Система для диссоциации и удаления белковой ткани

Система для диссоциации и удаления белковой ткани

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Родственные заявки

Приоритет настоящей заявки заявлен на основании предварительной заявки на патент №60/755839, поданной 3 января 2006 г.

Известный уровень техники

Настоящее изобретение относится, в общем, к диссоциации и удалению сильно гидратированных макроскопических объемов белковой ткани и более конкретно к диссоциации и удалению сильно гидратированных макроскопических объемов белковой ткани с использованием фракционирования потоком быстро изменяющего направление энергетического поля.

Настоящее изобретение описано в контексте витреоретинальной хирургии, однако специалистам будет понятно, что изобретение можно также применять в медицинских процедурах, проводимых на других областях организма человека или животных.

В течение десятилетий традиционные процедуры витреоретинальной хирургии на заднем сегменте глаза были основаны на механических или тракционных методах: 1) удаление ткани с помощью режущих зондов (с ножовочным или дисковым ножом), 2) рассечение оболочек с помощью ножниц, лезвий или скальпелей для стекловидного тела; 3) отведение оболочки с помощью пинцетов и захватов, и (4) отделение оболочки с помощью пинцета и вязких жидкостей. Несмотря на достигнутые усовершенствования механизмов и материалов, повышение качества, технологичности, системной поддержки и эффективности, улучшение результатов интраокулярной хирургии на заднем сегменте глаза в основном обеспечивается благодаря знаниям, устремленности, квалификации и опыту хирургов-офтальмологов.

Бестракционное удаление внутриглазной ткани в ходе витреоретинальной операции практически невозможно с помощью существующего арсенала механических медицинских инструментов. Хотя высокая квалификация, точность движений, опыт и знания практикующих хирургов позволяют свести к минимуму тракцию, обусловленную применением механических медицинских инструментов во время удаления ткани, ее невозможно исключить полностью. В механических или тракционных хирургических методах используется режущее действие для рассечения связей между тканями. Характерной чертой этого режущего действия является натяжение подлежащей удалению ткани, которое, в свою очередь, передается сетчатой оболочке глаза. При применении механических или тракционных хирургических методов силы, движущие режущим элементом механических медицинских устройств, которые используются для рассечения связей тканей, накладываются на сетчатую оболочку. Несмотря на опыт и осторожность хирурга-офтальмолога, это наложение сил на сетчатую оболочку, связанное с тракционными хирургическими методами, создает возможность ее повреждения.

В потенциальном бестракционном хирургическом методе, который используется для осуществления конформационных изменений в компонентах белка, применяются высокоинтенсивные импульсные электрические поля; однако высокоинтенсивное импульсное электрическое поле не нашло своего применения в таких тонких хирургических процедурах, как витреоретинальная хирургия.

Высокоинтенсивные импульсные электрические поля широко применяются в медицине, пищевой промышленности и в обработке микромеханических устройств. Примеры применения в области медицины включают в себя доставку химиотерапевтических препаратов в опухолевые клетки, генную терапию, трансдермальную доставку лекарств, а также бактериальную очистку воды и жидких пищевых продуктов. В пищевой промышленности высокоинтенсивные электрические поля с ультракороткими импульсами применяются при стерилизации и очистке. И наконец, высокоинтенсивные электрические поля с ультракороткими импульсами применяются в методах механической обработки и изменения поверхности, используемых для микросхем на основе микроэлектрических механических систем (МЭМС).

В последнее время исследования ученых-биофизиков и биохимиков сконцентрированы на манипулировании биологическими структурами, такими как макромолекулы, клеточные мембраны, внутриклеточные органеллы и внеклеточные объекты. Реакция биологических тканей на электрические поля, в общем известная как "электрокинетика", используется в исследованиях, диагностике и терапии.

Электрокинетические исследования и разработки нехирургического характера

Основную идею предлагаемого изобретения легче представить в контексте некоторых известных нехирургических методов, применяемых в настоящее время в биохимических молекулярных исследованиях, терапевтических фармацевтических разработках, методах стерилизации, промышленной полимеризации, исследованиях плазмы и разработках МЭМС ("лаборатория на чипе"). Далее будут описаны основные аспекты этих известных методов, чтобы проиллюстрировать другие системы, в которых осуществляются манипуляции и воздействия на белковый материал посредством подведения высокоинтенсивного импульсного электрического поля.

Электрореология

Электрореология (ЭР) - это явление, при котором реология жидкостей, включая биологические жидкости, изменяется посредством приложения электрических полей (обычных слабых полей постоянного тока). Электрическое поле, приложенное к жидкости, вызывает в ней объемно-фазовый переход, наиболее важным параметром которого является напряженность электрического поля, а наименее важным параметром является частота электрического поля. Большинство коллоидных ЭР жидкостей проявляет увеличение эффектов вязкоэластичности при увеличении амплитуды поля. Интересно, что уменьшение вязкоэластичности жидкости возникает при самых высоких напряженностях поля, однако определенных исследований влияния напряженности поля на вязкоэластичность не проводилось, и механизм ЭР остается неизвестным.

Электрофорез

Электрофорез (или диэлектрофорез) вызывает движение частиц в электрическом поле по направлению к одному или другому электрическому полюсу, аноду или катоду. Процесс электрофореза используется для разделения и очистки биомолекул (например, для разделения ДНК и РНК). Для материалов размером в интервале от нанометров до микрометров процесс электрофореза эффективен как для высоко специфического разделения материалов, так и для определения свойств материала. Во время электрофореза вызванный электрическим полем фазовый переход в изолированной суспензии подвергается действию пространственно-однородного электрического поля переменного тока. Этот вызванный электрическим полем фазовый переход следует за хорошо известным, индуцированным полем образованием столбчатой структуры в суспензии. Под действием внешнего электрического поля частицы, находящиеся в электрическом поле, ориентируются вдоль направления поля, образуя цепочки и столбики. Эти цепочки и столбики частиц затем вытягиваются под действием электрического поля и потока жидкости. Время, необходимое для разделения и изоляции частиц, находится в интервале от минут до часов, и при этом часто применяется множество вторичных процессов. Для усиления макромолекулярного разделения часто используют ионное поверхностно-активное вещество (например, додецилсульфат натрия) и разбавление образца. Ионные поверхностно-активные вещества способны образовывать химический мостик между гидрофобной и гидрофильной средами, тем самым разрушая или уменьшая гидрофобные соединительные силы, необходимые для сохранения структуры нативного белка.

Фракционирование в потоке при наличии поля

Фракционирование в потоке при наличии поля (FFF) представляет собой лабораторный метод разделения раствора, который по многим параметрам сопоставим с жидкостной хроматографией. Обычно материалы и градация размеров материалов, разделяемых в системах FFF, являются дополнительными к тем, которые анализируются с помощью электрофореза и жидкостной хроматографии. В системах FFF протагонист разделения (электрическое поле) прикладывается в направлении, перпендикулярном направлению разделения, и создает пространственное и временное разделение компонентов образца на выходе канала FFF. Разделение в канале FFF основано на различиях удержания (времени) компонентов образца. В свою очередь удержание в системах FFF является функцией различий физиохимических свойств образца, силы и режима применяемого воздействия, а также профиля скорости жидкости в разделительном канале. Благодаря применению FFF время электрофореза уменьшается от часов до минут.

Фракционирование в потоке при наличии электрического поля

В работе по обработке микроэлектрических механических систем (МЭМС) был разработан метод фракционирования в потоке при наличии электрического поля (EFFF). EFFF представляет собой процесс для разделения ex-vivo наночастиц, белков и макромолекул, захваченных в микроканалы, путем приложения электрических полей в осевом или поперечном направлении. Этот метод в настоящее время исследуется в связи с устройствами МЭМС для микрофореза. Метод основан на осевом потоке аналита под действием электрического потенциала (однонаправленного поперечного электрического поля). Эффективность разделения и время удержания частиц образцов в протоке зависит от взаимодействия образца с электрическим полем, которое прикладывается поперечно полю потока в канале. С помощью EFFF были достигнуты диссоциация белковых комплексов, разрушение белковых связей и последующее фракционирование. Также при применении периодических (пульсирующих) электрических полей в EFFF было отмечено увеличение удержания, которое привело к гораздо лучшему разделению.

Кроме того, было замечено, что применение импульсных потенциалов с переменной полярностью повышает эффективность электрического поля. Предполагается, что в рассечении цепочки значительную роль играет сдвиг, поскольку локальная деформация белковой ткани в любом градиенте электрического поля представляет собой просто удлинение. При количественном определении скорости деформации и осей растяжения и сжатия осторожная манипуляция геометрией матрицы и силой поля потока может обеспечить существенное вытяжение большинства макромолекул. Были разработаны микросхемы, которые могут генерировать электрические поля вращательного, растягивающего и сдвигового типов посредством изменения входных напряжений. Время разделения на микросхеме 1,25 см было уменьшено до приблизительно 5 секунд.

Электропорация

Электропорация представляет собой еще один известный нехирургический метод, который используется для обратимого кратковременного повышения проницаемости клеточной мембраны. Разработанная приблизительно в 1994 г. электропорация (ЭП) для улучшения доставки лекарств и генов через клеточные мембраны in-vitro за последнее десятилетие стала стандартной процедурой в лабораториях молекулярной биологии. Электропорация - это метод, в котором импульсы электрической энергии, измеряемые в киловольтах на см, длительностью в интервале от микросекунд до миллисекунд, вызывают временную потерю полупроницаемости клеточных мембран. Эта временная потеря полупроницаемости клеточных мембран вызывает утечку ионов, выход метаболитов и повышение клеточного поглощения лекарств, молекулярных зондов и ДНК. Некоторые известные применения электропорации включают в себя введение плазмидов или чужеродных ДНК в живые клетки для трансфекции, слияния клеток для приготовления гибридом и для введения белков в клеточные мембраны. Обычно используется длительность импульса порядка 0,1-10 миллисекунд и напряженность электрического поля порядка кВ/см в зависимости от типа клеток и суспензии. Механизм электропорации (т.е. открытия и закрытия клеточных каналов) еще не изучен окончательно.

Адаптации метода электропорации использовались для доставки лекарств. В патенте США №5869326 и опубликованной заявке на патент США 2004/0176716 описаны аппараты для чрескожной доставки лекарств. В опубликованной заявке на патент США 2004/021966 описан катетер для внутрисосудистой доставки лечебных препаратов и доставки лекарств in-vitro с помощью систем матриц электродов. В патенте США №6653114 описано средство для переключения электродов. В патентах США №№6773736 и 6746613 метод электропорации адаптирован для очистки продуктов и жидкостей посредством дезактивации и гибели клеток. В патенте США №6795728 гибель клеток, вызванная электропорацией, лежит в основе устройства и способа для уменьшения подкожных отложений жира in-vitro.

Электрическое поле c наносекундными импульсами

Метод электрического поля с наносекундными импульсами (nsPEF) является расширением применения описанного выше метода электропорации для применения in-vitro, в котором используется прямоугольный или трапецеидальный импульс значительно более короткой длительности (1-300 нс) вместе со значительно более сильными электрическими полями (до 300 кВ/см). Технология nsPEF возникла благодаря достижениям в технологии мощности импульса. Использование технологии мощности импульсов позволило подводить электронные поля с наносекундными импульсами (nsPEF), имеющие напряженность поля в несколько сот раз выше, чем импульсы электрической энергии, используемой в электропорации, к клеткам и тканям, не вызывая при этом биологически значимых повышений температуры в исследуемых образцах. При использовании очень небольшого количества импульсов электрической энергии эффекты nsPEF по существу не имеют термического характера. В отличие от классического метода электропорации влияние nsPEF на клетки млекопитающих было обнаружено совсем недавно. Применение nsPEF соответствующей амплитуды и длительности вызывает кратковременное повышение клеточной проницаемости, клеточные или субклеточные повреждения или даже апоптоз. Целью наносекундной электропорации in-vivo является получение равномерного распределения эффективного электрического поля в узком временном окне.

Недавние исследования показали, что приложение наносекундных импульсов (кВ/см) к тканям может возбуждать электроны без нагрева ионов или нейтральных частиц. Было обнаружено, что можно использовать энергетическое поле с ультракороткими импульсами (электромагнитная ЭМ, лазер или интенсивный сфокусированный ультразвук, HIFU) для временного и обратимого повышения проницаемости клеточных мембран или даже воздействия на внутриклеточные компоненты без повреждения клеточной мембраны. Было также обнаружено, что более высокие энергии возбуждают ионы и могут вызывать образование короткоживущих радикалов (ОН и О₂ ⁺). Это заключение привело к созданию процессов стерилизации и очистки, позволяющих убивать клетки. Использование еще более высоких энергий может вызвать образование сверхзаряженных плазменных дуг, которые действуют на клеточные связи на молекулярном уровне.

Электроосмос

Электроосмос (ЭО) - это метод, используемый для переноса или смешивания жидкостей для применения в микроустройствах. Основная концепция заключается в использовании различных механизмов зарядки и интенсивности поляризации двойного слоя на границе электрод/электролит для создания однонаправленной силы Максвелла на жидкости, которая генерирует сквозную накачку. В электроосмосе с индуцированным зарядом (ICEO) создается эффект, который вызывает микрозавихрения в жидкости, усиливающий перемешивание в микрофлюидальных устройствах. Перемешивание можно существенно усилить в режиме ламинарного потока, подвергнув жидкость воздействию кинематики хаотического потока. Путем изменения полярности и прикладываемого напряжения можно регулировать силу и направление радиального электроосмотического потока.

Прочие электрокинетические явления

Электрокинетические явления не ограничены теми, которые были описаны выше. Недавно разработанные варианты, связанные с очень большими напряжениями и уникальными электрическими полями в исследованиях МЭМС, продемонстрировали интересные и неожиданные эффекты, возникающие при прикладываемых переменных электрических полях, включая установление того факта, что электрофоретическая мобильность коллоидов чувствительна не просто к общему результирующему заряду, а к распределению зарядов.

Удаление ткани

Все описанные выше процессы могут применяться для манипулирования макромолекулами, однако не для экстракции или удаления макроскопических объемов белковой ткани путем диссоциации ткани. Так как в других системах с использованием импульсной энергии на тканях применяется энергия высокого уровня, было обнаружено, что более высокие энергии, создаваемые за счет увеличения длительности импульсов, серий импульсов, частоты следования и времени воздействия, вызывают термические эффекты или образование сверхзаряженной плазмы. Эти термические эффекты или образование сверхзаряженной плазмы эффективно используются в некоторых устройствах для создания хирургических инструментов для разрезания тканей. В этих инструментах вокруг инструмента создается область плазмы, имеющая микроразмеры (по толщине или высоте). Внутри сверхзаряженной плазмы находятся заряженные электроды, ионы и молекулы с беспорядочным движением, которые при контакте с тканями или клетками действуют на связи на молекулярном уровне, вызывая тем самым абляцию или облитерацию в результате сублимации целевой ткани или поверхности ткани. В основе образования сверхзаряженной плазмы лежат процессы электронных лавин, высокой степени туннелирования электронами из валентной зоны в сплошную среду с образованием лавинной ионизации электронной плазмы. Плотность этой сверхзаряженной плазмы быстро нарастает за счет дополнительного туннелирования, а также вызванных полем столкновений между свободными электронами и молекулами. Основной целью воздействия на ткань сверхзаряженной плазмой является неразрушающая хирургия, то есть управляемое, высокоточное удаление пораженных частей с минимальным вредом для здоровой ткани. Размер и форма активной плазмы регулируются конструктивным выполнением зонда, размерами и средой. Используются как газовые, так и жидкие среды. В жидкости может образоваться взрывчатый пар.

Импульсный электронно-лавинный нож

Импульсный электронно-лавинный нож ("PEAK"), предложенный в заявке на патент США 2004/0236321, описан как бестракционное устройство для холодной резки. Сильное электрическое поле (nsPEF 1-8 кВ; 150-670 мкДж) прикладывается между открытым микроэлектродом и частично изолированным электродом. Приложение этого сильного электрического поля вызывает образование плазмы, выражающееся в форме стримеров плазмы длиной порядка микрометра. Размеры стримеров плазмы регулируются размером открытого электрода. Стримеры плазмы, в свою очередь, создают взрывчатое испарение воды на микронном уровне. Импульсная энергия имеет критическое значение. Был продемонстрирован точный, безопасный и экономичный разрез ткани. При уменьшении размера электрода до микронного уровня разряды плазмы должны быть заключены в наконечнике зонда, потому что ионизация и взрывчатое испарение жидкой среды могут разрушить соседнюю ткань и привести к образованию кавитационных пузырьков. Высокое давление, достигаемое во время образования плазмы, быстрое расширение пузырька пара (более 100 м/сек) и последующее сплющивание полости, которые могут распространиться на зону взаимодействия, имеют в основном механический характер из-за быстрого охлаждения пара в пузырьках. В офтальмологической хирургии испаряемость и агрессивность эффекта, вызванного использованием "PEAK", могут оказаться пагубными для целостности сетки.

Кобляция

В кобляции, или "холодной абляции", используется радиочастота (РЧ) в биполярном режиме с проводящим раствором, таким как солевой раствор, для генерации плазмы, которая при контакте с целевой тканью сублимирует поверхностный слой целевой ткани. Дальность ускоренных заряженных частиц небольшая и ограничена граничным слоем плазмы около зонда и поверхностью контакта с тканью. Кобляция возбуждает ионы в солевом (проводящем) растворе, образуя небольшое поле плазмы. Эта плазма имеет достаточную энергию для разрыва молекулярных связей ткани и создания абляционного пути. Сообщается, что термический эффект этого процесса составляет приблизительно 45-85°С. Обычно электрохирургические РЧ устройства используют тепло для изменения структуры ткани. Однако генерация РЧ-индуцированного поля плазмы рассматривается как "холодный" процесс, так как влияние плазмы ограничено собственно плазмой, и слой плазмы удерживается микроскопически тонким. Плазма состоит из высокоионизированных частиц, имеющих достаточную энергию для достижения молекулярной диссоциации молекулярных связей. Энергия, необходимая для разрыва связей углерод-углерод и углерод-азот, составляет порядка 3-4 эВ. Метод кобляции предположительно создает около 8 эВ. Благодаря биполярной конфигурации электродов и разности импеданса между тканью и солевым раствором большая часть тока проходит через проводящую среду, находящуюся между электродами, что приводит к минимальному проникновению тока в ткань и минимальному термическому повреждению ткани. Если порог энергии, необходимый для создания плазмы, не достигнут, ток проходит через проводящую среду и ткань. Энергия, поглощенная тканью и проводящей средой, рассеивается в виде тепла. После достижения порога энергии, необходимого для создания плазмы, импеданс к потоку РЧ тока изменяется от почти чисто резистивного типа к более емкостному типу импеданса. Как и в случае использования PEAK в офтальмологической хирургии, использование методов кобляции может быть слишком рискованным для хирургического применения вблизи сетчатки.

Плазменная игла

Плазменная игла представляет собой еще одно устройство, которое позволяет удалять или трансформировать конкретные клетки, не влияя на окружающую ткань. Применение плазменной иглы является очень точным методом, в котором используется миниатюрная игла, прикрепленная к ручному инструменту, для создания небольшого плазменного разряда. Электрическое поле создается между кончиком иглы и проксимальным электродом при прохождении инертного газа (гелия) между ними. Небольшой плазменный разряд содержит электроны, ионы и радикалы, причем ионы и радикалы регулируются путем введения в инертный газ загрязнителя, такого как воздух. Предполагается, что малый размер источника плазмы (плазменная игла) создает активные формы кислорода (ROS) и УФ-излучение такого мизерного уровня, который позволяет изменять функцию или адгезию клеток без повреждения самих клеток. Однако увеличение ROS (например, воздуха) в инертном газе вместе с увеличением времени облучения может приводить к гибели клеток. Хотя плазменная игла и оказывает влияние на тонкие слои жидкости, ее использование не является оптимальным в сплошной жидкой среде, которая часто используется в офтальмологической хирургии.

Электроэрозия

Метод электроэрозии является родственным обсуждавшимся выше пламенным методам. В устройстве для электроэрозии используется импульсное энергетическое поле 250 кГц, длительностью 10 мс и до 1,2 кВ для создания пара. При возникновении электрического пробоя пара образуется небольшая искра (менее 1 мм). При эффекте дальней зоны до 1,7 мм разрез с помощью электроэрозии выполняется как в электрохирургии, но как при использовании плазмы с тканью контактирует только плазма.

Лазеры

Лазеры представляют собой еще одну бестракционную технологию, которая используется для разрушения макромолекул ткани. Лазеры применяются в офтальмологической хирургии с 1960 г. Наиболее успешно лазеры применяются в области неинвазивной коагуляции сетчатки глаза при таких заболеваниях, как диабетическая ретинопатия, окклюзия центральной вены и хороидальная неоваскуляризация при возрастной дегенерации желтого пятна или ишемическом ретинальном васкулите. Лазеры также широко используются применительно к переднему сектору глаза при пластике роговицы и глаукоме. Попытки использования лазеров в офтальмологической хирургии заднего сектора глаза дали смешанные результаты. Неинвазивные методы (транскорнеальный подход, через хрусталик или склеру) не практичны из-за поглощающих свойств этих промежуточных тканей. Чрезвычайная точность, необходимая при интраокулярной хирургии сетчатки и стекловидного тела глаза, требует использования все более совершенных инвазивных методов для манипуляции тканью и ее удаления. Режимы взаимодействия ткань/лазер включают в себя: (1) термический - преобразование электромагнитной энергии в тепловую; (2) фотохимический - внутренние (эндогенные) или введенные (экзогенные) светочувствительные химические вещества (хромофоры), активизируемые поглощением лазерных фотонов; (3) фотоабляционный - прямая фотодиссоциация внутримолекулярных связей поглощения лазерных фотонов; (4) электромеханический - термоэлектронная эмиссия или мультифотонное образование свободных электронов, вызывающее пробой диэлектрика и образование плазмы. Было обнаружено, что применение лазеров экономически невыгодно и требует использования экранов и заслонов на лазерных зондах уникальной конструкции, чтобы защитить тонкие внутриглазные ткани от лазерной энергии и тепловых эффектов дальней зоны. Однако недавние разработки в области фемтосекундных импульсных лазеров открыли новые возможности для точных хирургических применений.

Прочие методы удаления ткани

Используемые в настоящее время методы разрушения внутриглазных тканей включают в себя удаление по частям (фрагментацию), для которого предназначены механические режущие инструменты для витрэктомии; разжижение, обусловленное термическими (денатурирование белка) или ферментативными реакциями, и сублимацию посредством воздействия лазером или плазмой. Сублимация посредством воздействия лазером или плазмой действительно действует на связи на молекулярном уровне, тогда как удаление по частям и разжижение влияют на механизм связи меньшей силы (т.е. нековалентные связи).

Поэтому, несмотря на множество достижений в витреоретинальной хирургии, все еще существует потребность в эффективном устройстве и способе для диссоциации и удаления сильно гидратированных макроскопических объемов белковых тканей, таких как стекловидное тело и внутриглазные ткани, в ходе витреоретинальных операций.

Сущность изобретения

Предложены устройство и способ для диссоциации и удаления сильно гидратированных макроскопических объемов белковых тканей, таких как стекловидное тело и внутриглазная ткань, в ходе витреоретинальных операций.

Несмотря на то что изобретение описано в контексте устройства и способа для бестракционного удаления стекловидного тела и внутриглазных мембран из заднего сегмента глаза без повреждения ультратонкой структуры и функции соседней или прилегающей сетчатки, специалистам будет понятно, что описанное изобретение также применимо и в других медицинских процедурах, выполняемых как на людях, так и на животных.

Изобретение описано в контексте нового средства для выполнения витреоретинальной операции с использованием высокоинтенсивного, короткого, изменяющего направление электрического поля в отличие от классических механических средств для захвата, разложения и удаления стекловидного тела и внутриглазных тканей. В частности, было обнаружено, что кратковременное изменение состояния ткани, вызванное приложением высокоинтенсивного, короткого, изменяющего направление электрического поля, достаточно для удаления макроскопических объемов белковой ткани. Технический успех механических и разжижающих средств подтверждает тот факт, что нет необходимости в облитерации или разрушении материала стекловидного тела на молекулярном уровне для его удаления, напротив, для удаления ткани требуется всего лишь безопасное макроскопическое изменение состояния. Соответственно, удаление внутриглазной ткани с помощью настоящего изобретения может осуществляться совершенно бестракционно.

Предложенные устройство и способ вызывают локальную временную диссоциацию адгезионных и структурных связей компонентов внутриглазной белковой ткани с помощью быстро изменяющегося электрического поля. Эта локализованная временная диссоциация адгезионных и структурных связей внутриглазной белковой ткани позволяет осуществлять бестракционное разделение компонентов внутриглазной ткани и сетчатой оболочки. Во время процесса диссоциации ткани применяются струйные методы (ирригация и аспирация), способствующие образованию высокоинтенсивного электрического поля с ультракороткими импульсами и удалению разрушенной ткани в момент диссоциации. При этом разрушается и удаляется только материал в пределах прикладываемого высокоинтенсивного электрического поля с ультракороткими импульсами. Следовательно, поскольку только материал, подвергающийся воздействию подводимых ультракоротких импульсов, принимает высокоинтенсивное электрическое поле с ультракороткими импульсами, во время процесса экстракции ткани отсутствует эффект дальней зоны.

Конструкция зонда, применяемого для создания импульсного электрического поля вместе с использованием струйных методов, захватывает целевой макроскопический объем ткани, подлежащей диссоциации. Этот захваченный целевой макроскопический объем внутриглазной ткани одновременно подвергается воздействию высокоинтенсивного электрического поля с ультракороткими импульсами. Поражение высокоинтенсивным электрическим полем с ультракороткими импульсами вызывает диссоциацию захваченного макроскопического объема внутриглазной белковой ткани, после чего диссоциированный захваченный макроскопический объем ткани удаляется посредством аспирации.

В соответствии с настоящим изобретением зонд с двумя или более электродами вводится в целевую гидратированную ткань, стекловидное тело или внутриглазную ткань. Концы электродов открыты на дистальном конце зонда. Электрический импульс передается по меньшей мере на один электрод, в то время как другой один или более электродов действуют в качестве обратного проводника. Неплазменное электрическое поле создается между подводящим электродом(ами), действующим как анод, и обратным электродом(ами), действующим как катод. В каждом электрическом импульсе направление создаваемого электрического поля изменяется посредством обращения полярности, переключения электродов или комбинации этих мер. Импульсы могут группироваться в пачку, которая повторяется с различной частотой и различными амплитудами. Такие группы импульсов можно направить на неоднородную ткань. Амплитуда, длительность, рабочий цикл и частота следования электрических импульсов вместе с постоянно изменяющимся направлением поля создают разрушающее электрическое поле на отверстии аспирационного просвета. Ткань всасывается в отверстие аспирационного просвета струйным методом (аспирацией). Затем эта ткань смешивается или разбавляется с ирригационной жидкостью и диссоциирует при ее пересечении высокоинтенсивного, изменяющего направление электрического поля с ультракороткими импульсами. В любой данный момент времени в электрическом поле создается беспорядок посредством изменения направления электрического поля между одним или более электродами в наконечнике зонда. Пораженная среда между концами электродов на конце зонда состоит из смеси целевой ткани (например, стекловидного тела) и вспомогательной жидкости (ирригационной жидкости). Импеданс целевой среды, в которой создается электрическое поле, поддерживается посредством контролируемого подвода вспомогательной жидкости (ирригационной жидкости). В предпочтительном варианте в качестве вспомогательной жидкости, обеспечивающей импеданс, используется проводящий солевой раствор. Вспомогательную жидкость можно доставлять из ирригационного источника, находящегося вне зонда, через один или более просветов внутри зонда, или их комбинации. Когда вспомогательная жидкость подается внутрь ограниченного зондом пространства, она может иметь свойства (например, рН) и ингредиенты (например, поверхностно-активные вещества), способствующие диссоциации белков.

Для работы изобретения большое значение имеют свойства поля электрической энергии, создаваемого в целевой среде. При этом применяются высокоинтенсивные ультракороткие (субмикросекундные) импульсы электрической энергии. Импеданс, проводимость и разбавление ткани поддерживаются в целевой среде посредством ирригации вспомогательной жидкостью. Форма импульса, частота следования и длина серии импульсов регулируются в соответствии со свойствами внутриглазных тканей. Можно применять многофазные модели для решения проблемы неоднородности внутриглазной ткани. Кроме того, важную роль в диссоциации ткани играют пространственный конец электродов и последовательность активизации электродов в наконечнике зонда вместе с профилем генерированного поля. Скорость аспирации ткани согласуется со скоростью диссоциации ткани. Эффект импульсного быстроразрушающего электрического поля в целевой среде имеет такую высокую интенсивность и при этом такую короткую продолжительность (т.е. низкую энергию), что реальная диссоциация целевой ткани от окружающей ткани представляет собой кратковременный эффект (от микросекунд до миллисекунд), который не имеет термического характера и лишен взрывчатой кавитации.

Энергия, передаваемая высокоинтенсивными электрическими импульсами ультракороткой длительности, не вызывает образования плазмы, поэтому отсутствует агрессивный эффект дальней зоны. Высокоинтенсивные электрические импульсы ультракороткой длительности используются для создания неконтактной разрушающей электрической силы внутри ткани не электронной лавиной, а посредством непрерывного изменения направления поля. В частности, в белковой ткани, подлежащей диссоциации, создается неплазменная неконтактная возбужденная область беспорядка. Любой заряженный материал, попадающий в электрическое поле, подвергается воздействию этого поля, и внутриглазные ткани (например, белки) изменяются. При создании разрушающего электрического поля вокруг белковых тканей без электронной лавины механизмы соединения между компонентами ткани испытывают кратковременное нарушение. Это кратковременное нарушение приводит к диссоциации компонентов ткани, свободной от возмущающего влияния дальней зоны. Кратковременное нарушение механизмов соединения между комплексами ткани приводит к разворачиванию белковых комплексов и раскручиванию спиралей, что позволяет разрушать коллагеновые сегменты и адгезионные связи (фрагментация смещенных фибрилл).

Целью настоящего изобретения является обеспечение бестракционной экстракции стекловидного тела и внутриглазных тканей из задней внутриглазной области. Предложенные устройство и способ захватывают и разрушают гидратированную белковую гелевую матрицу, вызывая кратковременное нарушение или диссоциацию адгезионных механизмов между компонентами ткани. Во время этого кратковременного нарушения или диссоциации адгезионных механизмов между компонентами ткани применяются струйные методы для разбавления и аспирации комплекса диссоциированной ткани из окружающей ткани.

Целью описанной системы является также изменение состояния белковой ткани стекловидного тела для ее безопасного удаления. Это изменение состояния белковой ткани стекловидного тела вызывает нарушение взаимодействия между компонентами белковой ткани, способствует разделению и отсоединению компонентов белковой ткани от соседних структур и удалению компонентов белковой ткани в процессе их разделения и отсоединения.

Соответственно, в основу настоящего изобретения положена задача создания нового хирургического способа и устройства, которые позволяют удовлетворить потребности современной витреоретинальной хирургии, а именно устройства для усовершенствованной и более точной экстракции стекловидного тела и внутриглазных мембран при сохранении целостности сетчатки глаза. Хотя предложенная система сфокусирована на новом устройстве для изменения состояния и удаления стекловидного тела и связ