专利名称：用于与体内的细胞或组织进行交互的系统和方法
用于与体内的细胞或组织进行交互的系统和方法
本公开涉及2005年1月18日提交的发明名称为"用于释放辐射的电 控胶囊"的美国临时专利申请No.60/644，540、 2005年1月18日提交的发 明名称为"电控胶囊"的美国临时专利申请No.60/644，539、 2005年1月18 日提交的发明名称为"电控可摄入胶囊"的美国临时专利申请 No.60/644，538、 2005年1月18日提交的发明名称为"用于控制所摄入胶囊 通过的系统和方法"的美国临时专利申请No.60/644,518、 2004年9月1日 提交的发明名称为"用于输送至少一种药物的电控药丸和系统"的美国临 时专利申请No.60/606,276以及2004年8月27日提交的发明名称为"用于 输送至少一种药物的电控和遥控药丸和系统"的美国临时专利申请 No.60/605，364，上述每个参考文献都转让给本公开的受让人并且其部分内 容以引用方式并入本文中。
本公开通常针对识别体内某些靶细胞和/或靶组织，尤其涉及一种使用 胶囊系统对体内患病或异常的细胞和/或组织进行检测和成像或者以其它 方式与体内患病或异常的细胞和/或组织进行交互的系统和方法。
具有成像能力的可摄入胶囊在本领域中是已知的。例如，2001年5月 29日公布的Alfano等人的美国专利No.6，240，312 (该专利以引用方式并入 本文中)涉及一种具有照相^l的可摄入胶囊系统，当它横穿消化道时照相 机采集诊断图像。另外，2001年11月27日公布的Crowley等人的美国专 利No.6,324,418 (该专利也以引用方式并入本文中)至少部分涉及一种用于 执行组织光谱检查的胶囊系统。
尽管前述和其它类似现有技术的胶囊系统提供了明显的益处，但是这 样的系统仍然具有与其相关的显著缺陷。例如，如2004年4月22日公布 的Madar等人的国际申请No. PCT/US2003/024163(公开号WO2004/032621 A2)中所述(该申请以引用方式并入本文中)，现有的胶囊系统常常难以在 患病或异常组织与具有类似特性的健康组织之间进行区分。Madar等人试图通过利用外源荧光标记探针克服该缺陷，所述探针结合到某些细胞或成 为某些细胞的一部分。该探针可以被引入异常细胞或组织中以发出区别荧 光信号。 一旦引入荧光信号，例如可以通过检测胶囊来检测该荧光信号。
然而，如2002年8月1日公布的West等人的美国专利申请公开 No.2002/0103517中所述(该申请也以引用方式并入本文中)，现有技术的 荧光探针也具有与其相关的某些缺陷。例如，并非所有探针都能有效地转 移到期望或预期位置。时常地，为数不少的探针并未终止在合适的位置或 者具有低吸收速率，当对发光光谱进行记录时，任一所述情况会使得难以 从背景信号中分离出期望的信号。同样，由于在光谱可见区中的激励是必 要的，因此在所需波长下，人细胞或组织的许多组分也倾向于自发荧光。 其它组织类型的自发荧光明显是不希望有的效应，这使得难以分辨在预期 位置处探针的期望发光。
许多现有技术的胶囊系统使得前述问题更复杂，原因在于许多已知系 统观察整个靶区域的能力有限。也就是说，许多常规胶囊系统仅仅提供一 个方向的短暂或有限时间的观察，因而使得对靶细胞或组织的有效识别、 成像和/或治疗变得困难和低效。
为了试图解决上面识别的某些缺陷，生物相容性金属纳米颗粒或纳米 球壳复合物已经以一种方式构造成能够独立于壳材料的那些标准选择芯材 料、芯尺寸、和芯的几何形状。这些纳米球壳是相对均匀的结构，除了别 的以外其(i)为了表现出它们的期望吸收特性并不一定依赖特定介质中的 悬浮，和(ii)可以键联到识别患病或异常细胞或组织的抗体。而且，例如， 其介电材料中带有发光离子(例如Pr+3、 Er+3、和域Nd+3)的这些纳米球 壳能够有效地在光谱的近红外区中进行激励，在该激励波长下，人体内的 细胞或组织生成基本不可见的发射。
因而，纳米球壳有效地克服了现有技术中上述缺陷中的至少某些方面， 并且当与例如通过本公开提供的合适胶囊系统组合使用时，这些纳米球壳 能够有效地提高诊断、治疗和成像技术并且能够增加有效地区分靶患病或 异常细胞或组织与周围健康细胞或组织的灵敏度和特异性。
根据本公开的有益特征，提供了一种系统，其中一个或多个载体用于容纳一个或多个照明模块、 一个或多个检测模块、 一个或多个成像模块、 以及一个或多个控制模块。每个照明模块用于照明耙细胞或组织，每个检 测模块用于检测靶细胞或组织，每个成像模块用于对耙细胞或组织进行成 像，并且每个控制模块用于控制或影响任何照明模块、任何检测模块、和/ 或任何成像模块。有利地，本公开的系统尤其提供改进的生死检定法成像。 本公开的系统提供的另一优点在于，在至少一个方面，该系统提供了在延 长的时间内对靶细胞或组织进行多方向的检测和成像、以及观察。
在本公开的说明性方面，该系统包括单一载体，该载体优选地包括至 少一个照明模块、至少一个检测模块、至少一个成像模块、以及至少一个 控制模块，该控制模块可操作地与各个模块相结合以致影响其的操作。有 利地，该单一载体也可以包括用于保留一个或多个纳米球壳的至少一个容 器，该纳米球壳可以属于单一类型或两种或多种不同类型。该单一载体还 可以有利地包括至少一个输送机构，该输送机构可操作地与至少一个容器 相关联以致允许按要求输送或释放一个或多个纳米球壳。
根据本公开的有益特征的方法包括以下步骤(i)将一个或多个纳米
球壳输送到体内的一个或多个区域；(ii)检测通过所输送的纳米球壳识别 的靶细胞或组织.，以及(iii)当检测到靶细胞或组织时，然后执行下列的 至少一个确定靶细胞或组织的准确位置、对靶细胞或组织进行成像、或 将一个或多个附加纳米球壳输送到靶细胞或组织。在本公开的说明性方面， 输送步骤可以通过可摄入载体来完成。在本公开的另一说明性方面，输送 步骤通过第一载体来完成并且检测和成像步骤通过第二载体来完成。在本 公开的另一说明性方面，每个步骤(i)、 (ii)和(iii)通过不同的可摄入载 体独立地完成。如相关领域的技术人员从本公开将显而易见的，在每个识 别的说明性方面，载体可以包括任何模块组合，并且还可以包括未通过本 公开具体识别和论述的模块，该模块能够执行任何功能。
在另一说明性方面，本公开的系统可以包括两个载体，第一载体和第 二载体。第一载体优选地包括至少一个容器，用于保留一种或多种类型的 一个或多个纳米球壳；以及至少一个输送机构，该输送机构可操作地与至 少一个容器相关联以便能够按要求输送或释放一个或多个纳米球壳。第二 载体优选地包括至少一个照明模块、至少一个检测模块、和至少一个成像模块。有利地，两个载体之一或两者也可以包括控制模块。有利的是这样 的一个(或多个)控制模块可以可操作地连接到所识别的系统模块和/或一 个(或多个)输送机构的任何组合中的一个或多个。
在又一说明性方面，本公开的系统可以包括三个或更多个载体，每个 载体包括至少一个系统模块。例如，第一载体可以包括容器和可操作地与 其相关联的输送机构，第二载体可以包括照明模块，第三载体可以包括检 测模块，第四载体可以包括成像模块，第五载体可以包括附加容器和输送 机构和/或任何其它模块组合。在本公开的其它方面，每个载体可以包括任 何模块组合，并且可以包括未通过本公开具体识别和论述的模块，该模块 能够执行任何功能。
从以下详细描述，特别是参照附图一起阅读时有关本公开的附加有利 特征、方面和/或功能将是显而易见的，参照附图以帮助本公开的主题所属 领域的普通技术人员更好地理解本公开的说明性示例，在附图中
图l是根据本公开的说明性方面的系统的示意图2是示出了根据本公开的说明性方面的示范性载体的框图3是根据本公开的有益方面的方法的流程图4是根据本公开的另一说明性方面的系统的示意图；以及
图5是根据本公开的又一说明性方面的系统的示意图。
参照附图，应当理解的是，尽管下面对本公开的各种示例和/或方面的 详细描述涉及形成其一部分的附图，但是可以同等地使用其它附加和/或替 代示例、方面和/或特征而不脱离本公开的范围，原因是本公开的有利特征 可以在任何应用中使用，应用例如包括对靶细胞或组织进行治疗。
首先参照
图1，示出了根据本公开的说明性方面的示范性系统10。如 图所示，这样的系统10优选地包括至少一个载体20、至少一个照明模块 30、至少一个检测模块40、至少一个成像模块50、以及至少一个控制模块 60。此外，在本公开的至少一个方面中，系统10也可以包括至少一个容器 70和可操作地与容器70相关联的至少一个输送机构80。容器70和输送机 构80优选地用于按要求容纳和输送或分配一个或多个纳米球壳。在本公开的一个说明性方面，载体20可以由生物相容材料制造使得载 体20至少在它穿过身体或其一部分(例如，胃肠道)所需的时间大小期间 是生物相容的。此外，载体20可以优选地由用于制造可植入设备的材料制 造，可植入设备例如包括起搏器导线和诸如人工心脏、心脏瓣膜、主动脉 内球囊、和心室辅助设备的心脏假体设备。这种材料的示例包括可从Dow Chemical公司获得的Pellethane 2363聚醚氨酯系列材料、以及可从Polymer Technology Group有限公司获得的Elasthane聚醚氨酯。其它可能同样适当 的说明性材料包括同样可从Polymer Technology Group有限公司获得的 PurSil⑧禾口 CarboSil 。
在本公开的不同方面，载体20可以具有任何的形状、尺寸、颜色、质 地和/或实现符合本公开的任何不同美学和/或功能目的所必需的其他特性 或性质。例如但非限定地，载体20具有孔径尺寸范围从亚微米到几微米的 微孔膜。该膜可以充满有纳米球壳，其中一旦例如通过某些机械手段拉伸 该膜，纳米球壳可以在特定区域上以受控速率进行释放。或者，纳米球壳 可以涂覆在载体20的表面上并且输送到特定部位。压力、热、激光等都可 方便纳米球壳从载体20的表面转移到体内的靶区域。另外，在本公开的又 一方面，载体20可以采用内窥镜或类似形式，该内窥镜可以包括尖端，该 尖端带有可操作地与其相关联的至少一个系统模块。在另一方面，内窥镜 载体可以与另一载体相结合使用以便实现符合本公开的各种有益操作(例 如，内窥镜将其它载体导引到预定位置)。
应当注意的是，从本公开中本领域的技术人员将容易领会到，在不脱 离本公开的精神和范围的情况下可以对载体20做出变化。例如，载体20 可以是基本透明的或半透明的，以便能够通过照明模块30沿基本所有方向 发出期望波长的光。
在本公开的一个说明性方面，照明模块30优选地与载体20可操作地 相关联，并且优选地包括至少一个光源，例如发光二极管(LED)、氙管、 激光源等。例如，可以选择任何发出各种不同波长的光、具有各种不同波 段的LED以匹配耙细胞或组织的激励。在本公开的其它方面，光源可以具 有宽光谱，例如白光LED。如相关领域的技术人员从本公开将显而易见的， 在本公开的另外其它方面，可以附加或替代地使用各种其它光源以实现符合本公开的任何各种不同功能目的。
根据本公开的一个说明性方面，在操作中，照明模块30发出至少一个 光或激光束，其撞击载体20附近的靶细胞或组织并且从其反射。耙细胞或 组织将优选地具有不同的光反射率性质，该性质可以是细胞或组织固有的， 或者通过某种类型的标记物人工创造的。在本公开的某些方面，照明模块 30相对于周围环境的定向可以可调节地进行控制，以用于沿期望方向瞄准 光源。在本公开的其它方面，照明模块30包括光源，用于沿基本所有方向 同时地和/或顺序地发出期望波长的光。例如，照明模块30可以包括可操 作地与这样的设备或装置相关联的光源，该设备或装置允许光源自由地和/ 或沿任何方向可调节地倾斜和/或悬挂使得当载体20翻倒或旋转时它将保 持水平(例如，框架(gimbal))。替代地或附加地，如先前所述，照明模 块30可以可操作地与至少基本透明或半透明载体相关联以能使光源沿通过 或围绕载体20的多个方向发光。
如同载体20—样，应当注意的是，从本公开中本领域的技术人员将容 易领会到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以对照明模块30做出 变化。例如，照明模块30可以包括微尺度、固态、半导体二极管激光系统 或闪光灯，用作手术源以消融、熔接或以另外方式影响细胞或组织。
在本公开的一个说明性方面，检测模块40可以可操作地与载体20相 关联，并且优选地包括至少一个光电检测器，用于感测入射光并生成相应 的感测信号，其优选地包括少量的光电检测器，例如一排或两排光电检测 器或一个光电检测器。检测模块40优选地检测入射到其一个或多个光电检 测器上的反射光并且优选地生成相应的光感测信号。检测模块40可以配置 成输出对应于光感测信号的数字信号。
在本公开的一个方面，检测模块40优选地包括至少一个或多个微尺度 窄带滤波器、滤色器、和/或任何用于操纵接收光和/或其光谱特性(例如， 强度、分布等)的其它部件以便于区分靶细胞或组织与相邻细胞或组织。 例如，宽带介质滤波器可以用于分离各种发出或吸收的颜色。检测模块40 也可以使用与光代码检测器(例如，基于激光的光代码阅读器或基于成像 的光代码阅读器)中的电路等效的MEMS电路。
从本公开中本领域的技术人员将容易领会到，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以对检测模块40做出变化。例如，检测模块40可以由 用于检测荧光信号的CCD组成。此外，检测模块40可以包括可操作地与 这样的设备或装置相关联的一个或多个检测传感器，该设备或装置允许传 感器自由地和/或沿任何方向可调节地倾斜和/或悬挂使得当载体20翻倒或 旋转时它将保持水平(例如，框架)。替代地或附加地，检测模块40可以 可操作地与至少基本透明或半透明载体相关联以能使多方向感测或检测通 过或围绕载体20的期望波长。
在本公开的一个说明性方面，成像模块50优选可操作地与载体20相 关联，并且优选地包括用于收集和/或传输图像的至少一个照相机(例如， 微型视频CCD)，使得人或计算机辅助检测系统(例如，CAD、 CADx等) 可以检测耙细胞或组织的质地变化。该质地检测特征也可以用于确定靶细 胞或组织位于体内什么地方。例如，质地变化可以与不同部分的消化道相 关联，例如食道、胃、十二指肠(胃和小肠之间的接合部)、盲肠(小肠和 大肠的接合部)、以及直肠。在本公开的一个优选方面，通过成像模块50 采集的图像可以由例如远程处理设备卯通过合适的传输装置(例如，无线 类型、有线类型等)实时地和/或在随后时间按要求进行分析。因此，在本 公开的一个方面，可以基于采集的图像更好地确定实时操作/治疗、随后操
作/治疗或两者的靶区域。
从本公开中本领域的技术人员将容易领会到，在不脱离本公开的精神
和范围的情况下可以对成像模块50做出变化。例如，成像模块50可以包 括可操作地与这样的设备或装置相关联的一个或多个照相机，该设备或装 置允许照相机自由地和/或沿任何方向可调节地倾斜和/或悬挂使得当载体 20翻倒或旋转时它将保持水平(例如，框架)。替代地或附加地，成像模块 50可以可操作地与至少基本透明或半透明载体相关联以能够通过或围绕载 体20进行多方向成像。
在本公开的一个说明性方面，控制模块60优选可操作地与照明模块 30、检测模块40、和/或成像模块50相关联以影响或控制其操作。另外， 在本公开的某些方面，控制模块60也可以可操作地与容器70和/或输送机 构80相关联。在本公开的一个方面，控制模块60优选地包括处理和通信 装置两者，用于交互和/或影响照明模块30、检测模块40、和/或成像模块50 (即， 一个(或多个)系统模块)。在本公开的另一方面，控制模块60 包括通信装置，用于与远程处理装置(例如，计算机)进行通信。例如， 控制模块60可以通过天线和发射/接收设备与远程处理装置进行通信。替 代地或附加地，可以通过换能器和同样具有换能器的外部超声探头提供控 制模块60和远程处理装置之间的通信。如本领域的技术人员将容易理解的， 在不脱离本公开的精神或范围的情况下可以同等地利用任何其它通信技 术。
在本公开的一个优选方面，控制模块60可以与一个(或多个)各种系 统模块进行通信以便特别控制其激励和/或去激励、和/或其定向或定位。此 夕卜，控制模块60也可以直接或间接控制照明强度、波长、分布、和/或通 过照明模块30提供的图案、通过检测模块40提供的检测灵敏度和/或特异 性、和/或通过成像模块50提供的图像质量和/或产品。在本公开的一个方 面，控制模块60和任一或多个系统模块之间的通信可以通过有线或无线， 例如通过光学信号。
如相关领域的技术人员从本公开将容易领会的，在不脱离本公开的精 神和范围的情况下可以对控制模块60做出变化。例如，在本公开的某些方 面，控制模块60可以是专门为系统IO设计的微处理器，例如专用集成电 路(ASIC)。在其他方面，控制模块60是被编程以特殊方式工作(例如， 确定何时满足特殊条件)的通用信号处理或计算机芯片。
在本公开的一个说明性方面，容器70优选可操作地与载体20相关联， 并且优选地用于容纳属于至少一种类型且提供或方便至少一个效果(例如， 检测、成像、治疗、诊断等)的纳米球壳的供应。在本公开的某些方面， 容器70可以与载体20的表面一体化。在其他方面，容器70可以在载体20 的内部。例如，如图2中所示， 一个或多个容器可以容纳或限定在载体内， 而其它与其壁一体化。每个容器优选可操作地与一个或多个释放或输送机 构，例如机械装置(例如，阀、泵、活塞等)、或电化学方法(例如，化学 反应等)、或它们的某个组合相关联。
在本公开的另外其它方面， 一个或多个容器70可以有利地相对于与载 体20的相关部分/模块相关联的其它模块(例如，照明、检测和/或成像模 块)(例如，在边缘处、靠近表面、或其它位置)定位，使得由容器包含的至少一些纳米球壳可以在载体20经过或越过耙细胞或组织之前或与其同时 被输送到靶细胞或组织。例如，容器70可以位于载体20的前缘，使得按 要求在容纳照明模块30、检测模块40、和/或成像模块50的载体20的那 个部分越过或经过靶细胞或组织之前或与其同时，纳米球壳及时从其释放 并且输送到靶细胞或组织以使纳米球壳作用靶细胞或组织。
在本公开的又一方面，至少两个容器70可操作地与载体20相关联， 使得一个容器可以在载体20经过或越过靶细胞或组织之前将至少一些第一 类型的纳米球壳输送到这样的靶细胞或组织，并且另一容器可以在载体20 经过或越过相同或不同耙细胞或组织之前或在载体20经过或越过这样的耙 细胞或组织的同时将至少一些第二类型的纳米球壳输送到这样的靶细胞或 组织。此外，应当注意的是，可以输送第一类型的纳米球壳以对靶细胞或 组织(或相邻组织)有第一作用，而可输送第二类型的纳米球壳以对靶细 胞或组织(或相邻组织)有第二作用。第一和第二纳米球壳分别提供的第 一和第二作用可以是等效的、相同的、不同的、多样混合的、累积的、配
合的、合作的、或以相关另外方式，以便实现关于靶细胞或组织且符合本 公开的任何不同目的(例如，检测、成像、诊断、治疗等)。
如相关领域的技术人员从本公开将显而易见的，在不脱离本公开的精 神和范围的情况下可以对容器70做出变化。例如，在本公开的某些方面， 一个或多个容器70可以是可变形的，使得施加在这种容器上的压力导致或 方便纳米球壳通过例如容器70中的至少一个幵口进行输送。合适的压力装 置的示例可以是由聚合物形成的人造肌肉，该人造肌肉响应施加的电信号 可控地进行膨胀或收縮以将压力施加到容器和/或储存的纳米球壳。
在本公开的一个说明性方面，输送机构80优选可操作地与载体20和 容器70相关联。然而，在其它方面，这不需要如此。例如，在本公开的某 些方面，载体20自身用于直接容纳一个或多个纳米球壳(例如，通过表面 涂覆或输注)并且由此至少部分充当输送机构和容器两者。
在本公开的另一方面，其中一个或多个容器容纳或限定在载体内(例 如，如图2中所示)，每个容器可以具有与其相关联的输送机构，例如阀。 每个阀优选可操作地与控制模块60相关联，由此得到控制(例如，通过控 制信号)，使得一个或多个纳米球壳可以按要求(例如，间歇地、适时地、明智地、或以另外方式)释放或输送到耙细胞或组织。
在本公开的又一方面，输送机构80可以采用压力元件的形式，该压力 元件例如包括可移置和/或可膨胀元件(例如，弹簧活塞)，该元件用于在 至少一个容器上施加压力以用于移位其任何内容物(例如，纳米球壳)和/ 或使这样的内容物离开容器。对也作为输送机构的一部分被包括的阀等进 行控制可以附加地控制容器内容物的分配，使得当离开容器时或之后，内 容物被直接或间接输送到体内的靶细胞或组织。
从本公开中相关领域的技术人员将容易领会到，在不脱离本公开的精 神和范围的情况下可以对输送机构80做出变化。例如，输送机构80可以 是由聚合物形成的人造肌肉，该人造肌肉响应施加的电信号进行膨胀或收 縮以将受控压力施加到容器和/或其内容物并且由此按要求产生对内容物 的作用(例如，混合、分配等)。
在已经对本公开的系统有关的各种有益方面和特征进行识别和论述之 后，现在参照图2，示出了怎样表征这样的系统的示例。如图所示，通常用 附图标记100指示可以用作根据本公开的载体的可摄入胶囊。可摄入胶囊 100优选地具有壁110，该壁限定出用于容纳一个或多个系统元件的腔112。 例如，如图所示，腔U2可以容纳一个(或多个)照明器114、透镜组(例 如，捕捉透镜116、转换透镜118、投影透镜119)、 一个(或多个)光栅 122、 一个(或多个)检测器124、 一个(或多个)控制器126、 一个(或 多个)成像器128、 一个(或多个)传感器130和/或与一个(或多个)输 送机构134相关联的一个(或多个)容器132。因而，在本公幵的一个方面， 成像透镜116优选地用于在图像传感器130上形成图像。也就是说，例如 通过图像传感器130中心的孔，从在零视野的细胞或组织发出或反射的光 可以穿过图像传感器130以与透镜组、光栅和/或检测器进行交互。因此， 在本公开的一个方面，检测器可以是分光计，用于接收偏离于光栅的光， 该光取决于其波长以不同角度进行发射和/或接收，使得通过投影透镜119 例如取决于其波长在分光计的不同位置进行成像，该不同位置能够通过分 光计的各种元件分辨光的光谱内容。
在本例子的一个方面， 一个(或多个)照明器114可以是可调节的， 原因在于它们可以移动或枢转和/或提供不同强度的光。在本例子的另一方面，透镜组或其至少某些透镜也是可调节的。在本例子的又一方面， 一个
(或多个)容器132同样可以是可调节的。而且，在本例子的一个优选方 面，每个系统元件固定到框架状结构136以限定能够在腔112内以至少一 个、且优选三个(例如，滚动、上下振动、左右摇摆)自由度移动的复合 组件。例如，框架状结构136 (带有固定到其上的系统元件)可以通过流体 (气体或液体)浮在腔112内、和/或能够自由地和/或可调节地沿任何方向 倾斜、和/或悬挂使得当胶囊100翻倒或旋转时它将保持水平、和/或相对于 腔112的壁IIO进行移动以方便进行各种成像、检领!l、诊断和/或治疗操作。
从本公开中相关领域的技术人员将容易领会到，在不脱离本公开的精 神和范围的情况下可以对胶囊IOO做出变化。例如，胶囊100可以包括一 个或多个滤色器来代替一个(或多个)光栅122，或者其的捕捉透镜116 可以是流体聚焦透镜，该流体聚焦透镜描述在2004年6月17日公布的发 明名称为"用于形成可变流体凹凸透镜(Miniscus)配置的装置"的PCT 国际公开No. WO2004051323 ，该参考文献以引用方式并入本文。
翻到图3，显示了示出根据本公开的又一方面的方法的流程图。尽管为 了说明起见在图3中以特定排列示出了步骤，但是在本公开的其他方面， 可以以不同顺序或以重叠方式执行这些步骤。例如，在本公开的某些方面， 步骤210可以在步骤22O之后执行，并且在其他方面，当通过除了纳米球 壳以外的一些手段检测到靶细胞或组织时的这种情况可以省略步骤210。
在步骤210中将一个或多个纳米球壳输送到体内的一个或多个区域。 可以使用用于输送纳米球壳的任何方法，包括注射到血流中、注射到组织 中、口服、和/或直接点输送、及其它。在本公开的优选方面，可以通过例 如图2所示的可摄入胶囊输送纳米球壳。如图所示，可以通过可摄入胶囊 内部的容器容纳纳米球壳。替代地或附加地，可以通过可摄入胶囊的壁和/ 或表面容纳一个或多个纳米球壳。
在歩骤220中，根据本公开的优选方面，可以通过由所输送的纳米球 壳提供的至少一个作用检测靶细胞或组织(例如，癌细胞或组织)。在其它 方面，可以通过其它手段，例如借助于荧光探针和/或成像技术(例如，x 射线、CT、 MR等)检测耙细胞或组织。如果检测到靶细胞或组织，则控 制转到步骤240、 250或260中的至少一个。如果未检测到靶细胞或组织，则控制转到步骤235。在本公开的某些方面，步骤230可以包括执行其它过 程或功能。例如，步骤230可以包括获得量度(例如，测量通过纳米球壳 提供的作用的可检测特性的水平)，或识别与细胞或组织直接相关或与通过 纳米球壳与细胞或组织组合提供的影响相关的特殊特性。
在步骤235中，检测装置(例如，带有或不带有纳米球壳的可摄入胶 囊100)移动到体内的另一区域。可以通过任何过程(例如，自推进、蠕动 等)来实现对检测装置的重定位。在本公开的某些方面，可以通过信号传 输(例如，射频(rf))到远程监视或观察单元来跟踪或监视检测装置。
在步骤240中，根据本公开的一个方面， 一旦检测到细胞或组织，可 以通过任何技术确定细胞或组织的精确位置。例如，通过纳米球壳输送到 靶细胞或组织提供的作用(例如，光、热、振动等)使得通过外部和/或内 部检测装置(例如，传感器、成像器等)容易相对于身体的其它部分识别 它。
在步骤250中，根据本公开的另一方面，可以借助于内部成像器(例 如，通过可摄入胶囊IOO或其它合适的设备)对靶细胞或组织进行成像。 在本公开的其它方面，通过已知的外部成像设备(例如，x射线、CT、 MR 等)或可以变为已知的外部成像设备对靶细胞或组织进行成像。
在步骤260中，根据本公开的又一方面， 一个或多个附加纳米球壳可 以提供或输送到靶细胞或组织。这是有益的，原因在于将附加纳米球壳提 供给耙细胞或组织可以提高或增强由此提供的作用。而且，在本公开的某 些方面，附加纳米球壳可以不同于先前提供的纳米球壳。例如，可以输送 第一类型的纳米球壳以对靶细胞或组织有第一作用，而可以输送(随后或 同时)第二类型的纳米球壳并且可以对靶细胞或组织有第二影响。纳米球 壳提供的作用可以是等效的、相同的、不同的、多样混合的、累积的、配 合的、交互的、或以相关另外方式，以实现关于靶细胞或组织的任何不同 目的(例如，检测、成像、诊断、治疗等)。
如相关领域的技术人员从本公开将显而易见的，在不脱离本公开的精 神和范围的情况下可以对前述方法做出变化。例如，某些步骤可以通过例 如本文所述的两个或更多个可摄入胶囊来实现。另外，例如关于步骤260， 在本公开的另一方面，附加纳米球壳可以由药物(例如，癌症治疗药物)替换。也就是说，在一个或多个纳米球壳已经用于识别耙细胞或组织之后， 可以将特殊药物输送到靶细胞或组织以对其产生作用。
参照图4，根据本公开的另一说明性方面的系统通常用附图标记300 指示。如图所示，系统300包括至少两个可摄入胶囊。第一胶囊310优选 地容纳容器312和输送机构314，而第二胶囊320优选地容纳照明模块322、 检测模块324、和成像模块326。在本公开的其它方面，胶囊310、 320可 以包括其它系统模块，例如本文所述的那些中的任何一个。例如，胶囊310、 320之一或两者可以包括控制模块以影响至少另一个系统模块的操作。在系 统300具有的至少一个优点是与例如胶囊320相比，胶囊310可以具有 更大的容量以容纳更大数量的纳米球壳，胶囊320容纳占据空间的其它系 统模块。应当注意的是，系统300非常适合用于执行图3的方法200。例如， 根据本公幵的一个说明性方面，胶囊310可以用于实现步骤210，而胶囊 320可以用于执行步骤220、 240、 250或260中的至少一个。还应当注意的 是，从本公开中相关领域的技术人员将容易领会系统300的各种应用或用 途，并且任何这样的应用或用途应当视为属于本公开的精神和范围。
翻到图5，根据本公开的又一说明性方面的系统通常用附图标记400 指示。如图所示，系统400包括三个或更多个可摄入胶囊，每个用于容纳 至少一个系统模块。例如，第一胶囊410可以包括容器412和输送机构414， 第二胶囊420可以包括照明模块422、检测模块424、或两者，第三胶囊430 可以包括成像模块432、检测模块434、或两者，第四胶囊440可以包括附 加容器442和附加输送机构444，和/或第五胶囊450可以包括附加照明模 块452以及附加检测模块454、或附加成像模块456中的至少一个。在本公 开的其它方面中，胶囊410、 420、 430、 440、 450可以包括任何其它系统 模块，例如本文先前所述的那些。例如，任何这样的胶囊可以包括控制模 块以影响至少另一个系统模块的操作。系统400具有的至少一个优点是-类似于胶囊310，与例如胶囊420、 430相比，胶囊410、 440可以具有更大 的容量以容纳更大数量的纳米球壳，胶囊420、 430容纳占据空间的其它系 统模块。应当注意到的是，类似于系统300，系统400也非常适合用于执行 图3的方法200。例如，根据本公开的一个说明性方面，胶囊410和440 可以用于分别实现步骤210和260，而胶囊420、 430、和450可以用于执行步骤220、 240、 250或260中的至少一个。也应当注意到的是，从本公 开中相关领域的技术人员将容易领会未具体论述的系统400的各种应用或 用途，并且任何这样的应用或用途应当视为属于本公开的精神和范围。
由于本文识别和描述的许多方面、特征和优点从前面的详细论述中是 显而易见的，因此权利要求书旨在涵盖属于本公开的精神和范围内的所有 这样的方面、特征和优点。此外，由于本领域的技术人员将容易想到许多 修改和变化，因此不希望将本公开的范围限制到所示和所述的确切构造和 操作，并且因此所有合适的修改和等效物可以认为属于本公开的范围。因 而，本文所述的示范性方面和/或特征仅仅是说明性的并且本公开具体地包 含了己公开内容的替代和/或修改方面和/或特征。
权利要求
1、一种系统(10、100、300、400)，包括载体(20)；照明模块(30、114、322、422、452)，用于照明靶细胞或组织；检测模块(40、124、324、424、434、454)，用于检测所述靶细胞或组织；成像模块(50、326、432、456)，用于对所述靶细胞或组织进行成像；以及容器(70、132、312、412、442)，用于容纳一个或多个纳米球壳。
2、 根据权利要求l所述的系统(10、 1、00、 300、 400)，其中，所述载 体(20)为可摄入胶囊。
3、 根据权利要求2所述的系统(10、 100、 300、 400)，其中，所述胶囊是基本透明的，以致能使期望波长的光穿过其中。
4、 根据权利要求2所述的系统(10、 100、 300、 400)，其中，所述照 明模块(30、 114、 322、 422、 452)、所述检测模块(40、 124、 324、 424、 434、 454)、或所述成像模块(50、 326、 432、 456)中的至少一个由所述 胶囊所容纳，以致能以至少一个自由度移动。
5、 根据权利要求2所述的系统(10、 100、 300、 400)，其中，所述容 器(70、 132、 312、 412、 442)是所述胶囊的一部分并且能够保留和释放 至少一种类型的纳米球壳。
6、 根据权利要求2所述的系统(10、 100、 300、 400)，还包括控制模 块(60)，用于控制所述照明模块(30、 114、 322、 422、 452)、所述检测 模块(40、 124、 324、 424、 434、 454)、或所述成像模块(50、 326、 432、 456)中的至少一个。
7、 根据权利要求6所述的系统(10、 100、 300、 400)，其中，所述控 制模块(60)也控制所述照明模块(30、 114、 322、 422、 452)、所述检测 模块(40、 124、 324、 424、 434、 454)、所述成像模块(50、 326、 432、 456)、或所述胶囊自身中至少一个的定位和定向。
8、 一种方法，包括以下步骤(a) 将一个或多个第一纳米球壳输送到体内的一个或多个区域；(b) 检测通过所述输送的纳米球壳识别的靶细胞或组织；以及(c) 当检测到所述耙细胞或组织时，然后执行下列的至少一个确定 所述靶细胞或组织的准确位置、至少对所述靶细胞或组织进行成像、对所 述靶细胞和组织进行治疗、或将一个或多个第二纳米球壳输送到所述靶细 胞或组织。
9、 根据权利要求8所述的方法，其中，步骤(a)通过可摄入载体(20) 来完成。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中，步骤(b)和(c)通过另一 可摄入载体(20)来完成。
11、 根据权利要求8所述的方法，其中，步骤(a)、 (b)和(c)通过 不同的可摄入载体(20)来独立地完成。
12、 根据权利要求9所述的方法，其中，所述可摄入载体(20)包括 照明模块(30、 114、 322、 422、 452)，用于照明靶细胞或组织；检测模块(40、 124、 324、 424、 434、 454)，用于检测所述靶细胞或组织；成像模 块(50、 326、 432、 456)，用于对所述靶细胞或组织进行成像；以及控制 模块(60)，可操作地连接到所述照明模块(30、 ll4、 322、 "2、 M2)、 所述检测模块(40、 124、 324、 424、 434、 454)、和所述成像模块(50、 326、 432、 456)。
13、 根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制模块(60)控制所 述照明模块(30、 114、 322、 422、 452)、所述检测模块(40、 124、 324、 424、 434、 454)、和所述成像模块(50、 326、 432、 456)的操作。
14、 根据权利要求12所述的方法，其中，所述控制模块(60)控制所 述载体(20)的定位和定向。
15、 一种系统(10、 100、 300、 400)，包括 至少一个载体(20);至少一个容器(70、 132、 312、 412、 442)，用于保留一个或多个纳米 球壳；至少一个输送机构，可操作地与所述容器(70、 132、 312、 412、 442) 相关联并且用于输送一个或多个纳米球壳； 至少一个成像机构；以及控制机构，可操作地与每个输送机构和每个成像机构相关联。
16、 根据权利要求15所述的系统(10、 100、 300、 400)，其中， 一个 或多个载体(20)为可摄入胶囊。
17、 根据权利要求16所述的系统(10、 100、 300、 400)，其中，容器 (70、 132、 312、 412、 442)和输送机构作为一个可摄入胶囊的一部分被包括。
18、 根据权利要求17所述的系统(10、 100、 300、 400)，其中，所述成像机构作为附加可摄入胶囊的一部分被包括。
19、 根据权利要求17所述的系统(10、 100、 300、 400)，其中，用于 保留和输送一个或多个附加纳米球壳的附加容器(70、 132、 312、 412、 442) 和输送机构作为所述可摄入胶囊的一部分被包括。
20、根据权利要求16所述的系统(10、 100、 300、 400),其中，容器 (70、 132、 312、 412、 442)、输送机构和成像机构作为一个可摄入胶囊的 一部分被包括。
全文摘要
提供了一种用于识别体内某些靶细胞或组织的系统(10、100、300、400)。系统(10、100、300、400)优选地包括至少一个可摄入胶囊，该胶囊容纳或装载(20)照明模块(30、114、322、422、452)、检测模块(40、124、324、424、434、454)、成像模块(50、326、432、456)、控制模块(60)、或适合于保留和释放一个或多个纳米球壳的容器(70、132、312、412、442)中的至少一个。也提供了利用系统(10、100、300、400)对体内患病或异常细胞和/或组织进行检测、成像或者以其它方式与体内患病或异常细胞和/或组织交互的方法(200)。提供的系统(10、100、300、400)和方法(200)能够提高诊断、治疗和成像技术和有效地区分靶患病或异常细胞或组织与周围健康细胞或组织的灵敏度和特异性。
文档编号A61B5/05GK101309640SQ200680042593
公开日2008年11月19日 申请日期2006年11月14日 优先权日2005年11月18日
发明者B·H·W·亨德里克斯, G·W·吕卡森, L·范彼得森 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司