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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Stimulation
des Herzes eines Patienten und für
die Abgabe eines vorbestimmten genetischen Materials an Herzzellen,
wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart ist.
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Aus
der Veröffentlichung
von Barr u. a., Gene Theragy, Bd. 1, 1994, S. 51 bis 58, ist eine
durch ein Katheter vermittelte Infusion von Adenoviren mit Replikationsdefizienz
in den koronaren arteriellen Kreislauf in vivo für die Einführung der rekombinanten Genexpression
sowohl in die koronaren Arterien als auch das Myokardium bekannt.
Die perkutane transluminale Genübertragung
in das Herz durch intrakoronare Infusion des Adenovirus mit Replikationsdefizienz
ist als ein relativ nichtinvasives Verfahren der Einführung der
rekombinanten Genexpression sowohl in die koronare arterielle Wand
als auch in das umgebende Mykardium bekannt. Zurückzuführen auf eine derartige intraarterielle
Infusion tritt jedoch eine Infektion mehrerer Zelltypen innerhalb der
koronaren Vaskulatur und des Myokardiums auf.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Der
Herzschrittmacher ist eine umfassend verwendete Vorrichtung, um
verschiedene Herzerkrankungen, wie z. B. das Sick-Sinus-Syndrom,
das "Bradykardie-Tachykardie-Syndrom" und des Herzblocks,
zu behandeln. Die Grundfunktion des Schrittmachers besteht darin,
Reizimpulse an eine oder mehrere der Herzkammern des Patienten abzugeben,
wie und wann es notwendig ist, um Herzdepolarisationen zu initiieren
und folglich eine gewünschte
Herzfrequenz aufrechtzuerhalten, oder um Verbesserungen des Herzzeitvo lumens bei
einer Herzinsuffizienz verursachen. Außer der Abgabe von Reizimpulsen
ist ein weiteres wichtiges Merkmal das Abtasten der Signale des
Herzschlags eines Patienten, wenn sie spontan auftreten, um die
Abgabe der Reizimpulse zu steuern. Folglich verhindert der Demand-Schrittmacher die
Abgabe eines Reizimpulses und setzt den Impulsgenerator im Fall
des Abtastens eines rechtzeitigen spontanen Herzschlags, d. h. einer P-Welle,
die eine atriale Depolarisation ist, oder einer QRS- oder nur R-Welle, die eine ventrikuläre Depolarisation
ist, zurück.
Ein Schrittmacher in der AAI-Betriebsart stimuliert z. B. nur im
Atrium und tastet nur im Atrium ab, wobei er die Abgabe eines Schrittmacherimpulses
verhindert, falls eine rechtzeitige P-Welle abgetastet wird. Die
Hemmungsoperation hängt
notwendigerweise vom zuverlässigen
Abtasten spontaner P-Wellen ab. In einem Doppelkammer-Schrittmacher
werden sowohl die P-Welle als auch die R-Welle abgetastet. Als Beispiele
für Doppelkammer-Schrittmacher
siehe die US-Patente 4.920.965; 4.539.991; und 4.554.921. Ein besonderer
Zweck der Doppelkammer-Schrittmacher kann sein, einen Blockzustand
zu behandeln, in der der natürliche
Schrittmacher des Patienten normal arbeitet, was rechtzeitige atriale
Kontraktionen verursacht, wobei aber das Depolarisationssignal nicht
effektiv zum Ventrikel ausgebreitet wird, um eine folgende ventrikuläre Kontraktion
zu verursachen. In einer derartigen Situation ist der Doppelkammer-Schrittmacher
konstruiert, um die P-Welle
abzutasten und einen synchronisieren ventrikulären Reizimpuls abzugeben, d.
h., einen Impuls, der den Ventrikel nach einer zeitlich gesteuerten
AV-Verzögerung
stimuliert, die die AV-Verzögerung
eines gesunden Herzes approximiert. Es ist zu sehen, dass die zuverlässige Abtastung
der P-Welle für
diesen Typ der Doppelkammer-Stimulation lebenswichtig ist.
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In
einem noch weiteren Typ der Schrittmacheroperation ar beitet der
Schrittmacher in einer als VDD-Betriebsart bezeichneten Betriebsart,
was bedeutet, dass er nur im Ventrikel stimuliert, aber sowohl die P-Wellen
als auch die R-Wellen abtastet, d. h. eine Einzelkammer-Stimulation
aber eine Doppelkammer-Abtastung besitzt. Der Vorteil dieser Betriebsart
besteht darin, dass nur eine Leitung im Herz des Patienten positioniert
werden muss, weil an das Atrium keine Schrittmacherimpulse abgegeben
werden. Die VDD-Leitung besitzt die normale Elektrode oder das normal
Elektrodenpaar an seinem distalen Ende für die Positionierung im Ventrikel;
wobei sie eine "schwebende" Elektrode (oder
ein "schwebendes" Elektrodenpaar)
proximal zur Spitze und so positioniert besitzt, dass sie sich im
Atrium befindet, um die P-Welle abzutasten. Siehe z. B. US-Patent
Nr. 5.127.694. Weil jedoch eine derartige schwebende Elektrode nicht
notwendigerweise in das Myokardium eingebettet oder an das Myokardium
angrenzend positioniert ist, ist die abgetastete P-Welle nicht so stark
wie für
den Fall, in dem eine separate atriale Leitung verwendet wird, wobei
folglich die Zuverlässigkeit der
Abtastung der P-Welle noch geringer ist.
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Die
atriale Abtastung wird außerdem
infolge der niedrigen Amplituden der P-Wellen, die im Allgemeinen
verfügbar
sind, und des Vorhandenseins relativ großer Fernfeld-QRS- und anderer "Rausch"-Signale als ein
signifikantes Problem betrachtet. Es ist im Allgemeinen akzeptiert,
dass die Amplituden der atrialen P-Wellen infolge der Unterschiede
der Muskelmasse in der Nähe
der Elektroden im Vergleich zu ventrikulären R-Wellen relativ niedrig
sind. Das heißt,
die ventrikulären
R-Wellen sind groß,
weil es um die Elektrode ein großes Volumen des Myokardiums
gibt, wohingegen das atriale Signal klein ist, weil das zugrundeliegende
Gewebe relativ dünn
ist. Folglich ist für
jedes Schrittmacher-System, das die P-Welle abtastet, wie z. B.
ein AAI-Schrittmacher oder jeder Schrittmacher mit Doppelabtastbetriebsart,
das zuverlässige
Abtasten der P-Wellen
ein Hauptproblem, für
das eine Verbesserung lange gesucht worden ist.
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Hinsichtlich
der Quelle der P-Welle wird angegeben, dass nicht der Muskel selbst
abgetastet wird, sondern die elektrischen Potentiale, die sich aus
der Depolarisation einzelner Myokardzellen ergeben, d. h., ein positiver
Nettoionenfluss durch spezialisierte Membranproteine, die als spannungs-torgesteuerte
Innenkanäle bezeichnet
werden, wie z. B. die Natriumkanäle,
in die Myokardzellen. Mehr Muskelmasse bedeutet, dass sich mehr
Membrankanäle
in dem an die Elektroden angrenzenden Bereich befinden. Die an die
atriale Elektrode angrenzende Muskelmasse kann jedoch nicht vergrößert werden.
Die P-Welle könnte
jedoch vergrößert werden,
falls die Anzahl der leitenden Membrankanäle innerhalb der angrenzenden
Muskelmasse vergrößert werden
kann. Die Natriumkanäle
sind Transmembran-Proteine,
die für
den schnellen Transport der Na+-Ionen durch
die Zellmembranen verantwortlich sind, der in vielen Zelltypen der
Depolarisation des Wirkungspotentials zugrundeliegt. Insbesondere
sind die schnellen Natriumkanäle
des Nerzes für
den Aufwärtshub
oder die Phase 0 des Wirkungspotentials in den Myokardzellen verantwortlich.
Fozzard u. a., Circ. Res., 1985, 56, 475-485. Vor kurzem ist ein
spannungsabhängiger
Natriumkanal des menschlichen Nerzes, hH1, geklont, sequentialisiert
und funktional ausgedrückt
worden. Gellens u. a., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992, 89, 554-558.
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Die
Gentherapie hat sich außerdem
vor kurzem als ein leistungsfähiger
Zugang herausgestellt, um verschiedene Krankheiten der Säugetiere
zu behandeln. Es ist vor kurzem demonstriert worden, dass die direkte Übertragung
genetischen Materials in das Myokardgewebe in vivo ein effektives
Verfahren ist, um ein gewünschtes
Protein auszudrücken.
Es ist z. B. gezeigt worden, dass die direkte Myokard-Transfektion
der Plasmid-DNS durch direkte Injektion in das Herz sowohl von Kaninchen
und Schweinen (Gal u. a., Lab. Invest., 1993, 68, 18-25) als auch
von Ratten (Acsadi u. a., The New Biol., 1991, 3, 71-81) zur Expression
besonderer Reportergenprodukte führt.
Außerdem
ist die direkte in vivo Genübertragung
in Myokardzellen durch direkte Injektion adenoviraler Vektoren in
das Myokardium ausgeführt
worden. French u. a., Circulation, 1994, 90, 2415-2424, und die
PCT-Veröffentlichung
WO 94/11506.
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DE 42 19 083 C1 bezieht
sich auf eine Endocardelektrode für die Verabreichung von Medikamenten, die
ein Ankerelement in der Form einer hohlen Spirale enthält, das
verwendet wird, um ein Fluid von einem Vorrat am distalen Ende der
Elektrode zuzuführen,
was durch die Spirale selbst unter Verwendung einer Kapillarwirkung
bereitgestellt werden kann. Die Spirale hat angrenzend an ihren
Befestigungspunkt am Elektrodenkopf eine Lüftungsöffnung, die wenigstens eine
auf einen Teil ihrer Oberfläche
aufgetragene Mikrokugelschicht enthält, um das Fluid zu speichern.
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Gemäß dem Obigen
schafft diese Erfindung ein System für die Verbesserung der atrialen
und/oder ventrikulären
Abtastfunktion eines Herzschrittmachers, d. h., der Verbesserung
des Rauschabstands der Herzsignale, und insbesondere der abgetasteten
P-Welle, durch gleichzeitige genetische Behandlung, wodurch die Anzahl
der Ionenkanäle,
die für
die Depolarisation der atrialen oder ventrikulären Myokardzellen verantwortlich sind,
vergrößert wird.
Die Erfindung des Anmelders ist auf Abgabesysteme gerichtet, um
das genetische Material eines Ionenkanalproteins in die Myokardzellen
einzuführen,
die an die Position der atrialen und ventrikulären Elektrode angrenzen oder
ihr am nächsten
liegen. Bei jeder besonderen Anwendung wird das genetische Material
so angeordnet, um einen maximalen Nutzen für das Abtasten der P-Wellen
oder anderer Herzsignale zu schaffen, wobei die verwendete Schrittmacher-Leitung,
d. h. für
ein AAI-Schrittmachersystem, eine Leitung ist, die an der atrialen
Wand befestigt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit dem Obigen ist es eine primäre
Aufgabe der beanspruchten Erfindung des Anmelders, Abgabesysteme
für die
Verbesserung der Abtastung des Herzschrittmachersignals zu schaffen.
In einer besonderen Ausführungsform
schafft die beanspruchte Erfindung Abgabesysteme zur Verbesserung
der Abtastung der P-Welle des Herzschrittmachers. Wenn ein Patient
identifiziert wird, bei dem der Rauschabstand für die atriale oder ventrikuläre Abtastung
problematisch ist, wird ein genetisches Material eines Ionenkanalproteins
so ausgewählt,
dass die Expression eines ausgewählten
Ionenkanalproteins in an die Position der atrialen oder ventrikulären Elektrode
angrenzenden Zellen den Rauschabstand für die Abtastung der Herzsignale
korrigiert oder verbessert. Vorzugsweise kann die Expression eines
ausgewählten
Ionenkanalproteins den Rauschabstand für die Abtastung der Herzsignale
in den Ventrikeln oder in den Atrien oder sowohl in den Ventrikeln
als auch in den Atrien aller Personen mit Schrittmachern verbessern
oder korrigieren, insbesondere derjenigen Personen, für die ein
niedriger Rauschabstand für
die Abtastung der P-Wellen diagnostiziert worden ist. Die Verbesserung
oder die Korrektur der Abtastung der P-Wellen kann sich durch eine Zunahme
der Amplitude der P-Welle
oder anderer Eigenschaften des Herzsignals manifestieren und folglich
zu einer Zunahme des Rauschabstands des im atrialen Abtastkanal
des Schrittmachers abgetasteten Signals führen. Die Abgabe des genetischen
Materials eines Ionenkanalproteins kann sowohl durch Anpassung der
verfügbaren Schrittmacherleitungen,
wie z. B. der AAI- oder
DDD-Leitungen, als auch durch spezifische Modifikation der Leitungen
und Katheter ausgeführt
werden. Die Abgabe des genetischen Materials kann durch eine Pumpe ausgeführt werden
oder kann passiv sein.
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Das
in dem System und dem Verfahren dieser Erfindung verwendete genetische
Material eines Ionenkanalproteins umfasst rekombinante Nukleinsäuremoleküle, die
ein Nukleinsäuremolekül umfassen,
das das Ionenkanalprotein codiert, das in ein Abgabevehikel eingefügt ist,
wie z. B. Plasmide oder adenovirale Vektoren, und die geeigneten
Regulationselemente. Alternativ umfasst das genetische Material
eines Ionenkanalproteins das Ionenkanalprotein selbst. Die Expression
des gewünschten
Ionenkanalproteins aus den rekombinanten Nukleinsäuremolekülen wird
durch Promoter, vorzugsweise herzgewebespezifische Promoter-Enhancer,
gesteuert, die mit dem Nukleinsäuremolekül betriebsfähig verbunden
sind, das das Ionenkanalprotein codiert. Das Leitungsprotein ist
vorzugsweise ein Natriumionenkanalprotein, wie z. B. das spannungsabhängige Natriumkanal-hH1,
das verwendet wird, um den Rauschabstand der Herzsignale und insbesondere
der Abtastung der atrialen P-Wellen zu korrigieren oder zu verbessern.
Das genetische Material eines Ionenkanalproteins wird an an die
atriale oder ventrikuläre
Elektrode innerhalb des Herzes angrenzende spezifische Stellen durch
Perfusion oder Injektion einer therapeutisch wirksamen Menge abgegeben,
die die Menge ist, die den Rauschabstand des Herzsignals der an
die Elektrode angrenzenden Myokardzellen korrigiert oder verbessert.
Die therapeutisch wirksame Menge kann auf Wunsch an die spezifische
Stelle im Herz in einer einzigen Dosis oder in mehreren Dosen abgegeben werden.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Abgabesystem für die Abgabe einer therapeutisch
wirksamen Menge eines vorbestimmten genetischen Materials eines
Ionenkanalproteins an eine an die atriale oder ventrikuläre Elektrode
angrenzende identifizierte Herzstelle, wobei das genetische Material
für das
Verstärken
des speziellen Herzsignals, wie z. B. der P-Welle, von den Herzzellen,
an die es abgegeben wird, ausgewählt
wird, wobei es folglich den von der Abtastelektrode empfangenen
kardialen Rauschabstand verbessert oder korrigiert. Das Abgabesystem
enthält
das ausgewählte
genetische Material, das in einem Vorratsbehälter enthalten ist, und ein
Katheter- oder Elektroden-Untersystem für die Abgabe des genetischen
Materials aus dem Vorratsbehälter
an die identifizierte Herzstelle, um mit mehreren Zellen in der
Nähe der
Abtastelektrode in Kontakt zu kommen.
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Das
Abgabesystem kann einen externen Vorratsbehälter verwenden, um das genetische
Material bereitzustellen, oder es kann alternativ einen implantierbaren
Vorratsbehälter
verwenden. In jeder Ausführungsform
kann ein steuerbarer Pumpenmechanismus vorgesehen sein, um therapeutische
Dosen des genetischen Materials aus dem Vorratsbehälter durch
einen Katheter oder eine Elektrode zur ausgewählten Herzstelle zu übertragen.
Die Pumpe kann eine Mini- oder Mikropumpe sein, die sich innerhalb
des Abgabesystems befindet. Anstatt einen Pumpenmechanismus zu verwenden,
kann alternativ das genetische Material eines Ionenkanalproteins
passiv an die an die geeignete Elektrode angrenzende geeignete Stelle
abgegeben werden. Das Katheter-Untersystem kann ein Typ für die direkte
Einführung
in das Mykardium, wie bei einem transthorakalen Verfahren, oder
bevorzugter ein Endokardkatheter mit einem distalen Spitzenabschnitt,
der so beschaffen ist, um das genetische Material von innerhalb
einer Herzkammer im Myokardium zu positionieren und in das Myokardium
zu injizieren, sein. In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt die distale
Spitze des Katheters eine normalerweise zurückgezogene schraubenförmige Nadel,
die ausziehbar ist, wenn sie in der Nähe der ausgewählten Stelle
positioniert ist, um in das Herz geschraubt zu werden. Die Nadel
ist hohl und mit dem Lumen des Katheters verbunden, um das gepumpte
genetische Material aufzunehmen; sie besitzt einen oder mehrere
Anschlüsse,
um das genetische Material für
die Transduktion in den an die Abtastelektrode angrenzenden Herzbereich
effektiv freizugeben. In dem Fall eines Elektroden-Untersystems
wird eine implantierbare Elektrode anstelle des Katheter-Untersystems
verwendet, die Arzneimittel, wie z. B. Steroide, und andere bioaktive
Wirkstoffe, wie z. B. das genetische Material eines Ionenkanalproteins,
abgeben kann. Derartige implantierbare Elektroden mit Fähigkeiten
zur Verabreichung von Arzneimitteln sind in den US-Patenten 4.711.251,
5.458.631, 4.360.031 und 5.496.360 dargelegt. Das Abgabesystem kann
für eine
Behandlung verwendet und dann entfernt werden, oder es kann für nachfolgende
Behandlungen implantiert werden, wobei es im letzteren Fall durch
eine Vorrichtung vom Typ eines externen Programmierers steuerbar
ist. Das Katheter- oder Elektroden-Untersystem ist mit einer Schrittmacherleitung
kombiniert, um die Herzsignale des Patienten abzutasten und um die
Reizimpulse bereitzustellen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Ablaufplan, der die hauptsächlichen
Schritte darstellt, die bei der praktischen Ausführung dieser Erfindung eingeschlossen
sind, einschließlich
des Auswählens
eines geeigneten genetischen Materials, des Positionierens des Abgabesystems
an der Herzwand und des Ausdrückens
des genetischen Materials in einer geeigneten Dosis in die bestimmte
Stelle.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines Abgabesystems gemäß dieser
Erfindung, die die Abgabe des genetischen Materials in das Herz
eines Patienten an der gewählten
Stelle unter Verwendung eines Katheter-Untersystem veranschaulicht.
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3 ist
eine schematische Zeichnung des distalen Abschnitts eines Katheters,
der verwendet werden kann, um eine Lösung, die das gewählte genetische
Material trägt,
in das Herz eines Patienten zu injizieren.
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4 veranschaulicht
das distale Ende eines Katheters, der einen distalen Abschnitt besitzt,
der eine osmotische Pumpe einschließt.
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5A ist
eine schematische Darstellung eines Abgabesystems gemäß dieser
Erfindung, das eine kombinierte Katheter- und Schrittmacher-Leitung
mit einer separaten Pumpe aufweist; 5B ist
eine weitere Ausführungsform
eines kombinierten Schrittmacherleitungs- und Abgabe-Katheters, der einen
Vorratsbehälter aufweist,
der sich am distalen Ende des Katheters befindet.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
Erfindung des Anmelders schafft Abgabesysteme, um die Abtastung
von Herzsignalen zu korrigieren oder zu verbessern, insbesondere
den Rauschabstand der atrialen P-Welle,
und folglich das Abtasten eines Schrittmachers zu verbessern. Ein
problematischer Rauschabstand für
P-Wellen ergibt
sich aus der von Natur aus niedrigen Amplitude einer im Atrium erzeugten
P-Welle, dem Rauschen vom ventrikulären QRS-Komplex, dem Muskelrauschen,
dem Rau schen von anderen Quellen oder einer Kombination daraus. Der
Rauschabstand wird durch Routinetechniken und herkömmliche
Techniken bestimmt, die dem Fachmann bekannt sind. Sobald das spezifische
Problem bei einem speziellen Patienten identifiziert worden ist,
z. B. in irgendeinem Patienten mit einem Schrittmacher oder jemandem,
der einen Schrittmacher empfangen soll, wird das genetische Material
eines Ionenkanalproteins so ausgewählt, dass die Expression eines
ausgewählten
Ionenkanalproteins die Amplitude der Herzsignale korrigiert oder
verbessert und folglich den kardialen Rauschabstand verbessert oder
korrigiert. Das genetische Material eines Ionenkanalproteins umfasst
entweder das Ionenkanalprotein selbst oder rekombinante Nukleinsäuremoleküle, die
ein Nukleinsäuremolekül umfassen,
das das Ionenkanalprotein codiert, das in ein Abgabevehikel eingefügt ist,
wie z. B. ein Plasmid, ein Cosmid, einen YAC-Vektor, virale Vektoren
und dergleichen, und die geeigneten Regulationselemente. In bevorzugten
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist das Nukleinsäuremolekül, das das Ionenkanalprotein
codiert, eine Codierungssequenz-cDNS mit voller Länge eines
Ionenkanalproteins, wobei es in einen plasmiden oder adenoviralen
Vektor, wie z. B. pGEM3 oder pBR322 bzw. Ad5, eingefügt ist.
Die Regulationselemente können
die Expression in Säugetierzellen,
spezifisch menschliche Zellen, lenken. Die Regulationselemente enthalten
einen Promoter und ein Polyadenylation-Signal. Die Expression des
gewünschten
Ionenkanalproteins wird vorzugsweise durch herzgewebespezifische
Promoter-Enhancer gesteuert, die mit dem Nukleinsäuremolekül betriebsfähig verbunden
sind, das das Ionenkanalprotein codiert. Das Ionenkanalprotein ist vorzugsweise
ein Natriumkanalprotein, wie z. B. der spannungsgesteuerte hH1-Natriumkanal,
der verwendet wird, um den kardialen Rauschabstand zu korrigieren
oder zu verbessern. Das genetische Material eines Ionenkanalproteins
wird vorzugsweise in einer pharmazeu tischen Zusammensetzung abgegeben,
die z. B. das genetische Material eines Ionenkanalproteins in einem
Volumen eines phosphat-gepufferten salinischen Mittels mit 5 Sucrose
enthält.
In einigen Ausführungsformen
wird das genetische Material eines Ionenkanalproteins mit dem genetischen
Material, das die Na+/K+-Pumpe
codiert, abgegeben, das außerdem
in ein geeignetes Abgabevehikel eingefügt ist. Das genetische Material
eines Ionenkanalproteins kann außerdem separat oder in Kombination
mit antiarrhythmischen Arzneimitteln der Klasse I und Klasse IV
abgegeben werden, von denen gezeigt worden ist, dass sie die Natriumkanal-mRNS-Expression
vergrößern. Das
genetische Material eines Ionenkanalproteins wird an an die atriale
oder ventrikuläre
Elektrode angrenzende spezifische Stellen innerhalb des Herzes durch
Perfusion oder Injektion einer therapeutisch wirksamen Menge abgegeben,
die die Menge ist, die den kardialen Rauschabstand korrigiert oder
verbessert. Vorzugsweise korrigiert oder verbessert die therapeutisch
wirksame Menge den Rauschabstand der P-Wellen. Die therapeutisch
wirksame Menge kann auf Wunsch in einer einzigen Dosis oder in mehreren
Dosen unter Verwendung der Abgabesysteme der Erfindung an die spezifische
Stelle im Herz abgegeben werden.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst ein Abgabesystem für die Abgabe einer therapeutisch
wirksamen Menge des genetischen Materials eines Ionenkanalproteins
an eine an die atriale oder ventrikuläre Elektrode angrenzende spezifische
Stelle des Herzes in einer derartigen Weise, um die Amplitude des
Herzsignals zu vergrößern und
folglich den Rauschabstand zu verbessern oder zu korrigieren. In
einer ersten Ausführungsform
umfasst das Abgabesystem im Wesentlichen ein Vorratsbehälter-Untersystem,
um das genetische Material zu halten, und ein Katheter-Untersystem,
das mit dem Vorratsbehälter-Untersystem
in Verbindung steht, um das genetische Material an der und um die identifizierte
Stelle des Herzes zu plazieren. In einer weiteren Ausführungsform
umfasst das Abgabesystem im Grunde ein Vorratsbehälter-Untersystem,
um das genetische Material zu halten, und ein Elektroden-Untersystem,
das mit dem Vorratsbehälter-Untersystem
in Verbindung steht, um das genetische Material in und um die identifizierte
Stelle des Herzes zu plazieren. Wie aus der folgenden Erörterung
einiger bevorzugten Ausführungsformen
ersichtlich ist, können
das Vorratsbehälter-Untersystem
und das Katheter-Untersystem oder das Elektroden-Untersystem getrennt
sein oder sie können
kombiniert sein. Vorzugsweise enthält der Vorratsbehälter bis
zu 25 ml eines genetischen Materials für die Abgabe an das Myokardium.
In einigen Anwendungen wird nur ein Bolus von etwa 0,1-10 ml oder
bevorzugter 1-5 ml an die Zielgebiete abgegeben. In anderen Anwendungen,
wie z. B. in den, bei denen das Ionenkanalprotein in wiederholten
Dosen abgegeben wird, können
25 ml oder mehr verwendet werden. Außerdem kann das genetische
Material in einer salinischen Lösung,
wie z. B. einem phosphat-gepufferten salinischen Mittel (PBS), verdünnt sein,
wobei der Vorratsbehälter
die verdünnte
Lösung
für die
gesteuerte Abgabe enthält.
Es ist außerdem
selbstverständlich,
dass der Vorratsbehälter
und die zugeordnete Steuervorrichtung, abhängig von den Umständen, z.
B. ob die abgemessenen Dosen dem Patienten während einer Zeitdauer zu verabreichen
sind oder ob die Abgabe des genetischen Materials im Wesentlichen
eine einmalige Behandlung ist, entweder in den Körper implantierbar oder außerhalb
des Körpers
befindlich sein können.
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In 1 sind
die bei der praktischen Ausführung
dieser Erfindung eingeschlossenen hauptsächlichen Schritte im Ablaufplan
gezeigt. Die veranschaulichten Schritte werden nach der anfänglichen
Diagnose eines Patienten mit einem problematischen Signal-Rausch-Verhältnis bzw.
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Rauschabstand
der P-Wellen ausgeführt,
der sich aus einer niedrigen Amplitude der im Atrium erzeugten P-Welle,
dem Rauschen aus dem ventrikulären
QRS-Komplex, dem Rauschen von anderen Quellen oder einer Kombination
daraus ergeben kann. Die Diagnose kann z. B. durch Elektrokardiographie-Verfahren ausgeführt werden.
Vorzugsweise werden die Schritte im Zusammenhang mit allen Patienten,
die Herzschrittmacher besitzen, ausgeführt. Wie im Block 30 veranschaulicht
ist, besteht der nächste
Schritt darin, das geeignete genetische Material eines Ionenkanalproteins
auszuwählen.
Diese Auswahl liefert das "im
Voraus gewählte
genetische Material".
Als Nächstes
wird das genetische Material eines Ionenkanalproteins hergestellt,
wie im Block 31 veranschaulicht ist, entweder im Fall eines
rekombinanten Nukleinsäuremoleküls durch
Einfügen
der Nukleinsäuremoleküle, die
das geeignete Ionenkanalprotein codieren, in ein Abgabevehikel mit
geeigneten Regulationselementen oder im Fall des Ionenkanalproteins
selbst durch Ausdrücken
des Ionenkanalproteins aus einem Expressionsvektor. Wie im Block 32 gezeigt
ist, besteht der nächste
Schritt darin, das Abgabesystem mit einer therapeutisch wirksamen
Menge des genetischen Materials eines Ionenkanalproteins vorzubereiten
und zu beladen. Wie im Block 33 veranschaulicht ist, umfasst
der nächste
Schritt das Einführen
des Katheters oder eines anderen Abgabe-Untersystem, wie z. B. des
Elektroden-Untersystems, in das Herz des Patienten und dessen Positionieren
an der Herzwand. Wie im Block 34 gezeigt ist, umfasst der
nächste
Schritt das Verabreichen der therapeutisch wirksamen Menge an den
Patienten, indem mit der an die atriale oder ventrikuläre Elektrode
angrenzenden geeigneten Stelle im Herz unter Verwendung des hierin
beschriebenen Abgabesystems der Kontakt hergestellt wird. Ein alternatives
Verfahren des Verabreichens der therapeutisch wirksamen Menge des
genetischen Materials eines Ionenkanalproteins besteht darin, es
direkt in das Herz des Patienten zu injizieren. Der nächste Schritt,
der im Block 35 gezeigt ist, besteht darin, den Patienten
in einer Standardweise zu stimulieren, z. B. die synchrone Doppelkammer-Stimulation,
die das Abtasten der P-Wellen des Patienten und das Abgeben synchronisierter
ventrikulärer
Reizimpulse enthält,
oder die AAI-Stimulation. In Übereinstimmung
mit diesem Schritt kann es bevorzugt sein, die Empfindlichkeit des
atrialen oder ventrikulären
Abtastkanals in Übereinstimmung
mit der beobachteten Herzsignalamplitude einzustellen. Der letzte Schritt 36,
der optional ist, besteht darin, die Reaktion des Patienten auf
die Behandlung zu bewerten, z. B. durch das Messen die Amplitude
des Herzsignals, z. B. der P-Welle,
durch herkömmliche
elektrokardiographische Techniken, wie z. B. durch Telemetrie vom
implantierten Impulsgenerator. Die Empfindlichkeit kann dann entsprechend
eingestellt werden.
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In 2 ist
eine veranschaulichende Ausführungsform
eines Abgabesystems gezeigt, das für bestimmte Anwendungen dieser
Erfindung nützlich
ist, z. B. wenn größere Mengen
des genetischen Materials allein oder in Lösung verwendet werden. Ein
Katheter 38, vorzugsweise ein transvenöser Katheter, enthält einen
länglichen
Katheterkörper 40,
geeignet eine isolierende äußere Hülle; die
aus Polyurethan, Teflon, Silicon oder einem anderen annehmbaren
biokompatiblen Kunststoff hergestellt sein kann. Der Katheter besitzt
ein (in 3 veranschaulichtes) Standardlumen,
das sich der Länge
nach durch ihn erstreckt, das mit einem hohlen schraubenförmigen Nadelelement 44 in
Verbindung steht, das so beschaffen ist, dass es in das Myokardium
des Patienten geschraubt werden kann. Das äußere distale Ende des schraubenförmigen Elements 44 ist offen
oder porös,
wobei folglich erlaubt wird, dass das genetische Material in fluider
Form aus dem Ende verabreicht wird, wie im Folgenden im Zusammen hang
mit 3 ausführlicher
erörtert
ist. Am proximalen Ende des Katheters befindet sich eine Verbindung 46,
an die ein Luer-Lock 48 gekoppelt ist. Der Luer-Lock 48 ist
an das proximale Ende der Hülle 40 gekoppelt
und nimmt den Lumen auf. An dem Luer-Lock ist eine drehbare Halterung 50 angebracht,
die die Drehung des Katheters bezüglich des Luer-Locks 52 erlaubt.
Der Luer-Lock 52 ist wiederum durch das Steuerelement 54 an
ein Rohr 58 gekoppelt, das durch die Strömungssteuerung 57 und
das Filter 56 mit dem Vorratsbehälter 55 geeignet in
Verbindung steht. Der Vorratsbehälter 55 enthält einen Vorrat
des ausgewählten
genetischen Materials. Die Steuerelemente 57 und 54 werden
für die
Einstellung des Drucks und der Strömungsgeschwindigkeit verwendet,
wobei sie mechanisch oder elektronisch gesteuert werden können. Folglich
kann die Einheit 54 oder 57 verwendet werden,
um entweder die Rate der Abgabe, die Größe der Dosierung oder beides
zu steuern. Die Steuereinheit 54 kann programmiert sein,
um automatisch vorbestimmte Dosen auf einer zeitlich gesteuerten
Grundlage freizugeben. Ferner kann für ein implantiertes System
die Steuereinheit 54 von einem externen Programmierer aktiviert
werden, wie bei 53 veranschaulicht ist. Es wird für eine ausführlichere
Beschreibung einer derartigen Vorratsbehälter- und Katheter-Kombination auf
die internationale Anmeldung Bezug genommen, die unter dem PCT,
internationale Veröffentlichungs-Nr. WO 95/05781,
veröffentlicht
worden ist. Es selbstverständlich,
dass ein derartiges System für
diese Erfindung nützlich
ist, in erster Linie für
Anwendungen, bei denen größere Fluidmengen
auszudrücken
sind, z. B. wenn eine verdünnte
salinische Lösung
verwendet wird, um einen ausgewählten
Bereich zu waschen oder zu perfusionieren.
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In 3 ist
in erweiterter Ausführlichkeit
ein Schema des distalen Endes des Katheters nach 2 gezeigt,
das die Verbindung des schraubenförmigen Elements 44 mit
dem Inneren des Katheters veranschaulicht. Wie veranschaulicht ist,
ist die schraubenförmige
Nadel 44 mit einem internen Lumen 59 versehen,
das mit dem internen Lumen 63L der durch das Rohr 63 ausgebildeten
Leitung in Verbindung steht. In dieser Ausführungsform kann das schraubenförmige Element 44 außerdem eine
Schrittmacher-Elektrode sein, die in diesem Fall aus einem leitenden
Material ausgebildet und mit dem Spitzenelement 41 verschweißt oder
anderweitig am Spitzenelement 61 befestigt ist. Das Spitzenelement 61 ist
wiederum mit der Spule oder den Spulen 64, 65 elektrisch
verbunden, die sich in der Länge
der Leitung erstrecken und mit einem Schrittmacher verbunden sind.
Eine äußere Membran 60 bildet
die Außenwand
des länglichen
Katheterkörpers 40,
wie in 2 gezeigt ist. In 3 besitzt
das Element 44 einen Auslass 75, durch den das
genetische Material ausgedrückt werden
kann, und Löcher
oder Anschlüsse 76, 77 und 78,
die außerdem
verwendet werden können,
um Auslassöffnungen
für das
genetische Material zu schaffen, das unter einem geeigneten Druck
von null bis etwa eine Atmosphäre
vom (in 2 gezeigten) Vorratsbehälter 55 durch
das Lumen 59 und die Steuerelemente zugeführt wird.
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In
der Praxis wird ein Katheter 38 mit der in den 2 und 3 veranschaulichten
Form zur gewünschten
Stelle für
die Behandlung vorgeschoben, die z. B. an die Stelle angrenzend
ist, an der die Abtastelektrode positioniert werden soll. Der Katheter
kann zur angegebenen Stelle geführt
werden, indem ein durch einen steuerbaren oder führbaren Katheter weitergegeben
wird, der ein Aufnahmelumen besitzt, wie z. B, im US-Patent Nr.
5.030.204 offenbart ist; oder mittels eines Führungskatheters mit fester
Konfiguration, wie er im US-Patent
Nr. 5.104.393 veranschaulicht ist. Alternativ kann der Katheter
zur gewünschten
Stelle innerhalb des Herzes mittels eines ablenkbaren Stylets, wie
es in der PCP- Patentanmeldung
WO 93/04724, veröffentlicht
am 18. März
1993, offenbart ist, oder durch einen ablenkbaren Führungsdraht,
wie er im US-Patent Nr. 5.060.660 offenbart ist, vorgeschoben werden.
In einer noch weiteren Ausführungsform
kann das schraubenförmige
Element 44 normalerweise innerhalb einer Hülle zum
Zeitpunkt des Führens
des Katheters in das Herz des Patienten zurückgezogen und für das Schrauben
in das Herz durch die Verwendung eines Stylets ausgefahren werden.
Derartige ausdehnbare schraubenförmige
Anordnungen sind in der Technik der Schrittmacher wohlbekannt und
kommerziell verfügbar.
-
Es
ist selbstverständlich,
dass andere Formen der Vorratsbehälter-Untersysteme und Katheter-Untersysteme
innerhalb des Umfangs bzw. Schutzbereichs dieser Erfindung liegen.
Die Vorratsbehälter-Ausführungsform
enthalten z. B. ausspülbare
Elektroden für
die Verabreichung von Arzneimitteln, wie z. B, diejenigen, die im
US-Patent 4.360.031 beschrieben sind; elektrisch steuerbare, nicht
verstopfende Körperimplantations-Arzneimittelabgabesysteme,
wie z. B. diejenigen, die im US-Patent Nr. 5.041.107 beschrieben
sind; implantierbare Arzneimittelinfusions-Vorratsbehälter, wie
z. B. diejenigen, die im US-Patent Nr. 5.176.641 beschrieben sind;
Medizin-Abgabevorrichtungen, wie z. B. diejenigen, die im US-Patent
5.443.450 beschrieben sind; Infusionspumpen, wie z. B. die von Medtronic,
Inc., hergestellte SYNCHROMED®, und osmotische Pumpen,
wie z. B. diejenigen, die von Alza hergestellt werden.
-
In 4 ist
als Veranschaulichung eine weitere Ausführungsform eines Abgabesystems
mit einem kombinierten Katheter und Vorratsbehälter gezeigt, das für Anwendungen
nützlich
ist, die die Abgabe eines relativ kleinen Bolus des genetischen
Materials, z. B. 1-5 ml, umfassen. 4 veranschaulicht
das distale Ende eines Katheters, das einen distalen Abschnitt 70 aufweist,
der eine osmotische Pumpe einschließt. Siehe US-Patent 4.711.251, übertragen
an Medtronic, Inc. Die Pumpe enthält eine innere Kammer 68 und
eine äußere Kammer 66,
wobei die Kammern durch eine undurchlässige Membran 67 getrennt
sind. Eine semipermeable äußere Membran 72 bildet
die äußere Wand
der Kammer 66. Der röhrenförmige Abschnitt 74 des
schraubenförmigen
Elements ist mit dem Lumen 74L innerhalb der inneren Kammer 68 verbunden.
Bei einer Anwendung, in der das Element 44 als eine Schrittmacher-Elektrode
verwendet wird, erstreckt sich ein Leiter 80, der in der
Länge des
Katheters verläuft,
in die innere Kammer 68 und ist mit der Erweiterung 74E verbunden,
wie bei 74C gezeigt ist, um den elektrischen Kontakt zum
Element 44 zu schaffen. Eine isolierende Hülle 86 umgibt distal
den Leiter 80 vom Kontaktpunkt mit der semipermeablen äußeren Membran 72.
Eine Dichtung 79 ist an dem Punkt vorgesehen, an dem der
Leiter durch die äußere Membran 72 und
die innere Membran 67 hindurchgeht. Eine Endkappe 73,
die mit der äußeren Membran 72 einteilig
sein kann, schließt
die Kammer. Alternativ kann die Endkappe 73 konstruiert
sein, um eine vorbestimmte Medizin, wie z. B. Steroide, zu eluieren.
Steroide, wie z. B. Dexamethasonnatriumphosphat, Beclamethason und
dergleichen, werden verwendet, um Entzündungsprozesse zu steuern.
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Bei
dieser Anordnung wird vor dem Einführen des distalen Endes des
Katheters in das Herz des Patienten die innere Kammer 68 mit
dem genetischen Material beladen, das in das Myokardium zu verabreichen ist.
Dies kann z. B. ausgeführt
werden, indem einfach eine Mikronadel durch die Endkappe 73 eingeführt und der
gewünschte
Bolus des genetischen Materials in die Kammer 68 eingeführt wird.
Nachdem die Kammer 68 gefüllt und der Katheter implantiert
worden ist, treten die Körperfluide
durch die Membran 72 in die Kammer 66 ein, um über die
undurchlässige
Membran 67 einen Druck auf die innere Kammer 68 auszuüben. Dies
führt zu einer
Verabreichung des innerhalb der Kammer 68 gelagerten genetischen
Materials durch das Lumen 74L der Erweiterung 74E und
durch den Auslass 75 des schraubenförmigen Elements 44.
Obwohl die bevorzugte Nadel oder das bevorzugte Element 44 schraubenförmig ist,
können
außerdem
weitere Konfigurationen der Nadeln oder Elemente verwendet werden,
wie den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist.
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In 4 ist
eine weitere Ausführungsform
einer Katheterspitze veranschaulicht, die für die Abgabe eines kleinen
Bolus des ausgewählten
genetischen Materials nützlich
ist. In dieser Ausführungsform
ist der Bolus des Materials innerhalb des hohlen Inneren der distalen
Nadel 44 gelagert, d. h. das Innere ist der Vorratsbehälter. Der
innere Vorratsbehälter
wird durch die Verwendung eines löslichen Materials, das normalerweise
fest ist, das sich aber auflöst,
wenn es während
einer Zeitdauer den Körperfluiden
ausgesetzt ist, abgedichtet. Ein Beispiel eines derartigen Materials
ist Mannitol. Die Stopfen oder die Kügelchen 81–85 aus
Mannitol sind (durch die gestrichelten Linien) am Ort veranschaulicht,
um sowohl die zwei Enden des Elements 44 als auch die Anschlüsse 76, 77, 78 zu
blockieren. Dies kann mit einer osmotischen Pumpe, die im Zusammenhang
mit 3 beschrieben worden ist, kombiniert werden, wo
die äußere Kammer
mit einer salinischen Lösung
gefüllt ist,
die das genetische Material aus den Anschlüssen des Elements 44 drückt. Eine
weitere alternative Ausführungsform,
die nicht gezeigt ist, besteht darin, ein Stylet zu verwenden, das
durch das distale Ende des Katheters eingeführt wird, um einen Kolben zu
schieben, der beim Ausdrücken
des genetischen Materials in die Myokardzellen hilft. Alternativ
kann der Kolben durch eine Mikropumpe angetrieben werden. In einer weiteren Ausführungsform
kommt das genetische Material durch passive Abgabe mit den Myokardzellen
in Kontakt.
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In 5A ist
als Veranschaulichung eine weitere Ausführungsform eines implantierbaren
Abgabesystems gezeigt, das einen kombinierten Schrittmacherleitungs-
und Abgabe-Katheter
umfasst, der im Folgenden einfach als ein Katheter bezeichnet wird.
In dieser Ausführungsform
ist der Katheter 90 mit einem (nicht gezeigten) Schrittmacher
oder Impulsgenerator und einer Quelle des genetischen Materials,
wie sie z. B. durch die Pumpe 92 veranschaulicht ist, die
geeignet in der Nähe
des Schrittmachers implantiert ist, kombiniert. Das proximale Ende 91 des
Katheters ist in der Standardweise mit dem Schrittmacher verbunden.
Das genetische Material wird durch das Verbindungsrohr 93 an
einen proximalen Abschnitt 88 des Katheters abgegeben,
der mit einem bei 89 veranschaulichten Katheter-Längslumen
in Verbindung steht. Alternativ kann der Schrittmacherkopf einen
Vorratsbehälter
und eine Mikropumpe enthalten, um die Abgabe des genetischen Materials
direkt an das Lumen 89 bereitzustellen. Die Hauptlänge des
Katheters besitzt eine äußere Hülle aus
einem biokompatiblen isolierenden Material 96 und wenigstens
eine Leiterspule 95, die vom Schrittmacher mit der Elektrode 97 an
der distalen Spitze des Katheters elektrisch in Verbindung steht.
Der Katheter umfasst ferner eine axial positionierte polymere Kanüle 94,
die ein Lumen 87 aufweist, die durch wenigstens einen Abschnitt
der Katheterlänge
verläuft
und innerhalb der Spule 95 positioniert ist, die eine innere
Oberfläche
für das
Katheterlumen schafft. Die Kanüle
endet am distalen Ende des Katheters, genau proximal zum Spitzenabschnitt
der Elektrode 97, die mit einer äußeren porösen Oberfläche veranschaulicht ist. Die
Elektrode 97 besitzt eine zentrale Öffnung, die mit dem porösen Elektrodenmaterial
abgedeckt gezeigt ist, durch die das genetische Material hindurchgehen
kann, wenn der Katheter im Patienten positioniert ist. Wie gezeigt
ist, ist die Leiterspule 95 elektrisch mit der Elektrode 97 verbunden
und verbindet die Schrittmacherimpulse und die abgetasteten Herzsignale
zwischen dem Schrittmacher und der Elektrode. Selbstverständlich trägt für eine bipolare
Ausführungsform
die Leitung/der Katheter 90 eine (nicht gezeigte) zweite
Elektrode, geeignet eine Ringelektrode, genau proximal zur Elektrode 97.
Außerdem
wird, wie veranschaulicht ist, für
die Befestigung oder Verankerung der distalen Spitze an der Herzwand
des Patienten ein Befestigungsmechanismus, wie z. B. die Zinken 98,
verwendet.
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In
einer Ausführungsform
ist die Pumpe 92 geeigneterweise eine osmotische Minipumpe,
die das darin enthaltene Fluid durch das Rohr 93 in den
Katheterabschnitt 88 und durch die Lumen 89, 87 zur
Spitzenelektrode 97 pumpt. Wie vorher erwähnt worden
ist, können
der Vorratsbehälter
und die Pumpe alternativ in der Schrittmachervorrichtung selbst
angebracht sein. In jedem Fall wird das genetische Material unter
einem sehr minimalen Druck vom Vorratsbehälter durch das Lumen des Katheters
zur Elektrode abgegeben, wo es durch den zentralen Kanal der Elektrode
hindurchgeht, um mit dem Myokardzellen in Kontakt zu gelangen. In
einer noch weiteren Ausführungsform
wird der durch die Kanüle
geschaffene Lumenabschnitt 87 als der Vorratsbehälter verwendet.
In dieser Ausführungsform
kann die Abgabe entweder passiv oder mit der Hilfe einer (nicht gezeigten)
Mikropumpe erfolgen. Das genetische Material kann in die Kanüle vorgeladen
werden oder kann durch eine Nadel eingeführt werden, genau bevor der
Katheter beim Patienten eingeführt
und positioniert wird.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist, wie in 5B veranschaulicht ist, eine
Kammer 99 genau proximal von der Eluierungselektrode 97 vorgesehen
und dient als der Vorratsbehälter
des genetischen Materials. Das isolierende Material 96 ist
aus einem selbstdichtenden Material ausgebildet, sodass es mit einer
Nadel oder dergleichen durchstochen werden kann und sich selbst
wieder abdichtet, wobei es folglich die Einführung des genetischen Materials
in die Kammer vor der Implantation erlaubt. Alternativ kann das
isolierende Material 96 einen (nicht gezeigten) Anschluss
enthalten, durch den die Nadel das genetische Material einführt. In
dieser Ausführungsform
erfolgt die Abgabe des Materials ohne eine Pumpe, d. h. passiv,
wobei das Material langsam durch den mikroporösen Abschnitt der Elektrode 97 abfließt.
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Die
oben beschriebenen Abgabesysteme können z. B. bei den Verfahren
der Stimulation und der Verbesserung der Erfassbarkeit der abgetasteten
Herzsignale verwendet werden. Es wird ein Vorrat eines genetischen
Materials der Klasse, die die Eigenschaft besitzt, die Expression
der Innenkanäle
in den Herzzellen zu vergrößern, an
die es abgegeben wird, ausgewählt.
Ein transvenöser
Katheter mit proximalen und distalen Enden und einer Schrittmacherelektrode
am distalen Ende wird in den Patienten eingeführt. Das distale Ende des Katheters
wird an der Herzwand des Patienten positioniert, wobei das genetische
Material durch den Katheter und aus dem distalen Ende zu den an
die Schrittmacherelektrode angrenzenden Herzzellen abgegeben wird, wobei
dadurch die durch die Zellen erzeugten Herzsignale vergrößert werden.
Mit dem Schrittmacher und dem verbundenen Katheter, die im Patienten
implantiert sind, wird die normale Herzstimulation ausgeführt.
-
Obwohl
eine transvenöse
Form eines Abgabesystems bevorzugt ist, ist es selbstverständlich,
dass die Erfindung andere Verfahren und Vorrichtungen verwenden
kann. Ein kleiner Bolus des ausgewählten genetischen Materials
kann z. B. in eine Mikrospritze geladen werden, z. B. eine 100-μl-Hamilton-Spritze,
und direkt von außerhalb
des Herzes angewendet werden.
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Der
Ausdruck "Herzsignal", wie er hierin verwendet
wird, bezieht sich auf jedes Herzsignal, das erfasst werden kann,
wobei er die P-Welle enthält,
aber nicht darauf eingeschränkt
ist.
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Der
Ausdruck "Rauschabstand", wie er hierin verwendet
wird, bezieht sich auf das Verhältnis
der Amplitude des Herzsignals, wie z. B. der P-Welle, zur Amplitude
des "Rauschens". Außerdem kann
der Rauschabstand ebenfalls für
andere Herzsignale gemessen werden. Die Quellen des "Rauschens" enthalten den QRS-Komplex
und das Muskelrauschen, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Es
ist erwünscht,
einen hohen Rauschabstand zu schaffen, d. h. einen Rauschabstand,
der für
unipolare Leitungen größer als
1:1 ist und der für
bipolare Leitungen größer als
3:1 ist. Es ist noch bevorzugter, einen Rauschabstand zu schaffen,
der größer als
10:1 ist.
-
Der
Ausdruck "genetisches
Material eines Ionenkanalproteins", wie er hierin verwendet wird, bezieht sich
auf rekombinante Nukleinsäuremoleküle, die
ein Ionenkanalprotein codieren, oder alternativ auf ein Ionenkanalprotein
selbst, das in den Verfahren und Abgabesystemen der Erfindung verwendet
wird. Für
die chronische Behandlung oder die langfristige Behandlung liegt
das genetische Material eines Ionenkanalproteins in der Form von
rekombinanten Nukleinsäuremolekülen, die
das Ionenkanalprotein codieren, vor. Im Gegensatz liegt für die akute
Behandlung oder die kurzfristige Behandlung das genetische Material
eines Ionenkanalproteins in der Form der Ionenkanalproteine selbst
vor.
-
Ein "rekombinantes Nukleinsäuremolekül", wie es hierin verwendet
wird, umfasst eine isolierte Nucleotid-Sequenz, die das Ionenkanalprotein
codiert, die in ein Abgabevehikel eingefügt ist. Die Regulationselemente,
wie z. B. der Promoter und das Polyadenylation-Signal, sind betriebsfähig mit
der Nucleotid-Sequenz, die das Ionenkanalprotein codiert, verbunden,
wodurch das Protein erzeugt werden kann, wenn das rekombinante Nukleinsäuremolekül in eine
Zelle eingeführt
wird.
-
Die
rekombinanten Nukleinsäuremoleküle, die
die Ionenkanalproteine codieren, werden synthetisch oder vorzugsweise
von isolierten Nukleinsäuremolekülen hergestellt,
wie im Folgenden beschrieben ist. Eine Nukleinsäure ist "isoliert", wenn sie von anderen Zellbestandteilen,
wie z. B. anderen Nukleinsäuren
oder Proteinen der Zellen, durch Standardtechniken, die den Durchschnittsfachleuten
bekannt sind, gereinigt ist. Der Codierungsbereich des Nukleinsäuremoleküls, der
das Ionenkanalprotein codiert, kann die volle Länge des Genprodukts oder ein
Unter-Bruchstück von ihm
oder eine neuartige mutierte Sequenz oder eine neuartige Fusionssequenz
codieren. Die Proteincodierungssequenz kann eine Sequenz sein, die
für die
Zielzelle endogen oder exogen ist. Der Promoter, dem die Codierungssequenz
betriebsfähig
zugeordnet ist, kann der sein, der normalerweise der Codierungssequenz
zugeordnet ist, oder er kann dieser nicht sein.
-
Das
Nukleinsäuremolekül, das das
Ionenkanalprotein codiert, wird in ein geeignetes Abgabevehikel, wie
z. B. ein Expressions-Plasmid, ein Cosmid, einen YAC-Vektor und
dergleichen, eingefügt.
Es kann fast jedes Abgabevehikel verwendet werden, um die Nukleinsäuren in
das kardiovaskulare System einzuführen, einschließlich z.
B. der rekombinanten Vektoren, wie z. B. einer, der auf dem Adenovirus-Serotyp
5 basiert, wie in French u. a., Circu lation, 1994, 90, 2414-2424,
dargelegt ist. Ein zusätzliches
Protokoll für
die Übertragung adenovirus-vermittelter
Gene zu Herzzellen ist in WO 94/11506, Johns, J. Clin. Invest.,
1995, 96, 1152-1158, und in Barr u. a., Gene Ther., 1994, 1, 51-58,
dargelegt. Andere rekombinate Vektoren enthalten z. B. Plasmid-DNS-Vektoren,
wie z. B. einen, der von pGEM3 oder pBR322 abgeleitet ist, wie in
Acsadi u. a., The New Biol., 1991, 3, 71-81, und Gal u. a., Lab.
Invest., 1993, 68, 18-25, dargelegt ist, cDNS-enthaltene Liposome, künstliche
Viren, Nanopartikel und dergleichen. Es wird außerdem erwartet, dass die Ionenkanalproteine
direkt in das Myokardium injiziert werden.
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Die
Regulationselemente der rekombinanten Nukleinsäuremoleküle der Erfindung können die
Expression in Säugetierzellen,
spezifisch in menschliche Zellen, lenken. Die Regulationselemente
enthalten einen Promoter und ein Polyadenylation-Signal. Außerdem können andere
Elemente, wie z. B. ein Kozak-Bereich, in dem rekombinanten Nukleinsäuremolekül enthalten
sein. Beispiele der Polyadenylation-Signale, die für die praktische
Ausführung
der Erfindung nützlich
sind, enthalten SV40-Polyadenylation-Signale und LTR-Polyadenylation-Signale,
sind aber nicht darauf eingeschränkt.
Insbesondere kann das SV40-Polyadenylation-Signal, das ein pCEP4-Plasmid
(Invitrogen, San Diego, CA) ist, das als das SV40-Polyadenylation-Signal
bezeichnet wird, verwendet werden.
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Die
beim Konstruieren der rekombinanten Nukleinsäuremoleküle der Erfindung nützlichen
Promoter können
konstitierend oder induzierbar sein. Ein konstitierender Promoter
wird unter allen Bedingungen des Zellwachstums ausgedrückt. Beispielhafte
konstitierende Promoter enthalten die Promoter für die folgenden Gene: Hypoxanthin-Phosphoribosyl-Transferase
(HPRT), Adenosin-Desaminase, Pyruvat kinase, β-Actin, menschliches Myosin,
menschliches Hämoglobin,
menschliches Muskelcreatin, und andere. Außerdem funktionieren viele
virale Promoter konstitierend in den eukaryoten Zellen, wobei sie
die Früh-
und Spätpromoter des
SV40, den Promoter des Maus-Brusttumorvirus (MMTV), die langen Terminal-Wiederholungen
(LTRs) des Malonay-Leukemievirus,
das menschliche Immunschwäche-Virus
(HIV), den unmittelbaren Frühpromoter
des Zytomegalie-Virus (CMV), das Epstein-Barr-Virus (EBV), das Rous-Sarcom-Virus
(RSV) und andere Retrovieren und den Thymidin-Kinase-Promoter des Herpes-simplex-Virus
enthalten, aber nicht darauf eingeschränkt sind. Den Durchschnittsfachleuten
auf dem Gebiet sind andere Promoter bekannt.
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Die
induzierbaren Promoter werden beim Vorhandensein eines induzierenden
Wirkstoffs ausgedrückt. Der
Metallothionein-Promoter wird z. B. induziert, um die Transkription
beim Vorhandensein bestimmter Metallionen zu fördern (zu vergrößern). Andere
induzierbare Promoter sind den Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet
bekannt.
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Die
verwendeten Promoter und Polyadenylation-Signale müssen innerhalb
der Zellen des Säugetiers funktionell
sein. Um die Proteinproduktionen zu maximieren, können Regulationssequenzen
ausgewählt
werden, die für
die Gen-Expression
in den Herzzellen gut geeignet sind, in die das rekombinante Nukleinsäuremolekül verabreicht
wird. Der Promoter ist vorzugsweise ein herzgewebespezifischer Promoter-Enhancer,
wie z. B. der Herz-Isoform-Troponin-C-Promoter (cTNC-Promoter). Parmacek u.
a., J. Biol. Chem., 1990, 265, 15970-15976, und Parmacek u. a.,
Mol. Cell Biol., 1992, 12, 1967-1976. Außerdem können Codone ausgewählt werden,
die in der Zelle am effektivsten transkribiert werden. Ein Durchschnittsfachmann
auf dem Gebiet kann rekombinante Nukleinsäuremoleküle produzieren, die in den
Herzzellen funktionell sind.
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Das
genetische Material kann in eine Zelle eingeführt werden oder mit einer Zelle "in Kontakt gelangen", z. B. durch Transfektions-
oder Transduktions-Verfahren. Die Transfektion bezieht sich auf
den Erwerb des neuen genetischen Materials durch eine Zelle durch
Aufnahme der hinzugefügten
Nukleinsäuremoleküle. Die
Transfektion kann durch physikalische oder chemische Verfahren geschehen.
Viele den Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet bekannte Transfektions-Techniken
enthalten: die Calciumphosphat-DNS-Copräzipitation;
die DEAE-Dextran-DNS-Transfektion; Elektroporation; die Adsorption
nackter Plasmide und die kationische liposomvermittelte Transfektion.
Die Transduktion bezieht sich auf den Prozess des Übertragens
der Nukleinsäure
in eine Zelle unter Verwendung eines DNS- bzw. RNS-Virus. Geeignete virale Vektoren
für die Verwendung
als Transduktions-Wirkstoffe enthalten retrovirale Vektoren, adeno-zugeordnete
virale Vektoren, Vaccinia-Viren
und Semliki-Forest-Virus-Vektoren, sind aber nicht auf diese eingeschränkt.
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Die
Behandlung der Zellen oder die Kontaktierung der Zellen mit rekombinanten
Nukleinsäuremolekülen kann
in vivo oder ex vivo stattfinden. Für die Ex-vivo-Behandlung werden
die Zellen von einem Tier (vorzugsweise von einem Menschen) isoliert,
mit einem Abgabevehikel, das ein Nukleinsäuremolekül enthält, das ein Ionenkanalprotein
codiert, transformiert (d. h. in vitro transduziert oder transfektiert)
und dann an einen Empfänger
verabreicht. Die Verfahren zum Entfernen von Zellen von Säugetieren
sind den Durchschnittsfachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt. Zusätzlich zu
den Zellen kann Gewebe oder können
ganze Organe oder Teile von Organen entfernt werden, ex vivo behandelt
und dann zum Patienten zurückgeführt werden.
Folglich können
Zellen, Gewebe oder Organe unter den Bedingungen für das Einführen der
rekombinanten Nukleinsäuremoleküle der Erfindung
in die gewünschten
Zellen kultiviert, gebadet, perfusioniert und dergleichen werden.
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Für die In-vivo-Behandlung
werden die Zellen eines Tieres, vorzugsweise eines Säugetiers
und am bevorzugten eines Menschen, in vivo mit einem rekombinanten
Nukleinsäuremolekül der Erfindung
transformiert. Die In-vivo-Behandlung kann die systemische intravenöse Behandlung
mit einem rekombinanten Nukleinsäuremolekül, die lokale
interne Behandlung mit einem rekombinanten Nukleinsäuremolekül, wie z.
B. durch lokalisierte Perfusion oder topische Behandlung, und dergleichen
umfassen. Wenn die In-vivo-Verabreichung des rekombinanten Nukleinsäuremoleküls ausgeführt wird,
basieren die bevorzugten Abgabevehikel auf nicht-cytopathischen
eukaryoten Viren, in denen unwesentliche oder ergänzbare Gene
durch die Nukleinsäuresequenz
von Interesse ersetzt worden sind. Derartige nicht-cytopathische
Viren enthalten Retroviren, deren Lebenszyklus die reverse Transkription
der viralen Genom-RNS
in -DNS mit der nachfolgenden proviralen Integration in Wirtszellen-DNS
umfasst. Die Retroviren sind vor kurzem für Versuche der menschlichen
Gentherapie genehmigt worden. Am nützlichsten sind diejenigen
Retroviren, die eine Replikationsdefizienz aufweisen (d. h., die
die Synthese der gewünschten
Proteine lenken können,
die aber kein infektiöses
Teilchen herstellen können).
Derartige genetisch veränderte
retrovirale Expressions-Vektoren besitzen einen allgemeinen Nutzen
für die
In-vivo-Transduktion von Genen mit hohem Wirkungsgrad. Die Standardprotokolle
für die
Produktion von Retroviren mit Replikationsdefizienz (einschließlich der
Schritte der Aufnahme des exogenen genetischen Materials in ein
Plasmid, der Transfektion der Verpackungs-Zellinie mit dem Plasmid,
der Produktion rekombinanter Retroviren durch die Verpackungs-Zellinie,
die Sammlung der viralen Teilchen von den Gewebekulturmedien und
die Infektion der Zielzellen mit den viralen Teilchen) sind in Kriegler,
M., "Gene Transfer and
Expression, a Laboratory Manual",
W. H. Freeman Co., New York (1990), und Murry, E. J. Hrsg., "Methods in Molecular
Biology", Bd. 7,
Humana Press, Inc., Clifton, New Jersey (1991), bereitgestellt.
-
Ein
bevorzugtes Virus für
die Kontaktierung von Zellen in bestimmten Anwendungen, wie z. B.
In-vivo-Anwendungen, ist das adeno-zugeordnete Virus, ein Virus
mit doppelsträngiger
DNS. Das adeno-zugeordnete Virus kann konstruiert werden, damit
es eine Replikationsdefizienz aufweist und einen umfassenden Bereich
von Zelltypen und Arten infizieren kann. Es besitzt weitere Vorteile,
wie z. B. die Hitzestabilität
und die Stabilität
gegen Lipid-Lösungsmittel,
hohe Transduktions-Frequenzen in Zellen mit verschiedenen Abstammungen,
einschließlich
hämopoietischer
Zellen, und dem Fehlen der Superinfektions-Hemmung, wobei folglich
mehrfache Folgen von Transduktionen erlaubt werden. Jüngste Berichte
geben an, dass das adeno-zugeordnete Virus außerdem in einer extrachromosomalen
Weise funktionieren kann.
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In
den bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden die rekombinanten Nukleinsäuremoleküle, die
die Nukleinsäuremoleküle umfassen,
die die Ionenkanalproteine codieren, oder in der Alternative die
Ionenkanalproteine an die an die atriale oder ventrikuläre Elektrode
oder an beide angrenzenden Herzzellen unter Verwendung des oben
dargelegten Abgabesystems abgegeben. Alternativ wird das genetische
Material eines Ionenkanalproteins durch direkte Injektion an die
Herzzellen abgegeben.
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In
den bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfassen die Nukleinsäuremoleküle, die die Ionenkanalproteine
codieren, die Codierungs-Sequenz-cDNS mit voller Länge eines
Ionenkanalproteins. Vorzugsweise sind die Ionenkanalproteine Natriumkanalproteine;
bevorzugter ist das Ionenkanalprotein das spannungsgesteuerte Natriumkanal-hH1.
Ein derartiges Nukleinsäuremolekül ist in
den Literaturhinweisen Gellens u. a., Proc. Natl. Acad. Sci. USA,
1992, 89, 554-558, und White u. a., Mol. Pharmacol., 1991, 39, 604-608,
beschrieben, die die Aminosäurensequenz
bzw. die cDNS-Sequenz mit voller Länge enthalten.
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Die
Einführung
der Nukleinsäuremoleküle, die
den Ionenkanal codieren, oder der Ionenkanalproteine in die an die
atriale oder ventrikuläre
Elektrode angrenzenden Herzzellen führt zu einer vergrößerten Expression
der Natriumkanäle,
die ein größeres Herzsignal,
z. B. eine P-Welle, erzeugt, und folglich zu einem verbesserten
oder korrigierten Rauschabstand.
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Die
Nukleinsäuremoleküle, die
die Nucleotid-Sequenzen umfassen, die den hH1-Natriumkanal codieren,
werden entsprechend den Verfahren isoliert und gereinigt, die in
Gellens u. a., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992, 89, 554-558, und
White u. a., Mol. Pharmacol., 1991, 39, 604-608, beschrieben sind.
Die Nukleinsäure- und
Protein-Sequenzen
des hH1-Natriumkanals sind in der SEQ-ID Nr. 1 bzw. der SEQ-ID Nr.
2 dargelegt. Es wird erwartet, dass Nukleinsäuremoleküle, die Nucleotid-Sequenzen
umfassen, die bevorzugt wenigstens 70 % homolog, bevorzugter wenigstens
80 % homolog und am bevorzugtesten wenigstens 90 % homolog zu den in
der SEQ-ID Nr. 1 beschriebenen Ionenkanal-Nucleotid-Sequenzen sind,
außerdem
verwendet werden können.
-
Es
ist selbstverständlich,
dass kleinere Modifikationen der Nucleotid-Sequenz oder der primären Aminosäuresequenz zu
Proteinen führen
können,
die im Wesentlichen eine äquivalente
oder verbesserte Aktivität im
Vergleich zu den hierin veranschaulichten Ionenkanalproteinen aufweisen.
Diese Modifikationen können absichtlich
sein, wie durch auf die Stelle gerichtete Mutagenese, oder unbeabsichtigt
sein, wie durch Mutationen in den Wirten, die die Ionenkanalproteine
produzieren. Eine "Mutation" in einem Protein ändert seine
primäre
Struktur (bezüglich
des im Allgemeinen auftretenden oder spezifisch beschriebenen Proteins),
zurückzuführen auf Änderungen
in der Nucleotid-Sequenz der DNS, die es codiert. Diese Mutationen
enthalten spezifisch allelomorphe Varianten. Die Mutationsänderungen
in der primären
Struktur eines Proteins können
sich aus Löschungen,
Hinzufügungen
oder Ersetzungen ergeben. Eine "Löschung" ist als ein Polypeptid
definiert, in dem im Vergleich zur natürlichen Sequenz ein oder mehrere
interne Aminosäurenreste
fehlen. Eine "Hinzufügung" ist als ein Polypeptid
definiert, das im Vergleich zum Wildtyp-Protein einen oder mehrere
zusätzliche interne
Aminosäurenreste
besitzt. Eine "Ersetzung" ergibt sich aus
der Ersetzung von einem oder mehreren Aminosäurenresten durch andere Reste.
Ein Protein-"Fragment" ist ein Polypeptid,
das aus einer primären Aminosäuresequenz
besteht, die zu einem Abschnitt der primären Sequenz des Proteins völlig gleich
ist, mit dem das Polypeptid in Beziehung steht.
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Bevorzugte "Ersetzungen" sind diejenigen,
die konservativ sind, d. h., in denen ein Rest durch einen anderen
Rest des gleichen allgemeinen Typs ersetzt ist. Wie gut verstanden
ist, können
natürlich
auftretenden Aminosäuren
in saure, basische, neutrale und polare oder neutrale und nichtpolare
und/oder aromatische Aminosäuren
klassifiziert werden. Es ist im Allgemeinen bevorzugt, dass codierte
Peptide, die sich von der natürlichen
Form unterscheiden, ersetzte Codone für Aminosäuren enthalten, die aus derselben
Gruppe wie der der ersetzten Aminosäure stammen. Folglich sind
im Allgemeinen die basischen Aminosäuren Lys, Arg und Histidin
austauschbar; die sauren Aminosäuren
Asp und Glu sind austauschbar; die neutralen polaren Aminosäuren Ser,
Thr, Cys und Asn sind austauschbar; die nichtpolaren aliphatischen
Säuren
Gly, Ala, Val, Ile und Leu sind in Bezug aufeinander konservativ
(aber infolge der Größe stehen
Gly und Ala enger in Beziehung, während Val, Ile und Leu enger
in Beziehung stehen), und die aromatischen Aminosäuren Phe,
Trp und Tyr sind austauschbar.
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Während Pro
eine nichtpolare neutrale Aminosäure
ist, stellt sie infolge ihrer Wirkungen auf die Konformation Schwierigkeiten
dar, wobei Ersetzungen durch und für Pro nicht bevorzugt sind,
mit Ausnahme, wenn die gleichen oder ähnliche konformatorische Ergebnisse
erhalten werden können.
Die polaren Aminosäuren,
die konservative Änderungen
darstellen, enthalten Ser, Thr, Gln, Asn; und in einem kleineren
Grade Met. Obwohl Ala, Gly und Ser in verschiedenen Kategorien klassifiziert
sind, erscheinen sie außerdem
als austauschbar, wobei außerdem
Cys in diese Gruppe passt oder mit den polaren neutralen Aminosäuren klassifiziert
werden kann. Einige Ersetzungen durch Codone für Aminosäuren aus verschiedenen Klassen
können
außerdem
nützlich
sein.
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Sobald
die Nukleinsäuremoleküle, die
die Ionenkanalproteine codieren, entsprechend den oben beschriebenen
Verfahren isoliert und gereinigt worden sind, werden die rekombinanten
Nukleinsäuremoleküle hergestellt,
in denen das gewünschte
Ionenkanal-Nukleinsäuremolekül durch
die Verfahren, die den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind und
die z. B. in Sambrook u. a., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Zweite
Aufl., Cold Spring Harbor Press (1989), gelehrt werden, in ein Abgabevehikel
aufgenommen ist. Bevorzugte Abgabevehikel enthalten z. B. Plasmide
(Acsadi u. a., The New Biol., 1991, 3, 71-81, und Gal u. a., Lab. Invest.,
1993, 68, 18-25, von denen beide durch Literaturhinweis hierin eingefügt sind)
und Adenoviren (WO 94/11506, Johns, J. Clin. Invest., 1995, 96,
1152-1158, und in Barr u. a., Gene Ther., 1994, 1, 51-58). Die Nukleinsäuremoleküle, die
die Ionenkanalproteine codieren, oder die aus ihnen hergestellten
Ionenkanalproteine werden durch die Abgabesysteme der vorliegenden
Erfindung an die an die atriale Elektrode angrenzenden Herzzellen
abgegeben. Folglich werden derartige Abgabesysteme der vorliegenden
Erfindung verwendet, um die an die atriale Elektrode angrenzenden
Herzzellen mit den rekombinanten Nukleinsäuremolekülen, die ein Ionenkanalprotein
codieren, oder mit den Ionenkanalproteinen in Kontakt zu bringen.
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Wenn
das genetische Material eines Ionenkanalproteins in der Form von
Ionenkanalproteinen vorliegt, können
derartige Proteine unter Verwendung verschiedener Standard-Expressions-Systeme,
die den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind, in großen Mengen
hergestellt werden. Sambrook u. a., Molecular Cloning: A Laboratory
Manual, Zweite Aufl., Cold Spring Harbor. Press (1989), S. 16.1-16.55.
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Die
rekombinanten Nukleinsäuremoleküle oder
Ionenkanalproteine werden vorzugsweise in einer pharmazeutischen
Zusammensetzung abgegeben. Eine derartige pharmazeutische Zusammensetzung
kann z. B. das rekombinante Nukleinsäuremolekül oder das Protein in einem
Volumen des phosphatgepufferten salinischen Mittels mit 5 % Sucrose
enthalten. In anderen Ausführungsformen
der Erfindung wird das rekombinante Nukleinsäuremolekül oder das Protein mit geeigneten
pharmazeutischen Trägern
abgegeben, wie z. B. denjenigen, die in der jüngsten Ausgabe von Remington's Pharmaceutical
Sciences, A. Osol, einem Standard-Referenztext auf diesem Gebiet,
beschrieben sind. Das rekombinante Nukleinsäuremolekül oder das Protein wird in
einer therapeutisch wirksamen Menge abgegeben. Eine derartige Menge
wird experimentell bestimmt, wobei sie die Menge ist, die durch
Vergrößerung der
Amplitude der P-Welle im Ergebnis der vergrößerten Expression der Natriumkanäle in den
an die atriale oder ventrikuläre
Elektrode angrenzenden Herzzellen den Rauschabstand der P-Wellen
entweder verbessert oder korrigiert. Die Menge des rekombinanten
Nukleinsäuremoleküls oder
des Proteins liegt vorzugsweise zwischen 0,01 μg und 100 mg, bevorzugter zwischen 0,1 μg und 10
mg, bevorzugter zwischen 1 μg
und 1 mg und am bevorzugtesten zwischen 10 μg und 100 μg. Eine einzelne therapeutisch
wirksame Menge wird als ein Bolus bezeichnet. Wenn Adenovirus-Vektoren
verwendet werden, liegt die Menge des rekombinanten Nukleinsäuremoleküls vorzugsweise
zwischen 107 Plaquebildungseinheiten (pfu – Plaque-Forming-Units)
und 1015 pfu, bevorzugter zwischen 108 pfu und 1014 pfu und
am bevorzugtesten zwischen 109 pfu und 1012 pfu. Eine einzelne therapeutisch wirksame
Menge des genetischen Materials eines Ionenkanalproteins wird als
ein Bolus bezeichnet. In einigen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ist die Abgabe der rekombinanten Nukleinsäuremoleküle oder
der Proteine mit der Steroid-Elution, wie z. B. mit Dexamethasonnatriumphosphat,
Beclamethason und dergleichen, kombiniert, um Entzündungsprozesse
zu steuern.
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In
einigen Ausführungsformen
der Erfindung kann es bevorzugt sein, außer dem genetischen Material eines
Ionenkanalproteins ein Abgabevehikel zur verabreichen, das die Na+/K+-Pumpe codiert.
Die Na+/K+-Pumpe
wirkt, um die Na+-Ionen aus den Myokardzellen zu entladen,
die sich im Ergebnis der Einführung
des genetischen Materials eines Ionenkanalproteins angesammelt haben.
Diese Behandlung kann optional sein, wie durch den ausgebildeten
Praktiker bestimmt wird. Die cDNS, die die Alpha- und Beta-Untereinheiten
der menschlichen Na+/K+-Pumpe
codieren, sind in Kawakami, u. a., J. Biochem., 1986, 100, 389-397, und
Kawakami, u. a., Nuc. Acids Res., 1986, 14, 2833-2844, dargelegt.
Die Nukleinsäure-
und Aminosäure-Sequenzen
für die
Alpha-Untereinheit sind in der SEQ-ID Nr. 5 bzw. der SEQ-ID Nr.
6 dargelegt. Die Nukleinsäure-
und Aminosäure-Sequenzen für die Beta-Untereinheit
sind in der SEQ-ID Nr. 7 bzw. der SEQ-ID Nr. 8 dargelegt. Die Abgabevehikel
für die
Pumpen-Untereinheiten können
aus cDNS-Bibliotheken in der gleichen Weise konstruiert werden,
wie sie für
hH1 dargelegt worden ist, mit Ausnahme, dass der Vorwärtsprimer 5'-ATGGGGAAGGGGGTTGGACGTGAT-3' (SEQ-ID Nr. 9) und
der reverse Primer 5'-ATAGTAGGTTTCCTTCTCCACCCA-3' (SEQ-ID Nr. 10)
für die
Alpha-Untereinheit und der Vorwärtsprimer
5'-ATGGCCCGCGGGAAAGCCAAGGAG-3' (SEQ-ID Nr. 11)
und der reverse Primer 5'-GCTCTTAACTTCAATTTTTACATC-3' (SEQ-ID Nr. 12)
für die
Beta-Untereinheit
verwendet werden. Es ist selbstverständlich, dass andere Primer
außer
denjenigen, die hier in dargelegt sind, verwendet werden können, wie
es dem Fachmann wohlbekannt ist. Eine therapeutisch wirksame Menge
des genetischen Materials, das die Na+/K+-Pumpe codiert, wird unter Verwendung der
hierin beschriebenen Abgabesysteme an die Myokardzellen abgegeben.
Die therapeutisch wirksame Menge wird durch den Praktiker bestimmt,
wobei sie von den mit dem genetischen Material eines Ionenkanalproteins
erreichten Ergebnissen abhängt.
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In
bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung wird das rekombinante Nukleinsäuremolekül, das die Ionenkanalproteine
codiert, mit antiarrhytmischen Arzneimitteln der Klasse I und/oder
der Klasse IV, wie z. B. Verapamil, Mexiletin und dergleichen oder
Kombinationen von ihnen, abgegeben. Diese Arzneimittel können subkutan,
intrave nös,
in die unmittelbare Nähe
der atrialen Elektrode injiziert oder wie durch den Fachmann bestimmt
abgegeben werden. Diese Arzneimittel können durch eine Injektion oder
in mehrfachen Injektionen abgegeben werden. Die Menge der antiarrhytmischen
Arzneimittel hängt
vom Alter, Gewicht, Geschlecht und anderen Eigenschaften des Patienten
ab und wird durch den Fachmann empirisch bestimmt. Es ist gezeigt
worden, dass die antiarrhytmischen Arzneimittel der Klasse I und/oder
der Klasse IV die Natriumionenkanal-Expression in Säugetieren
verbessern. Duff, u. a., Mol. Pharmacol., 1992, 42, 570-574, und
Taouis, u. a., J. Clin. Invest., 1991, 88, 375-378.
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Die
folgenden Beispiele sind als beispielhaft für die bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung beabsichtigt und nicht als einschränkend beabsichtigt.
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BEISPIELE
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Beispiel 1: Die Isolierung
und Reinigung des Nukleinsäuremoleküls, das
hH1 codiert.
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Die
Nukleinsäuremoleküle, die
hH1 codieren, werden entsprechend allgemeiner Verfahren isoliert
und gereinigt, die den Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt sind,
insbesondere durch das Verfahren, das in Gellens u. a., Proc. Natl.
Acad. Sci. USA, 1992, 89, 554-558, dargelegt ist. Kurz, eine nach
Größe ausgewählte und
zufällig
gestartete Herz-cDNS-Bibliothek für erwachsene Menschen, die
in λZAPII
(Stratagene) konstruiert ist, wird mit cDNS-Proben überprüft, die
den Nucleotiden 1-4385 und 5424-7076 entsprechen, die aus dem Rattenmuskel-TTX-I-Isoform (rSkM2) abgeleitet
werden, wie in Kallen, u. a., Neuron, 1990, 4, 233-242, dargelegt
ist, das durch Literaturhinweis hierin eingefügt ist. Die Hybridisierungen
werden während
18 Stunden bei 42 °C
in 50 % Formamid, 5X SSPE, 5X Denhardts Lösung, 0,1 % SDS/Lachssperma-DNS
und einer zufällig gestarteten 32P-markierten Probe ausgeführt. Die
Filter werden mit 6X-Standard-Salzcitrat und 0,1 % SDS bei 65 °C gewaschen.
Vom Plaque gereinigte Klone werden als pBluescript-Phagemide geborgen
und squentialisiert, wie in Kallen, u. a., Neuron, 1990, 4, 233-242,
dargelegt ist. Durch sequentielle Ligatur von Fragmenten von 514
EcoRl-Sac II (nt +1 bis +252), C75 Sac II-KpnI (nt +253 bis +4377)
und C92 KpnI-EcoRl (nt +4378 bis +8491) wird ein hH1-Konstrukt mit
voller Länge
in pBluescript hergestellt, wobei der Einsatz mit voller Länge in einen
modifizierten pSP64T-Vektor bewegt wird, wie in White u. a., Mol.
Pharmacol., 1991, 39, 604-608, dargelegt ist. Die Nucteotide –151 bis –8 des nicht übersetzten
5'-Bereichs werden
unter Verwendung der Exonuclease III und der Mungbohnen-Nuclease
aus dem Konstrukt gelöscht,
wie in White u. a., Mol. Pharmacol., 1991, 39, 604-608, dargelegt
ist.
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Alternativ
kann die cDNS für
das hH1 aus frischem Herzgewebe hergestellt werden. Kurz, die gesamte Zellen-RNS
wird vom Herzgewebe isoliert und gereinigt (Chomczynsky, e. a.,
Anal. Biochem., 1987, 162, 156-159), das von Herztransplantations-Spendern
oder vom geretteten Gewebe erhalten wird, und nach Poly(A)-RNS ausgewählt (Sambrook
u. a., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Zweite Aufl., Cold
Spring Harbor Press (1989), S. 7.26-7.29). Die dem hH1-Natriumkanalprotein
entsprechende cDNS wird aus der Poly(A)-Herz-RNS durch reverse Transkription
unter Verwendung der GENEAMPTM-PCR-Ausrüstung (Perkin
Eimer Cetus, Norwalk, CT) oder dergleichen unter Verwendung zufälliger Hexamere
entsprechend den Anweisungen des Herstellers hergestellt. Die spezifischen
hH1-Nukleinsäuremoleküle werden
durch die Polymerrase-Kettenreaktion (PCR), ebenfalls unter Verwendung
der GENEAMPTM-PCR-Ausrüstung oder dergleichen unter
Verwendung der für
hH1 spezifischen Vorwärtsprimer
und reversen Primer entsprechend den Anweisungen des Herstellers
verstärkt.
Der Vorwärtsprimer
für das
Klonen des hH1 ist z. B. vorzugsweise 5'-ATGGCAAACTTCCTATTACCTCGG-3' (SEQ-ID Nr. 3),
während
der reverse Primer 5'-CACGATGGACTCACGGTCCCTGTC-3' (SEQ-ID Nr. 4) ist.
Es ist selbstverständlich,
dass für
die Verstärkung
zusätzliche
Primer verwendet werden können,
wie durch die Fachleute auf dem Gebiet bestimmt wird. Diesen Primern
können
am 5'-Terminus Nucleotid-Sequenzen vorangehen,
die für
die leichte Aufnahme in die Vektoren Endonuclease-Restriktions-Sites
enthalten. Die spezifischen Ionenkanal-Nukleinsäuremoleküle können außerdem durch PCR von Humangenom-DNS
verstärkt
werden (Stratagene, San Diego, CA). Nach dem Schneiden der PCR-Produkte mit der
(den) geeigneten Restriktions-Endonuclease(n) werden die PCR-Produkte
durch Phenol:Chloroform-Extraktionen
oder unter Verwendung kommerzieller Reinigungs-Ausrüstungen,
wie z. B. dem MAGICTM Minipreps DNS-Reinigungssystem
(Promega, Madison, WI) gereinigt. Die spezifische Nucleotid-Sequenz
für die
PCR-Produkte wird durch herkömmliche
DNS-Sequentialisierungsverfahren bestimmt, wobei die Identität der PCR-Produkte
durch Vergleich mit den veröffentlichten
Sequenzen für
die Ionenkanalproteine bestätigt wird.
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Beispiel 2: Die Einfügung der
Ionenkanal-cDNS in Abgabevehikel
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Vorzugsweise
wird die Ionenkanal-cDNS entweder in Plasmid-Vektoren oder adenovirale
Vektoren eingefügt.
Die Plasmid-Vektoren enthalten z. B. pGEM3 oder pBR322, wie in Acsadi
u. a., The New Biol., 1991, 3, 71-81, und Gal u. a., Lab. Invest.,
1993, 68, 18-25, dargelegt ist. Die adenoviralen Vektoren enthalten
z. B. den Adenovirus-Serotyp
5, Ad5, wie in French u. a., Circulation, 1994, 90, 2414-2424, und
Johns, J. Clin. Invest., 1995, 96, 1152-1158, dargelegt ist.
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Vorzugsweise
werden die Primer, die verwendet werden, um die Ionenkanal-Nukleinsäuremoleküle zu verstärken, mit
eindeutigen Endonuclease-Restriktions-Sites konstruiert, die sich
am 5'-Terminus befinden.
In Ermangelung einer derartigen Konstruktion können Polyverbinder-Arme, die
eindeutige Restriktions-Sites enthalten, mit ihnen verbunden werden.
Nach dem Schneiden der gereinigten PCR-Produkte mit der (den) geeigneten Restriktions-Endonuclease(n)
wird der Plasmid-Vektor, der den Polyverbinder enthält, außerdem mit
der (den) gleichen Restriktions-Endonuclease(n)
geschnitten, was das Ionenkanal-Nukleinsäuremolekül an einer Stelle liefert,
mit der es verbunden werden soll. In einer ähnlichen Weise wird ein rekombinanter
Adenovirus (Gluzman, u. a., in Eukaryotic Viral Vectors, Gluzman,
Hrsg., Cold Spring Harbor Press, 1982, S. 187-192, French u. a.,
Circulation, 1994, 90, 2414-2424, und Johns, J. Clin. Invest., 1995,
96, 1152-1158), der Ionenkanal-cDNS-Moleküle enthält, in Übereinstimmung mit Standardtechniken
hergestellt, die den Fachleuten auf dem Gebiet wohlbekannt sind. Sequenzprotokoll
