DE69711893T2

DE69711893T2 - Elektroporationsgerät mit benutzerkonfigurierten impulsen

Info

Publication number: DE69711893T2
Application number: DE69711893T
Authority: DE
Inventors: A. Hofmann
Original assignee: Genetronics Inc
Current assignee: Genetronics Inc
Priority date: 1996-09-09
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2017-01-28
Also published as: US6096020A; WO1998010515A1; ATE216155T1; DE69711893D1; EP0925647A1; KR20000035966A; ES2175343T3; CA2261703A1; JP3963955B2; EP0925647B1; US5869326A; JP2001503208A; KR100420731B1

Description

TECHNISCHER BEREICH

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine elektrische Zellmanipulation. Im besonderen betrifft die Erfindung eine Elektroporationsvorrichtung zum Erzeugen und Anlegen eines elektrischen Felds gemäß einem vom Benutzer gewählten Impulsschema, um Moleküle wirksamer in Zellen einzubringen und die Schäden am Zellgewebe zu minimieren.

STAND DER TECHNIK

Eine Zelle weist einen natürlichen Widerstand gegen das Hindurchtreten von Molekülen durch seine Membranen in das Protoplasma der Zellen auf Wissenschaftler entdeckten in den 70-er Jahren erstmalig die "Elektroporation", bei der elektrische Felder verwendet werden, um Poren in Zellen zu schaffen, ohne Dauerschäden an diesen hervorzurufen. Die Elektroporation wurde weiterentwickelt, um zum Einbringen verschiedener Moleküle in das Protoplasma der Zellen beizutragen, indem zeitweilig Poren in den Zellen geschaffen werden, durch die die Moleküle in die Zellen eindringen.
Die Elektroporation wird zum Implantieren von Materialien in viele verschiedene Arten von Zellen verwendet. Zu solchen Zellen gehören beispielsweise Eier, Blutplättchen, menschliche Zellen, rote Blutkörperchen, Säugetierzellen, Pflanzenprotoplaste, Pflanzenpollen, Liposome, Bakterien, Pilze, Hefe und Sperma. Weiter wird die Elektroporation zum Implantieren einer Vielzahl von verschiedenen Materialien verwendet, die hier als "Implantatmaterialien", Implantatmoleküle, "Implantatmittel" bezeichnet werden. Insbesondere umfassen diese Materialien DNA, Gene und verschiedene Chemikalien.
Die Elektroporation wird sowohl bei In-vitro- als auch bei In-vivo-Verfahren zum Einbringen von Fremdstoffen in lebende Zellen verwendet. Bei In-vitro-Verfahren wird eine Probe von lebenden Zellen zuerst mit dem Implantatmittel gemischt und zwischen Elektroden gebracht, beispielweise zwischen parallele Platten. Dann legen die Elektroden ein elektrisches Feld an die Zell-/limplantat-Mischung an. Beispiele für Systeme, die bei der In-vitro-Elektroporation funktionieren, sind der elektrische Zellmanipulator ECM 600 und der elektrische Quadratwellenporator T820, beide hergestellt von der Abteilung BTX von Genetronics, Inc.
Bei In-vivo-Anwendungen der Elektroporation werden Elektroden in einer Gabelvorrichtung vorgesehen, die die über einem Bereich von zu behandelnden Zellen liegende Epidermis erfaßt. Als Alternative können nadelförmige Elektroden in den Patienten eingebracht werden, um an tiefer gelegene Zellen zu gelangen. In jedem der Fälle legen die Elektroden, nachdem das Implantatmittel in den Behandlungsbereich eingespritzt ist, ein elektrisches Feld an den Bereich an. Beispiele für Systeme, die bei der In-vivo-Elektroporationen funktionieren, sind der elektrische Zellmanipulator ECM 600 und der elektrische Quadratwellenporator T820, beide hergestellt von der Abteilung BTX von Genetronics, Inc.
Eine in Erforschung befindliche Art der In-vivo-Anwendung der Elektroporation ist die Elektrochemotherapie, bei der die Elektroporation so verwendet wird, daß sie chemotherapeutische Mittel direkt in Tumorzellen liefert. Diese Behandlung wird vorgenommen, indem ein krebsbekämpfendes Medikament direkt in den Tumor infundiert wird und zwischen einem Paar Elektroden ein elektrisches Feld an den Tumor angelegt wird. Die Moleküle des Medikaments werden in dem interstitiellen Fluid zwischen und in und um die Tumorzellen herum suspendiert. Durch Elektroporation der Tumorzellen werden Moleküle des Medikaments im Bereich von vielen von den Zellen in die Zelle gedrückt oder gezogen und töten anschließend die karzinöse Zelle.
Bei dieser Anwendung ist die Elektroporation besonders vorteilhaft, weil die Elektroporation dazu beitragen kann, die Menge des Implantatmittels zu minimieren, da diese Chemikalien häufig für normale Zellen schädlich sind. Insbesondere kann weniger von dem Implantatmittel in den Tumorbereich eingebracht werden, weil durch die Elektroporation mehr von dem Implantatmittel tatsächlich in die Zelle eintritt. Die Elektroporation ist auch bei der Chemotherapie vorteilhaft, weil manche von den aussichtsreichsten krebsbekämpfenden Medikamenten, beispielsweise Bleomycin, normalerweise nicht durch die Membranen bestimmter Krebszellen dringen können. Jedoch haben jüngste Experimente mit der Elektroporation bewiesen, daß es möglich ist, das Bleomycin direkt in die Zellen einzubringen.
Bekannte Elektroporationsverfahren (sowohl in vitro als auch in vivo) funktionieren durch das Anlegen einen kurzen Hochspannungsimpulses an die um den Behandlungsbereich herum positionierten Elektroden. Das zwischen den Elektroden erzeugte elektrische Feld bewirkt, daß die Zellmembranen zeitweilig porös werden, worauf Moleküle des Implantatmittels in die Zellen eintreten. Bei bekannten Anwendungen der Elektroporation umfaßt dieses elektrische Feld einen einzelnen Quadratwellenimpuls in der Größenordnung von 1000 V/cm mit etwa 100 us Dauer. Ein solcher Impuls kann beispielsweise bei bekannten Anwendungen des elektrischen Quadratwellenporators T820, hergestellt von der Abteilung BTX von Genetronics, Inc., erzeugt werden.
Zwar mögen sich bekannte Verfahren der Elektroporation für bestimmte Anwendungen eignen, das elektrische Feld kann jedoch tatsächlich die elektroporierten Zellen in manchen Fällen beschädigen. Beispielsweise kann ein zu starkes elektrisches Feld die Zellen durch Schaffung permanenter Poren in den Zellwänden beschädigen. In Extremfällen kann das elektrische Feld die Zelle vollständig zerstören.
Bei dem Versuch, diese unerwünschten Wirkungen abzuschwächen, wurde bei mindestens einer Anwendung die Verwendung von mehreren Impulsen vorgeschlagen. Bei einer Anwendung wurde beispielsweise die Verwendung eines elektromechanischen Relais zur Lieferung von aufeinanderfolgenden ersten und zweiten Impulsen vorgeschlagen (S.I. Sukharev et al., Biophys J. Bd. 63, November 1992, S. 1320-1327). Insbesondere verwendet Sukharev einen Elektrofeldimpuls 10, wie er in Fig. 1 gezeigt ist. Der Impuls 100 umfaßt (1) einen ersten Hochspannungsimpuls 102 geringer Dauer, (2) eine Verzögerung 103 von Δt, während der kein Impuls erzeugt wird, dann (3) einen zweiten, einen Niedrigspannungsimpuls 104 langer Dauer. Der erste Impuls 102 sollte die Membran porieren, während der zweite Impuls 104 die DNA elektrophoretisch in das Zellprotoplasma einbringen sollte. Sukharev erkannte, daß die Verzögerung 103 nicht übermäßig lang sein sollte.
Zwar kann das System von Sukharev bei manchen Anwendungen befriedigende Ergebnisse liefern, jedoch kann dieses System bei bestimmten anderen Anwendungen nicht vollständig hinreichend sein. Einige Benutzer können beispielsweise feststellen, daß durch Sukharevs Elektroporation nicht wirksam genug Moleküle des Implantationsmittels in die Zielzellen bewegt werden. Das ist das Ergebnis einer übermäßig langen Verzögerung 103 zwischen Sukharevs erstem Impuls 102 und viertem Impuls 104, wie der hier auftretende Erfinder erkennt. Die durch Elektroporation geschaffenen Poren einer Zelle bleiben über einen endlichen Zeitraum offen, der stark von der Zelltemperatur abhängt. Mithin kann sich die Wirkung des ersten Impulses zwischen den ersten und zweiten Impulsen sehr stark abzuschwächen beginnen (und dadurch die Poren der Zelle schließen). Bei manchen Anwendungen kann das ausreichen, um die Wirkung des ersten Impulses auf die Zelle bis zu dem Zeitpunkt aufzuheben, zu dem der zweite Impuls auftritt. Infolgedessen kann die Wirksamkeit von Sukharevs Elektroporation in manchen Fällen ungenügend sein. Außerdem kann der zweite Impuls von Sukharevs System, da ein wirksamer erster Impuls fehlt, bis zu dem Punkt verstärkt werden müssen, wo er Zellen dauerhaft zerstört.
Die oben beschriebene Verzögerung wohnt dem System von Sukharev inne, weil elektromechanische Relais verwendet werden. Sukharev verwendet unabhängige Impulsgeneratoren, deren Ausgänge durch ein Relais wahlweise mit Ausgangselektroden verbunden sind. Wie in der Technik jedoch bekannt ist, dauert das Schalten des elektromechanischen Relais typischerweise einen sehr langen Zeitbetrag, manchmal sogar 50-100 ms. Deshalb kann die von Sukharev erzielte Wirksamkeit des Implantationsmittels bei manchen Anwendungen zu gering sein.
In dem USA-Patent 4,663,292 mit dem Titel "High-Voltage Biological Macromolecule Fusion System" wird eine Elektroporationsvorrichtung gelehrt, bei der ein Ausgangshochspannungstransformator mit einem mit dessen Primärwicklung verbundenen Schalter zur Steuerung der Impulsdauer eines Ausgangsentladungsimpulses mit einer festgelegten Spannungsgröße verwendet wird.
In der PCT-Anmeldung WO 91/18103 mit dem Titel "Method and Device for Making Living Cells Permeable" wird eine Elektroporationsvorrichtung gelehrt, die die Entladungsimpulse durch Anlegen eines kurzen, hohen Elektrofeldimpulses an der Elektroporation unterzogenen lebenden Zellen steuert, um diese Zellen für in die Zelle einzubringende Molekularmittelmaterialien durchlässig zu machen. Als nächstes erzeugt diese Vorrichtung mindestens eine längere Elektroimpulsentladung mit einer geringeren Größe des elektrischen Feldes.
Mithin können vorhandene Elektroporationssysteme, wie der hier auftretende Erfinder erkennt, vielleicht nicht für bestimmte Anwendungen geeignet sein, da ein zu starkes elektrisches Feld erzeugt wird oder da die Verzögerung zwischen benachbarten Impulsen besteht. Weiterhin mangelt es vielen vorhandenen Elektroporationssystemen an ausreichender Kontrolle über die Parameter der Elektrofeldimpulse, beispielsweise die Amplitude, die Dauer, die Anzahl der Impulse usw.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Im allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Elektroporationsvorrichtung zum Erzeugen und Anlegen eines elektrischen Feldes gemäß einem vom Benutzer spezifizierten Impulsschemas. Ein Beispiel für ein solches Impulsschema umfaßt einen Niedrigspannungsimpuls einer ersten Dauer, auf den sofort ein Hochspannungsimpuls einer zweiten Dauer folgt, auf den sofort ein Niedrigspannungsimpuls einer dritten Dauer folgt. Mit der Erfindung werden das Niedrigspannungs- Elektroporationsfeld zum Ansammeln von Molekülen an der Oberfläche einer Zelle, ein geeignetes Hochspannungsfeld zur Schaffung einer Öffnung in der Zelle und das letzte Niedrigspannungsfeld zum Bewegen des Moleküls in die Zelle bereitgestellt.
Die Moleküle können Gene oder Medikamente sein, beispielsweise DNA, Abschnitte der DNA, Chemikalien oder alle anderen Moleküle. Die Moleküle werden in enger Nachbarschaft zu den Zellen plaziert, entweder in dem die Zellen umgebenden interstitiellen Gewebe oder in einem die Zellen enthaltenden fluiden Medium.
Demgemäß betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angeführten Merkmalen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Anzahl von eindeutigen Vorteilen bereitgestellt. Im allgemeinen eignet sich die Erfindung zum Einbringen von Molekülen eines Implantatmittels in Zellen mit sehr stark erhöhter Effektivität. Das Behandlungsmittel kann beispielsweise Medikamente zur Behandlung von Krebs, des Karposi-Sarkoms und einer Anzahl anderer Krankeiten und Zustände enthalten.
Im Gegensatz zu früheren Anordnungen mit einem elektrischen Feld mit konstanter Intensität minimiert der Stufenimpuls gemäß der Erfindung die Schäden an den Zellen durch Verwendung eines elektrischen Niedrigspannungsfeldes, bevor und nachdem Zellenporen geschaffen sind. Mithin minimiert die Erfindung die Einwirkung von elektrischen Hochspannungsfeldern auf die Zellen und vermindert mögliche Beschädigungen an den Zellen. Überdies wird mit dem Stufenimpuls gemäß der Erfindung auch Energie gespart, da die ersten und dritten Impulse weniger Spannung als bei früheren Anordnungen verwenden.
Des weiteren wird mit der Erfindung durch Verwendung der Elektroporation zum Öffnen von Zellen zur Aufnahme von Molekülen eines Implantatmittels die Wirksamkeit des Mittels erhöht. Folglich wird weniger von dem Implantatmittel benötigt, wodurch Nebenwirkungen des Implantatmittels verringert werden.
Ein anderer Vorteil der Erfindung ist, daß ohne Rücksicht darauf, wie lange Spannung an die Primärwicklung des Transformators angelegt wird, durch die sich ergebende Sättigung des Transformators die Dauer des entsprechenden Ausgangssignals an der Sekundärwicklung des Transformators begrenzt wird. Dadurch werden Schäden an den behandelten Zellen vermieden, die andernfalls durch die lange Anlegung von Spannung an die Primärwicklung des Transformators entstehen könnten. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß der Ausgang des Tranformators potentialfrei ist und deshalb kein wesentlicher Strom fließt, wenn der Patient an ein anderes Erd- oder Erdungspotential angeschlossen wird.
Mit der Erfindung wird auch eine Anzahl von weiteren Vorteilen bereitgestellt, wie im folgenden ausführlicher erläutert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bei der Lektüre derselben in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen leichter erkennbar, in denen:
Fig. 1 ein Diagramm ist, das eine Wellenform der Elektroporation gemäß dem Stande der Technik darstellt;
Fig. 2 ein Diagramm der Hardwarebauteile und Schaltverbindungen eines Impulsgenerators gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 ein Diagramm eines beispielhaften Fertigungsgegenstands mit einem Datenspeichermedium ist;
Fig. 4 ein Ablaufschema ist, das eine beispielhafte Abfolge von in dem Erzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten Verfahrensschritten darstellt;
Fig. 5-9 Zeichnungen von veranschaulichenden Elektroporationsimpulsschemata gemäß der Erfindung sind; und
Fig. 10 ein Ablaufschema ist, das eine beispielhafte Abfolge von in dem Erzeuger gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführten Verfahrensschritten darstellt.

BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG

HARDWAREBAUTEILE UND SCHALTVERBINDUNGEN

Wie oben erwähnt, betrifft eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung einen verbesserten Impulsgenerator, der ein elektrisches Feld gemäß einem vom Benutzer gewähltem Impulsschema erzeugen und anlegen kann, um Moleküle wirksamer in Zellen einzubringen und Schäden am Zellgewebe zu minimieren. Fig. 2 stellt einen beispielhaften Impulsgenerator 200 dar. Der Impulsgenerator 200 umfaßt eine Anzahl von verschiedenen Bauteilen, die folgendermaßen beschrieben werden.

Leistungsversorgung

Eine Leistungsversorgung 202 liefert eine zuverlässige Quelle der gewünschten Spannungspegel zur Verwendung durch den Generator 200. Die Leistungsversorgung 202 empfängt eine Eingangsspannung, beispielsweise 110 V oder 220 V GS, von einer Leistungsversorgung 203. Ein Teiler 204 wandelt die Eingangsspannung in mehrere Referenzspannungen um. Bei der dargestellten Ausführungsform liegen Referenzspannungen von 500 V (GS) an den Teilerausgangsleitungen 204a-204b an.
Diese Spannungen werden an Kollektoren 206b-207b von jeweiligen ersten und zweiten Transistoren 206-207 angelegt. Die Transistoren 206-207 werden wahlweise so angesteuert, daß sie ihre Eingangsspannungen an Stufenspannungsanschlüsse 208-209 anlegen. Das wahlweise Ansteuern der Transistoren 206-207 erfolgt jeweils durch Komparatoren 212-213, die Gates 206a-207a der Transistoren 206-207 ansteuern, wenn die Spannungen an den Stufenspannungsanschlüssen 208-209 unter die an den Stufenspannungseingangsleitungen 216-217 festgestellten Spannungen abfallen. Wenn beispielsweise der Komparator 212 feststellt, daß die Spannung an dem Stufenspannungsanschluß 208 niedriger als die Spannung an der voreingestellten Eingangsleitung 216 ist, aktiviert der Komparator 212 das Gate 206a des Transistors 206 und bewirkt, daß der Transistor 206 die Eingangsspannung des Teilers 204 direkt mit dem Stufenspannungsanschluß 208 verbindet. Mithin halten die Transistoren 206 im wesentlichen konstante Spannungen an den jeweiligen Stufenspannungsanschlüssen 208-209 gemäß den Stufenspannungseingangsleitungen 216-217 aufrecht.

Energiespeicher

Der Generator 200 umfaßt auch Energiespeicher 220-221, die an jeweilige Stufenspannungsanschlüsse 208-209 angeschlossen sind. Beispielhafte Energiespeicher 220-221 können Kondensatoren umfassen, beispielsweise Elektrolytkondensatoren von 3200 uF, 500 V. Diese Kondensatoren eignen sich für maximale Stufenspannungen 208-209 von 500 V (GS).

Transformator

Der Generator 200 umfaßt auch einen Transformator 224, der eine Primärwicklung 224a und eine Sekundärwicklung 224 enthält. Der Transformator 224 zeigt vorzugsweise eine geringe Streuinduktivität, um vorteilhafterweise eine schnelle Impulsanstiegszeit in der Größenordnung von mehreren Mikrosekunden zu liefern. Vorzugsweise weist der Transformator 224 eine geringe Induktivität in der Größenordnung von mehreren uH auf. Diese Merkmale können vorgesehen werden, indem der Transformator 224 mit einem einzelnen Kabel von zwölf getrennten, verdrehten Leitern gewickelt wird, von denen sechs für die Primärwicklung parallelgeschaltet sind und sechs für die Sekundärwicklung in Reihe geschaltet sind. Dadurch entsteht ein Aufwärtsverhältnis von 1 : 6. Des weiteren kann eine getrennte Niedrigspannungs-GS-Vormagnetisierungswicklung um den Kern herum verwendet werden, um den vollen Kraftlinienspielraum des Transformatorkerns zu nutzen. Beispielsweise kann bei dem Transformator ein Kern aus Mehrschichteisen verwendet werden.
Der Transformator 224 kann vorteilhafterweise so konstruiert sein, daß er sich sättigt, wenn die Impulslänge über einen vorgeschriebenen Maximalwert hinausgeht, wodurch ein Patient vor zu hoher elektrischer Energie geschützt wird. Vorzugsweise kann der Transformator 224 vor der Sättigung 0,3 V-s (3000 V · 100 s) führen. Ein weiterer Vorteil des Transformators 224 ist, daß sein Ausgang potentialfrei ist und deshalb kein wesentlicher Strom fließt, wenn der Patient an ein anderes Erd- oder Erdungspotential angeschlossen wird.
Die Sekundärwicklung 224b ist an Ausgangsanschlüsse 230-209 angeschlossen, die bei der dargestellten Anwendung von Elektroden verkörpert werden.
Die (nicht gezeigten) Elektroden können Parallelplattenelektroden, Nadelelektroden, Gabelelektroden oder eine andere Anordnung von Elektroden umfassen. Eine weitere Erläuterung von Gabelelektroden tritt auf in (1) US-A-5 993 434 mit dem Titel "Method of Treatment Using Electroporation Mediated Delivery of Drugs and Genes", eingereicht am 29. September 1995, und in (2) Dev et al., "Electrochemotherapy - a novel method of cancer treatment", Cancer Treatment Reviews (1994) 20, 105-115. Ein geeignetes Beispiel für Nadelelektroden wird erläutert in dem USA-Patent 5,702,359 mit dem Titel "Needle Electrodes For Electroporation Mediated Delivery Of Drugs and Genes".
Die Last zwischen den Elektroden 230-231 wird von einem Widerstand 234 dargestellt. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Last 234 eine Anzahl von Zellen, die In-vitro- oder In-vivo-Proben von Eiern, Blutplättchen, menschlichen Zellen, roten Blutkörperchen, Säugetierzellen, Pflanzenprotoplasten, Pflanzenpollen, Liposomen, Bakterien, Pilzen, Hefen, Sperma oder anderen Zellen sein können.
Um den Energiespeicher 220 und die Leistungsversorgung 202 zu schützen, kann eine Diode 236 zwischen dem Energiespeicher 220 und der Leistungsversorgung 202 plaziert werden. Ebenso kann, um den Energiespeicher 221 und die Leistungsversorgung 220 zu schützen, eine Diode 237 zwischen der Sekundärwicklung Energiespeicher 220 und der Elektrode 230 plaziert werden.

Schalter

Der Generator 200 umfaßt auch Schalter 226-227, um wahlweise den Strom zum Fließen durch die Primär- bzw. die Sekundärwicklung 224a-224b aktivieren. Bei einer beispielhaften Konstruktion kann jeder Schalter 226-227 einen isolierten Gate-Bipolartransistor ("IGBT") umfassen, beispielsweise ein IGBT- Modell Fuji Electric Brand IMBI 400F-060.
Der Schalter 226 und der Energiespeicher 221 sind in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenkombination parallel zu der Primärwicklung 224a befestigt ist.
Wenn Spannung an ein Gate 226a des Schalters 226 angelegt wird, werden die Kollektoren 226b und der Emitter 226c elektrisch verbunden. Mithin wird der Energiespeicher 221 wirksam parallel zu der Primärwicklung 224a plaziert. Dadurch kann Strom aus dem Energiespeicher 121 durch die Primärwicklung 224a fließen.
In ähnlicher Weise sind der Schalter 227 und der Energiespeicher 220 in Reihe geschaltet, wobei diese Reihenkombination parallel zu der Sekundärwicklung 224b befestigt ist. Wenn Spannung an ein Gate 227a des Schalters 227 angelegt wird, werden die Kollektoren 227b und der Emitter 227c elektrisch verbunden. Mithin wird der Energiespeicher 221 wirksam parallel zu der Sekundärwicklung 224b plaziert. Dadurch kann Strom aus dem Energiespeicher 220 durch die Last 234 fließen.
Vorteilhafterweise erdet keiner der Energiespeicher 220-221 oder der Schalter 226-227 die Wicklungen 224a-224b. Deshalb sind die Wicklungen 224a-224b elektrisch potentialfrei. Infolgedessen fließt kein wesentlicher Strom durch einen Patienten oder eine andere Last 234, die an ein anderes Erd- oder Erdungspotential angeschlossen ist.

Steuergerät

Ein weiteres Bauteil des Generators 200 ist das Steuergerät 240, das für die Betätigung der Schalter 226-277 verantwortlich ist. Im allgemeinen regelt das Steuergerät 240 die Ein-Zeiten und die Aus-Zeiten der Schalter 226-277 gemäß einem festgelegten Zeitplan und erzeugt dadurch ein vorbestimmtes Impulsschema an den Elektroden 230-231. Wenn das Steuergerät 240 den Schalter 227 ansteuert, wird die Spannung des Energiespeichers 220 an die Elektroden 230-231 angelegt. Wenn das Steuergerät 240 den Schalter 226 ansteuert, wird die Spannung des Energiespeichers 220 an den Transformator 224 angelegt, wo sie mit sechs multipliziert und an die Elektroden 230-231 angelegt wird. Das Steuergerät 240 kann auch beide Schalter 226-227 ansteuern, um eine die Summe der Stufenspannungen 208- 209 umfassende Zusatzspannung an die Elektroden 230-231 anzulegen.
Das Steuergerät 240 kann einen Computer, eine Digital- oder Analogverarbeitungsvorrichtung, eine programmierbare logische Anordnung, eine festverdrahtete logische Schaltung, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung ("ASIC") oder eine andere geeignete Vorrichtung umfassen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuergerät 240 einen Mikrochip-Mikroprozessor PIL 16C64 umfassen, der bei Bedarf mit geeigneten RAM- und ROM-Modulen ausgestattet ist.
Vorzugsweise ist das Steuergerät 240 an eine Benutzeroberfläche 242 zum Austauschen von Daten mit einem Benutzer angeschlossen. Bei dem dargestellten Beispiel kann der Benutzer die Benutzeroberfläche 242 so betätigen, daß ein gewünschtes, an die Elektroden 230-231 anzulegendes Impulsmuster eingegeben wird.
Beispielsweise kann die Benutzeroberfläche 242 ein alphanumerisches Tastenfeld, einen Berührungsbildschirm, eine Computermaus, Druckknöpfe und/oder Kippschalter oder ein anderes geeignetes Bauteil zum Empfangen einer Eingabe von einer benutzenden Person umfassen. Die Benutzeroberfläche 242 kann auch einen Kathodenstrahlröhrenbildschirm, einen Leuchtdiodenbildschirm, einen Flüssigkristallbildschirm, eine Flüssigkristallanzeige, einen Drucker, eine Anzeigetafel, einen Audiolautsprecher oder ein anderes geeignetes Bauteil zum Übertragen von Daten zu einer benutzenden Person umfassen.

Zu bevorzugende Konstruktionsparameter

Die elektrischen Bedingungen lassen sich aus der Feldstärke ableiten, die aus In-vitro-Eperimenten mit Tumorzellen und Medikamenten als wirksam bestimmt wurde, typischerweise mit 1200-1300 V/cm und einer Impulslänge von etwa 100 us. Die maximale Spannung des Generators leitet sich aus der maximalen Tumorgröße ab, die man behandeln möchte. Zur Behandlung von Tumoren bis zu 2 cm Durchmesser mit Gabelelektroden (parallelen Platten) bei einer Feldstärke von 1300 V/cm ist eine Betriebsspannung von 1300 · 2 = 2600 V erforderlich; der Generator wurde für die Erzeugung von maximal 3000 V konstruiert, um einen zusätzlichen Spielraum vorzusehen.
Die spezifische Widerstandsfähigkeit des Gewebes/Tumors wurde als höchstens 100 Ohm x cm betragend angenommen. Bei einer Elektrodenfläche von 3 cm · 3 cm = 9 cm² beträgt der Widerstand 22 Ohm. Die innere Impedanz des Generators sollte mindestens um einen Faktor 10 niedriger als 22 Ohm sein, so daß es zu keinem wesentlichen Spannungsabfall zwischen dem Laden und der gelieferten Spannung kommt. Bei der maximalen Spannung von 3000 V und einer Lastimpedanz von 22 Ohm sind die Schaltbedingungen von einer teilweisen Kondensator-entladung zur Erzeugung eines quadratischen Impulses sehr wesentliche 400 kW.
Die gewünschte maximale Durchtrittsimpulslänge beträgt 100 us; das führt zu einer Energie von 40 J pro Impuls. Für die Ansammlungs- und Elektrophoreseimpulsparameter können eine maximale Spannung von 500 V und eine maximale Impulslänge von 200 ms verwendet werden.
Der maximale Laststrom beträgt etwa 136 A, der sich zu einem Primärstrom von 6 · 136 = 816 A umsetzt, den der Schalter zu führen und ein- und auszuschalten hat. Die Schalter 226-227 können vorzugsweise 1 ms lang einen Dauerstrom von 800 A aufrechterhalten. Die maximale Spannung beträgt 600 V. Einschwingspitzen sind auf ein Maximum von 550 V bei einem Sicherheitsspielraum von 10% begrenzt. Dafür war eine sorgfältige mechanische Anordnung mit niedriger Induktivität erforderlich, um Einschwingungen zu vermindern und so eng wie sicher ausführbar an die maximale Spannungsgrenze des IGBT heranzukommen.
Die Lastimpedanz von 22 Ohm wird auf die Primärwicklung übertragen: 22/6 · 6 - 0,61 Ohm Auf der Primärseite des Transformators wurde eine innere Gesamtimpedanz von 0,055 Ohm erzielt, die sich zu einer äquivalenten Impedanz von 1,98 Ohm auf der Sekundärseite umsetzt. Eine solche niedrige Impedanz kann bei einem Lichtbogen oder Kurzschluß zu Überströmen führen, und diese würden · den teuren Schalt-IGBT zerstören. Der IGBT kann so konfiguriert werden, daß er ein Strombegrenzungsmerkmal enthält, das den Schalter innerhalb weniger us bei übergroßen Stromlasten ausschaltet, wie sie bei einem Lichtbogen oder Kurzschluß auftreten könnten. Durch Induzieren eines Lichtbogens in der Sekundärwicklung maßen wir eine vorteilhafte Abschaltung des IGBT innerhalb von 5 us, sobald der Strom etwa 900 A in der Primärspule überschritt, was 150 A in der Sekundärspule entspricht.
Die notwendige Kondensatorgröße läßt sich aus dem maximal zulässigen Spannungsabfall von 5% über die Ladung abschätzen. Die in dem ersten Impuls geführte Spannung beträgt 100 us · 816 A. 0,08 Cb. Wenn das 5% der Kondensatorbatterie sein sollten, braucht die Batterie 20 · 0,08 = 1,6 Cb zu halten. Bei maximal 500 V beträgt die erforderliche Kapazität C = Q/V = 1,6 : 500 = 0,032 F oder 3200 uF. Die in diesen Kondensatoren gespeicherte Energie beträgt 400 Joule.
Für den Ansammlungs- und Elektrophoreseimpuls liefert eine zweite Kondensatorentladungsschaltung die längeren Impulslängen (mehrere 100 ms) und die niedrige Spannung (500 V) ohne den Impulstransformator. Die Niedrigspannungsschaltung und die Hochspannungsschaltung werden durch Diodenstapel 237 und 236 voneinander getrennt.

Datenspeichermedien

Ein Verfahren zur Erzeugung von Impulsmustern kann beispielsweise durch Betätigen des Steuergeräts 240 ausgeführt werden, um eine Abfolge von maschinenlesbaren Befehlen auszuführen. Diese Befehle können in verschiedenen Arten von Datenspeichermedien liegen, z. V. einem Datenspeichermedium, das greifbar ein Programm von durch einen Digitaldatenprozessor ausführbaren, maschinenlesbaren Befehlen verkörpert, um Verfahrensschritte zum Erzeugen eines vom Benutzer spezifizierten Elektrofeld-Impulsmusters vorzunehmen, um eine verbesserte Elektroporation zustandezubringen.
Dieses Datenspeichermedium kann beispielsweise einen in dem Steuergerät 240 enthaltenen RAM umfassen. Als Alternative können die Befehle in einem weiteren Datenspeichermedium, beispielsweise auf einer magnetischen Datenspeicherdiskette 300 (Fig. 3), enthalten sein. Die Befehle können, ob nun in dem Steuergerät 240 oder anderswo enthalten, statt dessen auf einer anderen Art von Datenspeichermedium enthalten sein, beispielsweise auf einem DASD-Speicher (z. B. einem herkömmlichen "harten Laufwerk" oder einer RAID-Anordnung), einem Magnetband, einem elektronischen Festwertspeicher (z. B. einem ROM), einer optischen Speichervorrichtung (z. B. einem WORM), auf "Stanz"karten aus Papier oder auf anderen Datenspeichermedien. Die maschinenlesbaren Befehle können Linien eines kompilierten Mikrochip-Maschinenkodes PIL 16C64 umfassen.

Bedienungsschritte

Wie oben erwähnt, wird ein Verfahren zum Erzeugen eines vom Benutzer spezifizierten Elektrofeld-Impulsmusters offenbart, um eine verbesserte Elektroporation zustandezubringen. Fig. 4 zeigt eine Abfolge von Verfahrensschritten 400 zur Darstellung eines Beispiels. Der leichten Erklärung halber, wobei jedoch keine Einschränkung beabsichtigt ist, ist die Abfolge von Fig. 4 im spezifischen Kontext des oben beschriebenen Impulsgenerators 200 beschrieben.
Nachdem die Schritte 400 im Auftrag 402 eingeleitet sind, empfängt das Steuergerät 240 in Auftrag 404 die ein Ausgangsimpulsmuster für die einen oder mehrere Ausgangsimpulse spezifizierende Benutzereingabe. Beispielsweise kann diese Benutzereingabe von einer anderen elektronischen Vorrichtung oder sogar einem vorgespeicherten Datensatz empfangen werden.
Vorzugsweise legt die Benutzereingabe eine Dauer für jeden Impuls fest und legt auch entweder eine "hohe" Ausgangsspannung oder eine "niedrige" Ausgangsspannung fest. Als nächstes erzeugt der Impulsgenerator in Auftrag 404 für jeden Impuls mit einer niedrigen vorbestimmten Spannung die "niedrige" vorbestimmte Spannung an den Ausgangsanschlüssen 230 und 231 für die festgelegte Dauer. Insbesondere kann das Steuergerät 240 durch Durchschalten des Schalters 227 einen Niedrigspannungsimpuls erzeugen und dadurch ermöglichen, daß der Energiespeicher durch die Last 234 entladen wird.
Auch in Auftrag 404 werden an den Sekundärwicklungsanschlüssen Hochspannungsimpulse erzeugt, indem gleichzeitig eine andere Spannung an die Primärwicklungsanschlüsse des Transformators für die festgelegte Dauer angelegt werden. Insbesondere wird bei dem Hochspannungsimpuls die Spannung in der oben erläuterten Weise erzeugt, während gleichzeitig der Schalter 226 ausgelöst wird, damit sich der Energiespeicher 221 durch die Primärwicklung 224 entladen kann. Da die Spannung des Speichers 221 von dem Transformator 224 vervielfacht wird, entsteht an den Elektroden 230-231 eine hohe Spannung. Diese Spannung ist die additive Summe der in den Energiespeichern 220-221 gespeicherten Spannungen.
Einer oder mehrere der oben erwähnten Impulse wird deshalb in Auftrag 404 erzeugt, um das vom Benutzer spezifizierte Impulsmuster herzustellen. Nachdem das vom Benutzer spezifizierte Impulsmuster geschaffen und in Auftrag 404 abgeschlossen ist, endet die Routine in Auftrag 406.

Betrieb mit bevorzugtem Impulsmuster

Wie oben erwähnt, liefert der Impulsgenerator 200 ein vom Benutzer spezifiziertes Impulsmuster mit einem oder mehreren Impulsen mit einer "hohen" und/oder "niedrigen" Ausgangsspannung. Die Fig. 5-9 veranschaulichen verschiedene beispielhafte Impulsformen, die allein oder in Kombination zur Bildung des vom Benutzer spezifizierte Impulsmusters verwendet werden können.
Zwar kann jedes der Impulsmuster gemäß den Fig. 5-9 eindeutige Vorteile für verschiedene Anwendungen liefern, jedoch hebt die folgende Beschreibung die Merkmale und die Funktionsweise eines Musters 700 (Fig. 7) hervor, um die Funktionsweise der Erfindung sowohl elektrisch in dem Impulsgenerator 200 als auch physiologisch in einer Zellenprobe darzustellen.
Das Muster 700 umfaßt ein "Stufenmuster", indem es erste, zweite und dritte Spannungspegel 702-704 bereitstellt. Eine, zwei oder alle dieser Spannungen können bei Bedarf die gleiche sein. Die Impulse weisen eine erste, eine zweite und eine dritte Dauer 706-708 auf. In dem vorliegenden Beispiel liefert die erste und die dritte Spannung 706, 708 500 V (GS), wohingegen die zweite Spannung 707 3000 V (GS) liefert.
Fig. 10 beschreibt eine veranschaulichende Abfolge 1000 beim Erzeugen und Anlegen des Stufenmusters 700 und die durch das Anlegen des Musters 700 hervorgerufenen physiologischen Wirkungen. Nachdem die Abfolge in Auftrag 1002 begonnen hat, empfängt die Benutzeroberfläche 242 die Benutzereingabe in Auftrag 1004. Bei der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Benutzereingabe die Benutzerspezifikation eines gewünschten Elektroporationsimpulsmusters mit einem Dauer- und einem Spannungspegel für jeden Abschnitt des Musters.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Benutzer eine gewünschte Größe des durch den Transformator 224 anzulegenden elektrischen Feldes und eine Messung des Abstands zwischen den Elektroden 230-231 spezifizieren. In diesem Falle kann das Steuergerät 240 die geeignete Spannung für den Transformator 224 berechnen, um das gewünschte elektrische Feld anzulegen, beispielsweise durch Multiplizieren des elektrischen Feldes mit dem Abstand. Bei einer Ausführungsform kann die Abstandsmessung durch den Benutzer von Hand eingegeben werden. Als Alternative kann der Abstand mechanisch gemessen und mit automatischen Mitteln, wie sie beispielsweise in dem USA-Patent Nr. 5,439,440 gezeigt sind, elektronisch an das Steuergerät 240 geführt werden.
Gleichzeitig mit dem Auftrag 1004 erzeugt die Leistungsversorgung 202 die Referenzspannungen an den Ausgangsanschlüssen 208-209. Bei dem vorliegenden Beispiel werden die Referenzspannungen 208-209 von 500 V (GS) verwendet. Durch die Erzeugung der Referenzspannungen in Auftrag 1008 werden die Energiespeicher in Auftrag 1008 geladen.
Nach dem Auftrag 1008 legt ein Operierender in Auftrag 1010 Moleküle eines Implantatmittels an eine Behandlungsstelle an. Das Implantatmittel kann eine oder mehrere Arten der DNA, Gene und/oder verschiedene Chemikalien umfassen. Bei der Elektrochemotherapie ist Bleomycin ein nützliches Implantatmittel.
Bei einem lebenden Patienten umfaßt die Behandlungsstelle einen Bereich von lebenden Zellen, und der/die Operierende ist vorzugsweise eine Krankenschwester oder ein Arzt, die/der ein flüssiges Implantat durch Einspritzen desselben mit einer Subkutankanüle einbringt.
Bei einer In-vitro-Einbringung des Implantatmittels kann jedoch die Behandlungsstelle eine in einen geeigneten Behälter eingebrachte Zellprobe bilden. Bei diesem Beispiel kann der Operierende ein Labortechniker sein, der ein flüssiges Implantat durch Eingießen, Eintröpfeln in die Augen oder Einführen in die Zellprobe in anderer Weise einbringt.
In Schritt 1010, ob in vivo oder in vitro ausgeführt, wird das Implantatmittel zwischen die Interstitia an der Behandlungsstelle eingebracht. Als nächstes bringt der Operierende in Auftrag 1012 Elektroden auf die Behandlungsstelle auf. Bei einem lebenden Patienten kann dabei ein Bereich von Zellen durch die Dermis hindurch mit einer Gabel erfaßt werden, eine Nadelanordnung in das Gewebe des Patienten eingebracht werden oder ein anderes Verfahren angewandt werden. Bei einer In-vitro-Behandlungsstelle kann in Auftrag 1012 die Zellprobe zu diesen Zwecken zwischen ein Paar plattenförmige Elektroden eingebracht werden. Beispielsweise können plattenförmige Elektroden, beispielsweise die Küvetten der Narke BTX, Teilenummer 640, verwendet werden.
Nach Auftrag 1012 schaltet das Steuergerät 240 in Auftrag 1014 den Schalter 227 durch, entlädt den Energiespeicher 220 und legt dadurch die "niedrige" Spannung an die Elektroden 230-231 an. Bei diesem Schritt werden Moleküle des Implantatmittels nahe an den Membranen der Zellen in der Zellprobe angesammelt. Wie die hier auftretenden Erfinder festgestellt haben, kann dieser Schritt hinreichend mit einer verminderten Spannung ausgeführt werden. Demgemäß wird mit der "niedrigen" Spannung des Energiespeichers 220 dieser Zweck erfüllt und dabei dennoch Schäden an den Zellen in der Probe vermieden und Elektroenergie gespart.
Fig. 7 stellt Auftrag 1014 als Spannungsimpuls 702 dar. Wie gezeigt ist, umfaßt dieser Impuls vorzugsweise eine Quadratwelle mit einer Dauer 706 von etwa 10- 200 ms und einer Spannung von etwa 500 V (GS). Abhängig von der Anwendung können jedoch verschiedene Parameter ersetzt werden, um den Impuls 702 zu begrenzen.
Nach Auftrag 1014 schaltet das Steuergerät 240 in Auftrag 1016 den Schalter 226 durch (und schaltet dabei den Schalter 227 weiter durch). Dadurch entsteht eine "hohe" Spannung an den Elektroden 230-231, die der Summe der Referenzspannungen 208-209 entspricht. Diese hohe Spannung reicht aus, um kleine Poren in den Zellen der Gewebeproben zu schaffen. Die Erfinder glauben, daß diese Wirkung durch die Elektrophorese entsteht, d. h. der Einwirkung der Coloumb-Kräfte an den geladenen Molekülen des Implantatmittels.
Fig. 7 stellt diesen Schritt als Spannungsimpuls 703 dar. Wie dargestellt ist, umfaßt dieser Impuls vorzugsweise eine Quadratwelle mit einer Dauer 707 von etwa 100 ms und einer elektrischen Feldstärke von etwa 1200 V/cm. Abhängig von der Anwendung können jedoch verschiedene Parameter ersetzt werden, um den Impuls 702 zu begrenzen.
Vorteilhafterweise begrenzt der Impulsgenerator 200 bei diesem Schritt automatisch die Schäden an den Zellen der Gewebeprobe. Insbesondere beginnt dann, wenn die Spannung von der Primärwicklung 224a die Sekundärwicklung 224b sättigt, die von der Sekundärwicklung 224b aufgewiesene Spannung gemäß bekannten Prinzipien der Transformatorfunktion abzuklingen. Mithin begrenzt die Sekundärwicklung 224b, selbst wenn die an die Primärwicklung 224a angelegte Spannung über einen übermäßig langen Zeitraum angelegt wird, automatisch die Einwirkung dieses Hochspannungsimpulses auf die Gewebeprobe.
Als nächstes hört das Steuergerät 240 in Auftrag 1018 auf, den Schalter 226 durchzuschalten, schaltet jedoch den Schalter 227 weiter durch. Durch diesen Schritt können die Moleküle des Implantatmittels durch die durchlässigen Membranen der Zellen gelangen und in das Protoplasma der Zellen eintreten.
Fig. 7 stellt diesen Schritt als Spannungsimpuls 704 dar. Wie dargestellt ist, umfaßt dieser Impuls vorzugsweise eine Quadratwelle mit einer Dauer 708 von etwa 1-200 ms und einer Spannung von etwa 500 V (GS). Abhängig von der Anwendung können jedoch verschiedene Parameter ersetzt werden, um den Impuls 704 zu begrenzen.
Nach Auftrag 1018 löst das Steuergerät 240 das Durchschalten des Schalters 227 aus und beendet den Impuls 700. Dann nimmt der Operierende in Auftrag 1022 die Elektroden aus der Zellprobe heraus, und die Abfolge 1000 endet in Auftrag 1022.

AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zwar ist das gezeigt worden, was gegenwärtig als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrachtet wird, für die Fachleute ist jedoch klar, daß verschiedene Änderungen und Modifizierungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines spezifizierten Elektroporations-Impulsschemas, das eine Leistungsquelle, einen Transformator, ein Steuergerät und Ausgangsanschlüsse umfasst, die zur Verbindung mit Elektroden konfiguriert sind, bei der vorgesehen ist:

eine erste Leistungsversorgung (209, 221) zur Abgabe einer ersten Ausgangsspannung;

eine zweite Leistungsversorung (208, 220) zur Abgabe einer zweiten Ausgangsspannung;

ein Transformator (224) mit einer primären (224a) und sekundären (224b) Wicklung, die elektromagnetisch gekoppelt sind, wobei die sekundäre Wicklung (224b) zwischen zwei Ausgangsanschlüssen (230, 231) angeordnet ist;

ein erster Schalter (226), der mit der ersten Leistungsversorgung (209, 221) und der primären Wicklung (224a) verbunden ist und in Abhängigkeit von einem ersten Gatesignal die erste Ausgangsspannung der ersten Leistungsversorgung (209, 221) an die primäre Wicklung (224a) anlegt;

ein zweiter Schalter (227), der mit der zweiten Leistungsversorgung (208, 220) und der sekundären Wicklung (224b) verbunden ist und in Abhängigkeit von einem zweiten Gatesignal die zweite Ausgangsspannung der zweiten Leistungsversorgung an die Ausgangsanschlüsse (230, 231) anlegt;

wobei das Steuergerät (240) die Benutzerspezifikation eines Ausgangsimpulsschemas empfängt und das erste und zweite Gatesignal liefert, um das spezifizierte Ausgangsimpulsschema an den Ausgangsanschlüssen (230, 231) zu erzeugen, wobei das Steuergerät programmierte Befehle enthält, um ein Elektroporations-Impulsmuster durch Ausführen von Schritten zu erzeugen, die umfassen:

Empfangen der Benutzerspezifikation einer Ausgangsimpulsform eines oder mehrerer Ausgangsimpulse, wobei die Benutzerspezifikation eine Dauer für jeden Impuls umfasst und ferner entweder einen ersten vorgegebenen Ausgangsspannungspegel oder einen zweiten vorgegebenen Ausgangsspannungspegel spezifiziert;

Anlegen eines Gatesignals für jeden Impuls des zweiten vorgegebenen Ausgangsspannungspegel an einen der Schalter für die spezifizierte Dauer; und

Anlegen eines Gatesignals für jeden Impuls des ersten vorgegebenen Ausgangsspannungspegels an den ersten Schalter, während gleichzeitig ein Gatesignal an den zweiten Schalter für die spezifizierte Dauer angelegt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der:

die erste Leistungsversorgung die erste Ausgangsspannung mit einer Größe proportional zu einem ersten Versorgungssignal liefert,

die zweite Leistungsversorgung die zweite Ausgangsspannung mit einer Größe proportional zu einem zweiten Versorgungssignal liefert, und

das Steuergerät das erste und zweite Versorgungssignal liefert, um das spezifizierte Ausgangsimpulsschema an den Ausgangsanschlüssen zu erzeugen.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jede der ersten und zweiten Leistungsversorgungen elektrische Leistungsquellen sind, die mit einem Energiespeicher sowie mit dem ersten und zweiten Schalter verbunden sind, wobei jeder Energiespeicher vorzugsweise einen Kondensator (220, 221) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der erste und zweite Schalter einen Transistor oder einen bipolaren Flächentransistor mit isoliertem Gate aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Transformator eine Leckinduktanz von weniger als 10 uHenry hat.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eines oder mehrere der folgenden Bauelemente aufweist: einen Mikroprozessor, der Teil des Steuergerätes bildet, eine Benutzerschnittstelle, die mit dem Steuergerät verbunden ist, zwei Elektroden, die jeweils mit einem unterschiedlichen Ausgangsanschluss elektrisch verbunden sind, eine Diode (237), die zwischen einen der Ausgangsanschlüsse und die sekundäre Wicklung elektrisch geschaltet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der zweite Schalter und die zweite Leistungsversorgung in Reihe geschaltet sind, wobei die Reihenschaltung mit der sekundären Wicklung elektrisch parallel geschaltet ist und vorzugsweise ferner eine mit dem zweiten Schalter und der zweiten Leistungsversorgung in Reihe geschaltete Diode (236) aufweist und/oder der erste Schalter und die erste Leistungsversorgung in Reihe geschaltet sind, wobei die Reihenschaltung mit der primären Wicklung elektrisch parallel geschaltet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Elektroden Plattenelektroden oder Nadelelektroden aufweisen und wahlweise ein Spaltsensor vorgesehen ist, um einen Abstand zwischen den Elektroden zu erfassen und ein entsprechendes elektronisches Abstands-Ausgangssignal zu liefern.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die programmierten Befehle zum Erzeugen eines Elektroporations-Impulsmusters zum Durchführen der Schritte in einem tragbaren berührbaren Datenspeichermedium enthalten sind, das von dem Steuergerät ausführbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Steuergerät Mittel zum elektrischen Verbinden der ersten und zweiten Leistungsversorgung umfasst und zum Durchführen von Verfahrensschritten programmiert ist, die aufweisen:

a) Erzeugen einer Spannung an den Anschlüssen der sekundären Wicklung durch Anlegen der zweiten Ausgangsspannung an die Anschlüsse der sekundären Wicklung des Transformators;

b) eine vorgegebene Verzögerung nach Einleiten des Schrittes a) zum Aufrechterhalten der zweiten Ausgangsspannung an den Anschlüssen der sekundären Wicklung, während gleichzeitig die erste Ausgangsspannung an die Anschlüsse der primären Wicklung angelegt wird; und

c) eine vorgegebene Verzögerung nach Einleiten des Schrittes b), um das Anlegen der ersten Ausgangsspannung an die Anschlüsse der primären Wicklung zu beenden, während die zweite Ausgangsspannung an den Anschlüssen der sekundären Wicklung während einer vorgegebenen Dauer aufrechterhalten wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, deren Steuergerät so programmiert ist, dass es, statt des Schritts des Empfangens der Spezifikation des ersten vorgegebenen Ausgangsspannungspegels, Verfahrensschritte ausführt, die aufweisen:

Empfang eines Eingangs, der ein erwünschtes elektrisches Feld spezifiziert;

Empfang eines Eingangs, der einen Elektrodenabstand spezifiziert; und

Berechnen des ersten vorgegebenen Ausgangsspannungspegels, um das spezifizierte elektrische Feld über den spezifizierten Elektrodenabstand zu erzeugen.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der erste Impuls ein Niedrigspannungsimpuls einer ersten Dauer und der zweite Impuls ein Hochspannungsimpuls einer zweiten Dauer ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Impulsschema ferner einen dritten Impuls aufweist, der ein Niedrigspannungsimpuls einer dritten Dauer ist, wobei der dritte Impuls unmittelbar dem zweiten Impuls folgt.