專利名稱：用于處理細胞的裝置和方法
用于處理細胞的裝置和方法本發明涉及用于處理物體中生物細胞的裝置和方法。脈沖電磁場處理是一種借助強外部電磁場的短脈沖影響生物細胞的方式。在脈沖電磁場處理中，將兩個電極置于包含生物細胞的介質中。然后，將所述脈沖電磁場施加于所述介質。依賴于場強度和脈沖形狀(包括脈沖的持續時間和陡度)，所施加的電磁場可以影響細胞的膜和/或細胞內結構。更特別地，可能出現被稱為電穿孔的過程，這意味著所述細胞膜和/或所述細胞內膜的通透性因為施加于所述介質的電磁場而增加。當電穿孔出現在細胞膜處時，所述細胞膜中的蛋白質通道可能開啟，導致離子濃度變化。這種離子濃度的變化可能導致細胞應激。當所施加的電磁場強度使得跨所述細胞膜的電壓大約是臨界閾值(例如1伏特的閾值)并且持續時間相對短時，所述細胞將自我恢復。該效應可用于例如將材料(例如基因或藥物)局部送遞至所述細胞中。施加可導致更高跨細胞膜電壓的更高電磁場強度，以及/或者施加更長持續時間的場脈沖反而可能造成不可逆的細胞損傷，并且甚至可以最終導致細胞死亡。該效應可以用于處理食物，例如用于果汁的低溫巴氏殺菌，或者在例如癌癥的疾病治療中用于誘導凋亡，即編程性細胞死亡。用于影響介質中生物細胞的細胞膜的臨界閾值可以不同，但一般總計約1伏特。 如果所述細胞的典型大小是約lOym，那么外部施加的電場強度應為lkV/cm的數量級。這是非常高的場強度，實際上難以在待處理的生物細胞中產生足夠強度的電場。此外，由于電極將被置于所述介質內部以能夠在其中生成脈沖電磁場，所述介質的生物細胞應首先在與所述電極接觸的同時被處理，并且僅當所述細胞處理被完成后才可以被置于物體中，即可以被包裝在容器、盒子、包裝物等中。這可相當大地降低所述處理操作的效率。使用電極產生脈沖電磁場的另一缺點是，所述電極可能隨時間而遭腐蝕，這意味著受腐蝕的電極材料最終可能終止于待處理的介質中。同時，在電極處或周圍可能發生電化學反應。這樣的反應可以導致不利的反應殘留物。如果所述介質包括供人消費的食品， 則這可能引起不能接受的健康風險。本發明的一個目標是提供一種用于處理物體中生物細胞的方法和裝置，其中現有技術的上述缺點和/或其他缺點中的至少一項被消除或者至少被減少。本發明的實施方案的更具體目標是提供一種這樣的方法和裝置，即其中能夠以快速且有效的方式處理物體中的生物細胞。本發明的實施方案的更具體目標是提供一種這樣的方法和裝置，即其中可以處理存在于所述物體內部的生物細胞而無需將一個或多個電極置于上述物體中。根據本發明的第一方面，一種用于處理物體中生物細胞的裝置，所述裝置包括-單纏繞線圈元件；-與所述單纏繞線圈元件連接的電發生器(electricalgenerator)，所述單纏繞物被設置為基本上位于所述物體周圍；其中所述電發生器被設置以向所述單纏繞線圈元件中放電，使得所述單纏繞線圈元件通過磁感應在所述單纏繞線圈元件中產生短持續時間的脈沖電磁場，當在操作中所述物體被置于所述單纏繞線圈元件中時，所述電磁場的場強度高至足以影響所述物體中包含的生物細胞的細胞膜和/或細胞內膜，優選增加其通透性。所述裝置可以是無電極的，因此不存在與使用電極有關的缺點。此外，通過將所述物體置于所述線圈元件的單纏繞物內部， 可以在所述物體中不存在任何電元件例如電極的情況下處理所述物體中的生物細胞。因此可以避免產生電磁場的裝置和所述生物細胞之間的接觸。此外，由于所述電磁場是借助短持續時間的磁場誘導的，具有至少lkV/cm(用于影響細胞膜)或至少lOkV/cm(用于影響細胞內膜)的所需場強度的電場可以在相對短的時間內實現。細胞內發生的任何電穿孔可用于不同目的，例如用于將藥物導入所述細胞。為了生成對所述細胞膜和/或所述細胞內膜產生所需效應而需要的短持續時間高強度電磁場，可使用單纏繞線圈元件。使用單纏繞線圈元件和/或同軸設置電路，所述線圈元件和電路的自感可以保持相對較低，這意味著可以在所述線圈元件中實現短上升時間的電流。在該實施方案中，可以容易地實現數十納亨或更小的自感。在一個實施方案中，將所述電磁場無電極地施加于所述物體中的生物細胞。可消除由于電極腐蝕造成的污染風險，該污染風險對于食品來說可導致不能接受的健康風險。在又一實施方案中，所述單纏繞線圈元件具有基本上圓形或卵形的橫截面。該形狀使得可產生這樣的電磁場模式，即其適合用于影響所述生物細胞的細胞膜和/或細胞內膜，優選增加其通透性。在一個實施方案中，所述單纏繞線圈元件基本上是圓柱狀，并且限定了一個接收空間，所述接受空間的大小使得所述包含生物細胞的物體可以被可移除地放置。當所述線圈元件被放置在所述包含生物細胞的物體的周圍或者所述物體被置于所述單纏繞線圈元件的接收空間內部時，施加所述電磁場。所述單纏繞物的圓柱形狀可使得所述物體中的整個內含物均遭受由所述單纏繞線圈元件產生的高電磁場的處理。在一個實施方案中，所述單纏繞線圈元件限定了一個接收空間，所述接受空間的大小使得所述物體可通過所述單纏繞物。所述包含生物細胞的物體可以移動通過所述線圈元件的固定單纏繞物，從而遭受所述電磁場的處理。在另一個實施方案中，所述線圈元件能夠以這樣的方式移動，即所述單纏繞物沿著一個或多個包含生物細胞的靜止物體移動，所述靜止物體通過由所述單纏繞線圈元件限定的接收空間。在甚至又一實施方案中，所述線圈元件包含多個單纏繞物，例如排列成一維、二維或三維陣列。同時，一個或多個物體可以通過所述各個單纏繞物的接收空間，并且/或者所述單纏繞物可以沿所述一個或多個物體移動。在一個實施方案中，所述單纏繞線圈元件被設置成使得所述物體可以被同中心地放置于所述線圈元件中。這可以使得所述物體中包含的生物細胞遭受相對均勻的電磁場的處理，所述電磁場的場強度足以影響所述細胞膜和/或所述細胞內膜。在一個實施方案中，所述單纏繞線圈被設置成在所述細胞和所述單纏繞線圈之間不接觸的情況下影響所述物體中的生物細胞。所述單纏繞線圈和所述待處理的細胞之間不存在物理接觸，可避免應用電極以產生并施加電磁場的裝置的上述缺陷。在一個實施方案中，所述電發生器包含這樣的電容器，即其被布置以在所述單纏繞線圈元件內部生成至少lOkV/cm的電場強度。至少該值的電場強度是影響所述細胞的細胞內膜所需要的。
在一個實施方案中，所述單纏繞線圈元件的纏繞物包含兩個末端，所述兩個末端之間限定了一個間隙。所述間隙的寬度很大程度上決定所述電磁場的模式，以及其影響所述物體中生物細胞的細胞膜和/或細胞內膜的能力，所述物體是置于由所述單纏繞線圈限定的接收空間內部。在一個實施方案中，所述電發生器包含電源、電容器和開關元件，所述開關元件被設置用于在第一階段使所述電容器充電并且在第二階段使所述電容器放電，以在所述單纏繞線圈元件中提供短持續時間的大電流。在一個實施方案中，所述開關元件包含被設置成在預定放電電壓下擊穿的多間隙火花隙開關，優選二間隙火花隙開關。在一個實施方案中，所述電流上升時間是IOns或更小，優選6ns或更小，所述電流的變化速率(dl/dt)為至少lOOA/ns，優選至少150A/ns，所述電流脈沖的幅度為約 500-2000A,并且/或者包含所述單纏繞線圈元件的電路的自感為數十納亨。所述開關元件可由被設置成在預定放電電壓下擊穿的多間隙火花隙開關(優選二間隙火花隙開關)形成。所述電路可以被同軸地設置，使得所述自感保持在最小。這些實施方案使得有可能實現所述電磁場的相對短的持續時間。更具體地，所述單纏繞線圈元件中的電流上升時間可以是IOns或更小，優選6ns或更小。而且，所述電流的變化速率(dl/ dt)為至少lOOA/ns，優選至少150A/ns，導致所述單纏繞線圈元件中電流脈沖的幅度為約 500-2000A。在本發明的實施方案中，所述脈沖的總持續時間是約數百納秒，優選300ns。在一個實施方案中，所述發生器至少部分地被布置在外殼中，并且被加壓至預定的高壓值，優選至少約8bar的壓力。所述電路可以被同軸地設置并保持盡可能小，以保持所述電路的低自感。為了減小所述裝置的大小，更特別是減小所述元件(例如多個火花隙開關)之間的相互距離，所述發生器可以至少部分地被布置在外殼中。然后，將所述外殼加壓至預定的高壓值，例如至少約8bar的壓力。根據另一個方面，提供了所述裝置和包含生物細胞的物體的組合體，所述物體被布置在所述單纏繞線圈元件中。所述物體可以是包含所述生物細胞的組織和任何固體物。 在另一些實施方案中，所述物體是用于支持包含所述生物細胞的介質的支持物(holder)， 例如食品。根據本發明的另一方面，提供了一種用于處理物體中生物細胞的方法，所述方法包括-將所述物體放置在與電發生器連接的單纏繞線圈元件的單纏繞物內部；-使所述電發生器放電至所述單纏繞線圈元件中，以通過所述單纏繞線圈元件中的磁感應產生短持續時間的脈沖電磁場，其中所述電磁場強度高至足以影響所述物體中包含的生物細胞細胞膜和/或細胞內膜，優選高至足以增加所述細胞膜和/或細胞內膜的通透性。優選地，所述方法適合用于增加所述生物細胞的細胞生長速率，以及/或者增加所述生物細胞的代謝活性。有利地，所述生物細胞可以保持在包含它們的介質中。無需將它們轉移至適合用于常規電穿孔的另一介質中。在一個實施方案中，所述方法包括在所述物體中產生電場，所述電場足夠高，優選在所述單纏繞線圈元件內部具有至少lkV/cm的電場強度，以影響所述物體中包含的生物細胞，優選增加它們的細胞膜和/或細胞內膜的通透性。在一個實施方案中，所述方法包括在第一階段使電容器充電，在第二階段使所述電容器放電，以在所述單纏繞線圈元件中提供短持續時間的大電流。在又一實施方案中，所述方法包括增加所述生物細胞的細胞生長速率，和/或增加所述生物細胞的代謝活性。根據本發明的另一方面，提供了一種方法，所述方法包括將脈沖電磁場施加于所述生物細胞，所述電磁場的場強度高至足以影響所述物體中包含的生物細胞的細胞膜和/ 或細胞內膜，優選增加其通透性，其中將所述場施加于所述細胞的持續時間保持在最小處理時間和最大處理時間之間，選擇所述處理時間以增加所述生物細胞的細胞生長速率。可以使用一個或多個前述的單纏繞線圈施加所述脈沖電磁場。然而，所述方法還涵蓋其中所述電磁場以不同方式施加的實施方案，所述不同方式例如但不限于通過使用電極、平行板、 天線或類似的電磁場發生裝置。本發明的進一步的優點、特征和細節根據以下對有效實施方案的描述將會清晰。 所述描述中參照了附圖。

圖1示出本發明的實施方案的總體設計。圖2示出對所述圖的實施方案的更詳細視圖，所述圖的實施方案包括置于所述單纏繞線圈內部的物體。圖3是由圖1和2的單纏繞線圈產生的電場的圖示。圖4和5是使用本發明的實施方案進行的實驗的圖示。圖6是在處理后第3天時MC3T3細胞數量的圖示。圖7是在處理后第3和7天時MC3T3細胞的代謝活性的圖示。圖8的透視原理圖顯示具有接收空間的單纏繞線圈的實施方案，其中布置包含生物細胞的支持物。在許多應用中利用將生物細胞暴露于脈沖電磁場。通常的實施是使用彼此相對布置以形成電磁場的兩個或多個含傳導材料的電極。使用電極將生物細胞暴露于脈沖電磁場的實例可見于用于巴氏殺菌(PEF)、轉染和微箝(micro clamping)、凋亡誘導(nsPEF、sm/ i-PEF、HISDEP、UPSET)的設備等。通常而言，所述生物細胞被暴露于強外部電磁場的短脈沖。該強電磁場由置于包含所述生物細胞的介質中的兩個或多個電極生成。然后，將所述脈沖電磁場施加于所述介質。依賴于場強度和脈沖形狀(包括脈沖的持續時間和陡度)，所施加的電磁場可影響所述生物細胞的細胞膜以及/或者所述細胞內膜和/或結構，并且可導致可逆的或不可逆的作用。在本發明的上下文中，術語細胞間和細胞內可互換使用。施加跨所述細胞膜的低電磁場強度(例如每厘米數伏特，例如20V/cm)可引起所述細胞膜中電壓依賴型通道開啟，引起離子濃度變化。這種離子濃度的變化可導致細胞應激。施加跨所述細胞膜的高電磁場強度(例如每厘米數千伏特，例如lkV/cm)可引起所述細胞膜的通透性增加。所述細胞需要數秒至數小時以從這種通透性增加恢復(可逆擊穿)，或者可能發生細胞死亡(不可逆擊穿)。包括應用外部電磁場的處理可引起所述細胞膜通透性的短暫增加，這可用于轉染和微箝。這樣的處理還可引起永久的不可逆效應，這可用于處理食物，例如用于低溫巴氏殺菌。使用電極有數個缺點
-它是一項侵入性技術，因為所述電極需要直接接觸所述包含生物細胞的介質；-它包含污染風險；并且-它需要在處理所述物體中的生物細胞之前和/或之后的另外步驟，例如以至少降低電擊穿的可能性。由于電極被置于所述介質內部以能夠在其中產生所述脈沖電磁場，所述介質的生物細胞應首先在與所述電極接觸的同時被處理，并且僅當所述細胞處理被完成后才可以被置于物體中，即可以被包裝在容器、盒子、包裝物等中。這可相當大地降低所述處理操作的效率。使用電極產生脈沖電磁場的一個公知缺點是，所述電極可能隨時間而遭腐蝕，這意味著受腐蝕的電極材料最終可能終止于待處理的介質中。同時，在電極處或周圍可能發生電化學反應。這樣的反應可以導致不利的反應殘留物。如果所述介質包括例如供人消費的食品，則該污染風險可引起不能接受的健康風險。通常不能選擇涂敷或遮蓋所述電極以至少降低上述缺點，這是因為所述涂敷或遮蓋將會減弱通過所述包含例如所述待處理生物細胞的介質的電磁場。為了減少所述腐蝕效應，有時使用貴金屬。然而，這不會減少其他缺點。此外，使用電極經常需要另外的步驟，例如將所述細胞暫時放置在包含所述電極的特殊環境(例如電穿孔試管)中。所需要的另外步驟的又一實例是，洗滌細胞并將它們放入無鹽介質中，以至少降低電擊穿的可能性。在處理后，通常必須將所述細胞放回它們的初始環境和/或介質中。生物細胞可以分成兩種類型，真核細胞和原核細胞。這兩種細胞類型之間的重要差異是，原核生物細胞缺少細胞核和細胞器。這意味著DNA游離地漂浮在所述細胞中。這兩種細胞類型均都被膜包圍，包含DNA (其包含制備例如核糖體和RNA的指令)、細胞質和核糖體。核糖體根據信使RNA中保持的模版組建蛋白質。細菌和古生物是原核生物類型。原核細胞的大小通常為0.5μπι至2μπι。動物、植物和真菌是真核生物類型。這些細胞具有細胞核——容納遺傳物質的膜包圍的細胞器——以及也由膜包圍的其他細胞器。兩種重要的細胞器是內質網和線粒體。內質網提供細胞中的轉運，并因此例如可以在肝中將毒物解毒。 線粒體實際上是生活在真核生物內部的細菌(原核生物)，并且包含自己的DNA以復制其自身。它的功能是降解營養物，并從而產生能量。真核生物的細胞大小通常為2 μ m至10 μ m。細胞膜在電穿孔中起到主要作用，并且得到更詳細地解釋。如前所述，所有細胞都被膜包圍。所述膜保護所述細胞的內部，并調節物質的通過。所述膜的主要結構是脂雙層。 脂溶性物質、氧和二氧化碳能夠流過該層。所述膜還包含幫助水溶性物質、葡萄糖和氨基酸通過的其他蛋白。這些蛋白通道中的一些在跨所述細胞膜電壓有變化時開啟或關閉。這些通道被稱為電壓門控離子通道。因此，當施加外部電場時，這些蛋白通道開啟并引起離子濃度的變化。對于真核生物，細胞器也由膜(細胞內膜)圍成。所述細胞內膜也可能受到外部施加的電磁場影響。如以前所提及的，在電穿孔過程中，所述膜的通透性增加。當將外部電磁場施加于所述生物細胞時發生電穿孔。依賴于例如所述膜的充電時間，在所述細胞膜或所述細胞內膜處發生電穿孔。當所述電磁場不是太高(使得跨所述膜的電壓大約為1伏特的臨界閾值)并且持續時間相對短時，所述細胞將自我恢復。電穿孔可以應用于例如基因轉運和藥物送遞。施加更高電磁場強度、更高跨細胞膜電壓以及/或者更長持續時間可造成不可逆的細胞損傷，以及最終的細胞死亡。一般而言，影響所述細胞膜需要至少1伏特的電壓。由于真核細胞的大小是約 ΙΟμπι，跨所述細胞膜的外部電場應為約lkV/cm的數量級。影響所述細胞的細胞內膜所需的膜電壓被發現與影響所述細胞膜所需的電壓是同一數量級，因此是約IV。然而，細胞內結構的大小與所述細胞大小相比小大約10倍。這意味著所述電場強度應該是至少約IOkV/ cm0圖1示出一種實施方案的電路圖，所述電路用于產生影響存在于物體中的介質 (例如乳品盒中的乳)中的生物細胞所需的脈沖電磁場。該電路1包含串聯的電源2(例如電壓電源)、電阻器4、開關元件5和單纏繞線圈6，以及任選的阻尼電阻器12。與電源2并聯布置的電容器3。此外還顯示元件8，其表示電路1的自感。可任選地增加電阻器12，以更加增加通過所述單纏繞線圈的電流的上升時間。在一個實施方案中，所述開關元件由多個火花隙開關組成。多個火花隙開關通常包括由多個間隙分開的傳導電極的布置。當施加合適的電壓時，可以形成火花，導致所述電極之間的介質(例如空氣)電離，并降低所述開關的電阻。然后，電流流過直至所述電離空氣的通路斷開或者所述電流降低至最小電流值以下。參照圖2，單纏繞線圈6包含基本環形的纏繞物10。平行于所述單纏繞線圈6的軸方向11地(例如與所述纏繞物同中心地)放置包含待處理的生物細胞的物體(0)。它可以證明，本發明實施方案的單纏繞線圈6產生的電場(如圖3中場線16所表示的)可以被認為是旋轉場(由場線14表示)和固定場(由場線15表示)的疊加。從下文圖4，可以使所述電場在接近于單纏繞線圈6的空隙19處特別強。圖8示出根據本發明的單纏繞線圈6的實施方案。在該實施方案中，所述單纏繞線圈基本是圓柱狀，更特別是馬蹄鐵形。在一個位置處，所述圓柱壁被間隙19中斷。在所述間隙19的兩側，線圈元件6包含用于連接所述多個火花隙開關的引線的末端25、26。所述線圈元件限定接收空間M，其中可以將物體例如支持物或容器23布置于其中，例如通過將所述支持物或容器向下移動至空間M。在處理所述生物細胞后，通過向下或向上移動所述容器或支持物，可以將包含所述生物細胞的支持物或容器22 (或者更通常是所述物體)從所述接收空間移出。在整個操作過程中，不需要使所述容器或支持物與單纏繞線圈6相接觸。在另一個實施方案中，所述生物細胞被布置在延伸通過所述接收空間的管狀物、 通道或類似通路內部。所述生物細胞沿所述通路轉運。在轉運過程中，它們遭受由單纏繞線圈6產生的高電磁場的處理。所述細胞轉運可能會以批量樣的方式進行，但也考慮到沿一個或多個連續單纏繞線圈6的連續細胞流。在操作中，電壓源2對電容器3充電，引起電壓升高，直至多火花隙開關5的火花隙點燃。所述火花隙開關可以被看作是由指定電壓關閉的開關。該電壓依賴于所述電極的相互距離(間隙)和所述電極之間的介質壓力。較大距離和/或較高(空氣)壓力將引起較高的擊穿電壓。當火花隙5點燃時，電容器3放電至所述單纏繞線圈6中，在其中產生脈沖形狀的電流信號。單纏繞線圈6中的電流產生短且強的磁場，在所述物體中(0)中誘導非常強的電場。所述電路布置的自感(一般約50_150ηΗ)與通過所述電路的電流的上升時間有關 (并因此與所述物體內部形成的電場強度有關)。所述單纏繞線圈本身的電感相當低，例如在1-5ηΗ的數量級。通過單纏繞線圈6的上升電流可產生電場。所述電場強度主要取決于通過單纏繞線圈6的電流的上升時間和幅度。在通過所述電路的電流的上升時間小于IOns (優選6ns 或更小)并且通過所述電路的電流的幅度超過1000A的情況下，所述物體(0)中的電場強度可能會變得大于lOkV/cm。該電場強至足以影響所述物體(0)中存在的細胞。如果所述物體是裝有某種量乳的乳品盒，則所施加的電場可能足以以這樣的方式影響所述細胞，所述方式即可進行對所述乳的低溫巴氏殺菌。進行了一系列試驗來確定對物體的生物細胞施加具有以上指明的電流上升時間的電磁場的效應。所述試驗在源自原代小鼠胚胎成纖維細胞并通過3T3方案培養的3T3細胞上進行。3T3是“3天轉移，接種物3X IO5個細胞”的縮寫。成纖維細胞是哺乳動物細胞 (真核動物型)，并且是結締組織的重要部分。它們可制造結締組織的結構纖維和基質，并在傷口愈合中起作用。將所述3T3細胞培養，然后轉移至孔板，并且在培養2-3天后對所述細胞計數并將其轉移至Eppendorf管中進行測試。進行所謂的劑量響應試驗，其中確定了不同處理時間的效應。所使用的處理時間是1、2、3、4、5、10和15分鐘，(在所述特定的測量設置中)對應于約400和6000之間的脈沖。在這些試驗過程中，所述脈沖源以每秒7個脈沖工作，具有約1200A的峰值電流和約6ns的上升時間。在處理后，將所述未處理的細胞和處理的細胞都放回培養箱中，并且在該孵育過程中定期進行檢查。在從O (即根本沒有處理)至最長15分鐘的不同處理時間后，確定了來自同一樣品的細胞數目。如所預計的，所述細胞數目在10和15分鐘的處理時間時表現出了降低。然而，所述試驗還顯示所述細胞數目在2、4和5分鐘的處理時間時出乎意料地升高，而不是降低。很明顯，所述細胞受到了所述脈沖電磁場的影響。進行了劑量實驗，在處理后，每天通過NucleoCounter計數所述細胞。NucleoCounter是一種檢測結合于細胞核的熒光信號的系統，這是本領域技術人員已知的。該計數步驟的結果顯示于圖4和5中。圖4是所述細胞計數作為處理時間的函數的圖示，處理時間從O分鐘(即根本沒有處理，在對照樣品中)至15分鐘，孵育時間為0、對和48小時。圖5是類似的圖示，顯示 0-15分鐘的處理時間以及72-144小時的孵育時間后的細胞計數。結果顯示，細胞生長在3 和4分鐘的處理時間后增加，并且細胞生長在約10和15分鐘的處理時間后降低。因此，依賴于處理時間，觀察到了對所述細胞生長的顯著效應。對于約2-5分鐘的處理時間，與對照樣品相比，細胞生長似乎增加。對于更長處理時間(即10-15分鐘的處理時間)，與對照樣品相比，所述細胞生長降低。為了測試所述裝置是否能夠影響成骨細胞的生長速率，本發明人開始用MC3T3-E1 細胞測試所述裝置。將MC3T3E-I細胞暴露于所誘導的脈沖電磁場(納秒脈沖持續時間和7Hz的頻率)，維持數分鐘。選擇不同的處理時間來尋找最佳的生長加速。在處理后，將它們以10000 個細胞/cm2的密度鋪板(n = 3)，通過細胞計數測量所述細胞的生長速率(n = 3)，并且經Alamar Blue測量所述代謝活性(n = 3)。在第3天，計數細胞數目并測量它們的代謝活性。如圖6中所示，遭受所述裝置處理的細胞生長顯著快于所述對照細胞(0分鐘)。這些結果得到了所述細胞代謝活性的數據的支持，如圖7中所示。在所述處理的細胞中，它們的活性在第3和7天后都顯著增加。通過顯微觀察，所述處理細胞和對照細胞顯示出類似的形態(數據未顯示)。研究另外兩個細胞系——HeLa細胞和人角化細胞，看它們在遭受電磁場處理后是否也顯示增強的細胞生長。事實上，發現這些細胞也顯示出生長增強。下表總結了與對照相比的生長比率的結果。生長比率> 1表示生長增加，而生長比率< 1表示生長降低。表1細胞生長增加
權利要求
1.一種用于處理物體中生物細胞的裝置，所述裝置包含-單纏繞線圈元件；-與所述單纏繞線圈元件連接的電發生器，所述單纏繞物被設置為基本位于所述物體周圍；其中所述電發生器被設置以向所述單纏繞線圈元件中放電，以使得所述單纏繞線圈元件通過磁感應在所述單纏繞線圈元件中產生短持續時間的脈沖電磁場，當在操作中所述物體被置于所述單纏繞線圈元件中時，所述電磁場的場強度高至足以影響所述物體中包含的生物細胞的細胞膜和/或細胞內膜，優選增加其通透性。
2.權利要求1的裝置，其中所述電磁場被無電極地施加于所述物體中的生物細胞。
3.權利要求1或2的裝置，其中所述單纏繞線圈元件具有基本上圓形或卵形的橫截面。
4.權利要求1、2或3的裝置，其中所述單纏繞線圈元件基本上是圓柱狀，并且限定了一個接收空間，所述接受空間的大小使得所述包含生物細胞的物體可以被可移除地放置。
5.前述權利要求中任一項的裝置，其中所述單纏繞線圈元件限定了一個接收空間，所述接受空間的大小使得所述物體可通過所述單纏繞物。
6.前述權利要求中任一項的裝置，其中所述單纏繞線圈元件被設置成使得所述物體可以被同中心地放置于所述線圈元件中。
7.前述權利要求中任一項的裝置，其中所述單纏繞線圈被設置成在所述細胞和所述單纏繞線圈之間不接觸的情況下影響所述物體中的生物細胞。
8.前述權利要求中任一項的裝置，其中所述電發生器包含電容器，所述電容器被布置以在所述單纏繞線圈元件內部生成至少lOkV/cm的電場強度。
9.前述權利要求中任一項的裝置，其中所述單纏繞線圈元件的纏繞物包含兩個末端， 所述兩個末端之間限定了一個間隙。
10.前述權利要求中任一項的裝置，其中所述電發生器包含電源、電容器和開關元件， 所述開關元件被設置以用于在第一階段使所述電容器充電并且在第二階段使所述電容器放電，以在所述單纏繞線圈元件中提供短持續時間的大電流。
11.權利要求10的裝置，其中所述開關元件包含被設置成在預定放電電壓下擊穿的多間隙火花隙開關，優選二間隙火花隙開關。
12.前述權利要求中任一項的裝置，其中所述電流上升時間是IOns或更小，優選6ns或更小，所述電流的變化速率(dl/dt)為至少lOOA/ns，優選至少150A/ns，所述電流脈沖的幅度為約500-2000A，并且/或者包含所述單纏繞線圈元件的電路的自感為數十納亨。
13.前述權利要求中任一項的裝置，其中所述發生器至少部分地被布置在一個外殼中， 并且被加壓至預定的高壓值，優選至少約Sbar的壓力。
14.前述權利要求中任一項的裝置和包含生物細胞的物體的組合體，所述物體被布置在所述單纏繞線圈元件中，所述物體優選是用于支持包含所述生物細胞的介質的支持物， 例如食品。
15.一種用于處理物體中生物細胞的方法，所述方法包括-將所述物體放置在與電發生器連接的單纏繞線圈元件的單纏繞物內部；-使所述電發生器向所述單纏繞線圈元件中放電，以通過所述單纏繞線圈元件中的磁感應產生短持續時間的脈沖電磁場，其中所述電磁場強度高至足以影響所述物體中包含的生物細胞的細胞膜和/或細胞內膜，優選高至足以增加所述細胞膜和/或細胞內膜的通透性。
16.權利要求15的方法，包括在所述物體中產生電場，所述電場足夠高，優選在所述單纏繞線圈元件內部具有至少lkV/cm的電場強度，以影響所述物體中包含的生物細胞，優選增加它們的細胞膜和/或細胞內膜的通透性。
17.權利要求15或16的方法，包括在第一階段包括使電容器充電和在第二階段使所述電容器放電，以在所述單纏繞線圈元件中提供短持續時間的大電流。
18.權利要求15-17任一項的方法，用于-增加所述生物細胞的細胞生長速率，和/或 -增加所述生物細胞的代謝活性。
19.處理生物細胞的方法，優選權利要求15-18中任一項的方法，所述方法包括將脈沖電磁場施加于所述生物細胞，所述電磁場的場強度高至足以影響所述物體中包含的生物細胞的細胞膜和/或細胞內膜，優選增加其通透性，其中將所述場施加于所述細胞的持續時間保持在最小處理時間和最大處理時間之間，選擇所述處理時間以增加所述生物細胞的細胞生長速率。
全文摘要
本發明涉及一種用于處理物體中生物細胞的裝置，所述裝置包含單纏繞線圈元件；與所述單纏繞線圈元件連接的電發生器，所述單纏繞物被設置為基本位于所述物體周圍；其中所述電發生器被設置以向所述單纏繞線圈元件中放電，使得所述單纏繞線圈元件通過磁感應在所述單纏繞線圈元件中產生短持續時間的脈沖電磁場，所述電磁場的場強度高至足以——當在操作中所述物體被置于所述單纏繞線圈元件中時——影響優選增加所述物體中包含的生物細胞的細胞膜和/或細胞內膜的通透性。
文檔編號C12N15/87GK102341500SQ201080010675
公開日2012年2月1日 申請日期2010年3月3日 優先權日2009年3月3日
發明者A·J·M·佩門, E·斯托夫爾斯, J·W·M·范布里 申請人:埃因霍溫科技大學