描述在2004年6月17日公布的發 明名稱為"用于形成可變流體凹凸透鏡(Miniscus)配置的裝置"的PCT 國際公開No. WO2004051323 ，該參考文獻以引用方式并入本文。
翻到圖3，顯示了示出根據本公開的又一方面的方法的流程圖。盡管為 了說明起見在圖3中以特定排列示出了步驟，但是在本公開的其他方面， 可以以不同順序或以重疊方式執行這些步驟。例如，在本公開的某些方面， 步驟210可以在步驟22O之后執行，并且在其他方面，當通過除了納米球 殼以外的一些手段檢測到靶細胞或組織時的這種情況可以省略步驟210。
在步驟210中將一個或多個納米球殼輸送到體內的一個或多個區域。 可以使用用于輸送納米球殼的任何方法，包括注射到血流中、注射到組織 中、口服、和/或直接點輸送、及其它。在本公開的優選方面，可以通過例 如圖2所示的可攝入膠囊輸送納米球殼。如圖所示，可以通過可攝入膠囊 內部的容器容納納米球殼。替代地或附加地，可以通過可攝入膠囊的壁和/ 或表面容納一個或多個納米球殼。
在歩驟220中，根據本公開的優選方面，可以通過由所輸送的納米球 殼提供的至少一個作用檢測靶細胞或組織(例如，癌細胞或組織)。在其它 方面，可以通過其它手段，例如借助于熒光探針和/或成像技術(例如，x 射線、CT、 MR等)檢測耙細胞或組織。如果檢測到靶細胞或組織，則控 制轉到步驟240、 250或260中的至少一個。如果未檢測到靶細胞或組織，則控制轉到步驟235。在本公開的某些方面，步驟230可以包括執行其它過 程或功能。例如，步驟230可以包括獲得量度(例如，測量通過納米球殼 提供的作用的可檢測特性的水平)，或識別與細胞或組織直接相關或與通過 納米球殼與細胞或組織組合提供的影響相關的特殊特性。
在步驟235中，檢測裝置(例如，帶有或不帶有納米球殼的可攝入膠 囊100)移動到體內的另一區域。可以通過任何過程(例如，自推進、蠕動 等)來實現對檢測裝置的重定位。在本公開的某些方面，可以通過信號傳 輸(例如，射頻(rf))到遠程監視或觀察單元來跟蹤或監視檢測裝置。
在步驟240中，根據本公開的一個方面， 一旦檢測到細胞或組織，可 以通過任何技術確定細胞或組織的精確位置。例如，通過納米球殼輸送到 靶細胞或組織提供的作用(例如，光、熱、振動等)使得通過外部和/或內 部檢測裝置(例如，傳感器、成像器等)容易相對于身體的其它部分識別 它。
在步驟250中，根據本公開的另一方面，可以借助于內部成像器(例 如，通過可攝入膠囊IOO或其它合適的設備)對靶細胞或組織進行成像。 在本公開的其它方面，通過已知的外部成像設備(例如，x射線、CT、 MR 等)或可以變為已知的外部成像設備對靶細胞或組織進行成像。
在步驟260中，根據本公開的又一方面， 一個或多個附加納米球殼可 以提供或輸送到靶細胞或組織。這是有益的，原因在于將附加納米球殼提 供給耙細胞或組織可以提高或增強由此提供的作用。而且，在本公開的某 些方面，附加納米球殼可以不同于先前提供的納米球殼。例如，可以輸送 第一類型的納米球殼以對靶細胞或組織有第一作用，而可以輸送(隨后或 同時)第二類型的納米球殼并且可以對靶細胞或組織有第二影響。納米球 殼提供的作用可以是等效的、相同的、不同的、多樣混合的、累積的、配 合的、交互的、或以相關另外方式，以實現關于靶細胞或組織的任何不同 目的(例如，檢測、成像、診斷、治療等)。
如相關領域的技術人員從本公開將顯而易見的，在不脫離本公開的精 神和范圍的情況下可以對前述方法做出變化。例如，某些步驟可以通過例 如本文所述的兩個或更多個可攝入膠囊來實現。另外，例如關于步驟260， 在本公開的另一方面，附加納米球殼可以由藥物(例如，癌癥治療藥物)替換。也就是說，在一個或多個納米球殼已經用于識別耙細胞或組織之后， 可以將特殊藥物輸送到靶細胞或組織以對其產生作用。
參照圖4，根據本公開的另一說明性方面的系統通常用附圖標記300 指示。如圖所示，系統300包括至少兩個可攝入膠囊。第一膠囊310優選 地容納容器312和輸送機構314，而第二膠囊320優選地容納照明模塊322、 檢測模塊324、和成像模塊326。在本公開的其它方面，膠囊310、 320可 以包括其它系統模塊，例如本文所述的那些中的任何一個。例如，膠囊310、 320之一或兩者可以包括控制模塊以影響至少另一個系統模塊的操作。在系 統300具有的至少一個優點是與例如膠囊320相比，膠囊310可以具有 更大的容量以容納更大數量的納米球殼，膠囊320容納占據空間的其它系 統模塊。應當注意的是，系統300非常適合用于執行圖3的方法200。例如， 根據本公幵的一個說明性方面，膠囊310可以用于實現步驟210，而膠囊 320可以用于執行步驟220、 240、 250或260中的至少一個。還應當注意的 是，從本公開中相關領域的技術人員將容易領會系統300的各種應用或用 途，并且任何這樣的應用或用途應當視為屬于本公開的精神和范圍。
翻到圖5，根據本公開的又一說明性方面的系統通常用附圖標記400 指示。如圖所示，系統400包括三個或更多個可攝入膠囊，每個用于容納 至少一個系統模塊。例如，第一膠囊410可以包括容器412和輸送機構414， 第二膠囊420可以包括照明模塊422、檢測模塊424、或兩者，第三膠囊430 可以包括成像模塊432、檢測模塊434、或兩者，第四膠囊440可以包括附 加容器442和附加輸送機構444，和/或第五膠囊450可以包括附加照明模 塊452以及附加檢測模塊454、或附加成像模塊456中的至少一個。在本公 開的其它方面中，膠囊410、 420、 430、 440、 450可以包括任何其它系統 模塊，例如本文先前所述的那些。例如，任何這樣的膠囊可以包括控制模 塊以影響至少另一個系統模塊的操作。系統400具有的至少一個優點是-類似于膠囊310，與例如膠囊420、 430相比，膠囊410、 440可以具有更大 的容量以容納更大數量的納米球殼，膠囊420、 430容納占據空間的其它系 統模塊。應當注意到的是，類似于系統300，系統400也非常適合用于執行 圖3的方法200。例如，根據本公開的一個說明性方面，膠囊410和440 可以用于分別實現步驟210和260，而膠囊420、 430、和450可以用于執行步驟220、 240、 250或260中的至少一個。也應當注意到的是，從本公 開中相關領域的技術人員將容易領會未具體論述的系統400的各種應用或 用途，并且任何這樣的應用或用途應當視為屬于本公開的精神和范圍。
由于本文識別和描述的許多方面、特征和優點從前面的詳細論述中是 顯而易見的，因此權利要求書旨在涵蓋屬于本公開的精神和范圍內的所有 這樣的方面、特征和優點。此外，由于本領域的技術人員將容易想到許多 修改和變化，因此不希望將本公開的范圍限制到所示和所述的確切構造和 操作，并且因此所有合適的修改和等效物可以認為屬于本公開的范圍。因 而，本文所述的示范性方面和/或特征僅僅是說明性的并且本公開具體地包 含了己公開內容的替代和/或修改方面和/或特征。
權利要求
1、一種系統(10、100、300、400)，包括載體(20)；照明模塊(30、114、322、422、452)，用于照明靶細胞或組織；檢測模塊(40、124、324、424、434、454)，用于檢測所述靶細胞或組織；成像模塊(50、326、432、456)，用于對所述靶細胞或組織進行成像；以及容器(70、132、312、412、442)，用于容納一個或多個納米球殼。
2、 根據權利要求l所述的系統(10、 1、00、 300、 400)，其中，所述載 體(20)為可攝入膠囊。
3、 根據權利要求2所述的系統(10、 100、 300、 400)，其中，所述膠囊是基本透明的，以致能使期望波長的光穿過其中。
4、 根據權利要求2所述的系統(10、 100、 300、 400)，其中，所述照 明模塊(30、 114、 322、 422、 452)、所述檢測模塊(40、 124、 324、 424、 434、 454)、或所述成像模塊(50、 326、 432、 456)中的至少一個由所述 膠囊所容納，以致能以至少一個自由度移動。
5、 根據權利要求2所述的系統(10、 100、 300、 400)，其中，所述容 器(70、 132、 312、 412、 442)是所述膠囊的一部分并且能夠保留和釋放 至少一種類型的納米球殼。
6、 根據權利要求2所述的系統(10、 100、 300、 400)，還包括控制模 塊(60)，用于控制所述照明模塊(30、 114、 322、 422、 452)、所述檢測 模塊(40、 124、 324、 424、 434、 454)、或所述成像模塊(50、 326、 432、 456)中的至少一個。
7、 根據權利要求6所述的系統(10、 100、 300、 400)，其中，所述控 制模塊(60)也控制所述照明模塊(30、 114、 322、 422、 452)、所述檢測 模塊(40、 124、 324、 424、 434、 454)、所述成像模塊(50、 326、 432、 456)、或所述膠囊自身中至少一個的定位和定向。
8、 一種方法，包括以下步驟(a) 將一個或多個第一納米球殼輸送到體內的一個或多個區域；(b) 檢測通過所述輸送的納米球殼識別的靶細胞或組織；以及(c) 當檢測到所述耙細胞或組織時，然后執行下列的至少一個確定 所述靶細胞或組織的準確位置、至少對所述靶細胞或組織進行成像、對所 述靶細胞和組織進行治療、或將一個或多個第二納米球殼輸送到所述靶細 胞或組織。
9、 根據權利要求8所述的方法，其中，步驟(a)通過可攝入載體(20) 來完成。
10、 根據權利要求9所述的方法，其中，步驟(b)和(c)通過另一 可攝入載體(20)來完成。
11、 根據權利要求8所述的方法，其中，步驟(a)、 (b)和(c)通過 不同的可攝入載體(20)來獨立地完成。
12、 根據權利要求9所述的方法，其中，所述可攝入載體(20)包括 照明模塊(30、 114、 322、 422、 452)，用于照明靶細胞或組織；檢測模塊(40、 124、 324、 424、 434、 454)，用于檢測所述靶細胞或組織；成像模 塊(50、 326、 432、 456)，用于對所述靶細胞或組織進行成像；以及控制 模塊(60)，可操作地連接到所述照明模塊(30、 ll4、 322、 "2、 M2)、 所述檢測模塊(40、 124、 324、 424、 434、 454)、和所述成像模塊(50、 326、 432、 456)。
13、 根據權利要求12所述的方法，其中，所述控制模塊(60)控制所 述照明模塊(30、 114、 322、 422、 452)、所述檢測模塊(40、 124、 324、 424、 434、 454)、和所述成像模塊(50、 326、 432、 456)的操作。
14、 根據權利要求12所述的方法，其中，所述控制模塊(60)控制所 述載體(20)的定位和定向。
15、 一種系統(10、 100、 300、 400)，包括 至少一個載體(20);至少一個容器(70、 132、 312、 412、 442)，用于保留一個或多個納米 球殼；至少一個輸送機構，可操作地與所述容器(70、 132、 312、 412、 442) 相關聯并且用于輸送一個或多個納米球殼； 至少一個成像機構；以及控制機構，可操作地與每個輸送機構和每個成像機構相關聯。
16、 根據權利要求15所述的系統(10、 100、 300、 400)，其中， 一個 或多個載體(20)為可攝入膠囊。
17、 根據權利要求16所述的系統(10、 100、 300、 400)，其中，容器 (70、 132、 312、 412、 442)和輸送機構作為一個可攝入膠囊的一部分被包括。
18、 根據權利要求17所述的系統(10、 100、 300、 400)，其中，所述成像機構作為附加可攝入膠囊的一部分被包括。
19、 根據權利要求17所述的系統(10、 100、 300、 400)，其中，用于 保留和輸送一個或多個附加納米球殼的附加容器(70、 132、 312、 412、 442) 和輸送機構作為所述可攝入膠囊的一部分被包括。
20、根據權利要求16所述的系統(10、 100、 300、 400),其中，容器 (70、 132、 312、 412、 442)、輸送機構和成像機構作為一個可攝入膠囊的 一部分被包括。
全文摘要
提供了一種用于識別體內某些靶細胞或組織的系統(10、100、300、400)。系統(10、100、300、400)優選地包括至少一個可攝入膠囊，該膠囊容納或裝載(20)照明模塊(30、114、322、422、452)、檢測模塊(40、124、324、424、434、454)、成像模塊(50、326、432、456)、控制模塊(60)、或適合于保留和釋放一個或多個納米球殼的容器(70、132、312、412、442)中的至少一個。也提供了利用系統(10、100、300、400)對體內患病或異常細胞和/或組織進行檢測、成像或者以其它方式與體內患病或異常細胞和/或組織交互的方法(200)。提供的系統(10、100、300、400)和方法(200)能夠提高診斷、治療和成像技術和有效地區分靶患病或異常細胞或組織與周圍健康細胞或組織的靈敏度和特異性。
文檔編號A61B5/05GK101309640SQ200680042593
公開日2008年11月19日 申請日期2006年11月14日 優先權日2005年11月18日
發明者B·H·W·亨德里克斯, G·W·呂卡森, L·范彼得森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司