專利名稱：利用雙磁場向主體中的順磁結(jié)構(gòu)施加轉(zhuǎn)矩的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過向主體中的微觀順磁結(jié)構(gòu)施加轉(zhuǎn)矩以激發(fā)這些結(jié)構(gòu)的機(jī)械運(yùn)動來治療主體中的狀況。
背景技術(shù)：
在全世界，瘧疾感染了幾百萬人。在感染了紅血細(xì)胞之后，瘧疾寄生物(malaria parasite)以血紅蛋白(Hb，hemoglobin)為食，并在寄生蟲(parasite)中的食物泡內(nèi)分解Hb。Hb的血紅素(heme)部分被稱為鐵原卟吩(ferritoprotoporphin) IX(縮寫為 Fe(III)PPIX)；并且不能被該寄生蟲消化。寄生蟲將狗(III) PPIX轉(zhuǎn)換成被稱為瘧原蟲色素(hemozoin)的晶堆(crystalline stack)。瘧原蟲色素是！^ (III) PPIX的晶體二聚物， 具有可以被描述為板條狀的輪廓分明的晶體結(jié)構(gòu)。寄生蟲液泡中的這些晶體通常在長度上接近1微米(μ m，1 μ m = 10_6米)，并且在寬度上接近幾百納米(nm，Inm = 10_9米)。瘧原蟲色素的磁感系數(shù)根據(jù)其所在溶液的性質(zhì)而變化；但是，最后所得到的磁矩通常在1至5玻爾磁子內(nèi)，這使瘧原蟲色素超順磁。磁感系數(shù)(magnetic susc印tibility)表示材料中的磁偶極子響應(yīng)于外部施加磁場而對準(zhǔn)的趨勢。最后實(shí)現(xiàn)的對準(zhǔn)使材料起到小磁體的作用， 其中該小磁體根據(jù)該磁體相對于外部施加磁場的方向而受力。已經(jīng)表明低頻振蕩磁場引起受到瘧疾寄生物感染的紅血細(xì)胞內(nèi)的瘧原蟲色素的機(jī)械扭轉(zhuǎn)(J. E. Feagan, M. A. W. Wurscher, C. Ramon, H. Lai，“磁場和瘧疾”，光的生物效應(yīng)光的生物效應(yīng)研討會會刊，Hlick, M. F.和 Jung，Ε. G. Kluwer Academic Publishers, Hingham, MA, pp343_349，1999)。根據(jù)i^eagan等人所稱，機(jī)械扭轉(zhuǎn)足以造成寄生蟲細(xì)胞內(nèi)部的膜破裂，并因此造成寄生蟲的破壞?？商娲兀@些著作者提出，除了使寄生蟲膜機(jī)械破裂以外，所施加的磁場還抑制血紅素的生物聚合，從而將血紅素的毒性作用強(qiáng)加于寄生蟲并造成其死亡。在暴露于以每秒5個周期(赫茲，Hz)的15高斯(Gs)的交變磁場達(dá)M小時(shí)之后，在培養(yǎng)物中的寄生蟲的水平被降低到未治療的對照品(control)樣本中的水平的大約70%到大約33%的范圍。

發(fā)明內(nèi)容
提供了用于向主體中的微觀順磁結(jié)構(gòu)施加轉(zhuǎn)矩的技術(shù)，這些技術(shù)提供優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。在第一組實(shí)施例中，一種方法包括使主體同時(shí)暴露于沿第一方向在第一頻率下振蕩的第一磁場和不同的沿第二方向在第二頻率下振蕩的第二磁場，其中所述主體包括多個微觀順磁結(jié)構(gòu)，所述多個微觀順磁結(jié)構(gòu)的針對所述第一磁場的磁感系數(shù)不同于針對所述第二磁場的磁感系數(shù)。在另一組實(shí)施例中，一種方法使動物(包括哺乳動物、人和實(shí)驗(yàn)動物)的疾病的癥狀好轉(zhuǎn)，該動物的疾病原體(disease agent)或患病細(xì)胞選擇性地包括微觀順磁結(jié)構(gòu)。該方法包括使所述動物同時(shí)暴露于具有治療上有效的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的沿第一方向在第一頻率下振蕩的第一磁場和不同的沿第二方向在第二頻率下振蕩的第二磁場。在另一組實(shí)施例中，一種裝置包括適于產(chǎn)生沿第一方向在第一頻率下振蕩的第一磁場的第一磁體。還包括適于產(chǎn)生沿第二方向在第二頻率下振蕩的不同的第二磁場的第二磁體。病人治療平臺適于使病人同時(shí)處于所述第一磁場和所述第二磁場中。所述第一頻率和所述第二頻率被選擇而使得與病人的狀況相關(guān)聯(lián)的微觀順磁結(jié)構(gòu)的磁感系數(shù)在所述第一磁場中和在所述第二磁場中是不同的。


在附圖中的各圖中，以示例性方式而非限制性方式例示本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件，其中圖IA是例示具有微觀順磁結(jié)構(gòu)的患病細(xì)胞的結(jié)構(gòu)圖；圖IB是例示若干時(shí)期的具有微觀順磁結(jié)構(gòu)的患病細(xì)胞的結(jié)構(gòu)圖；圖2A、圖2B和圖2C是例示適合作為本發(fā)明各種實(shí)施例的目標(biāo)的示例性微觀順磁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖3是例示微觀順磁結(jié)構(gòu)與外部施加磁場之間的空間關(guān)系的結(jié)構(gòu)圖；圖4是例示根據(jù)實(shí)施例的示例裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖5是例示根據(jù)實(shí)施例的應(yīng)用使瘧疾好轉(zhuǎn)的方法的結(jié)果的圖解；圖6是例示根據(jù)實(shí)施例的示例實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)圖；圖7是例示向患病細(xì)胞施加單一磁場的結(jié)果的柱圖；以及圖8A至圖8C是例示根據(jù)各種實(shí)施例的向患病細(xì)胞施加雙磁場的益處的柱圖。
具體實(shí)施例方式描述了用于向主體中的微觀順磁結(jié)構(gòu)施加轉(zhuǎn)矩的裝置和方法。在以下描述中，為了說明的目的，闡述了多個具體細(xì)節(jié)，以便提供對本發(fā)明的全面理解。然而，對本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，沒有這些具體細(xì)節(jié)也可以實(shí)施本發(fā)明。在另一些實(shí)例中，以結(jié)構(gòu)圖的形式示出了眾所周知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，以避免不必要地使本發(fā)明難以理解。以下描述在瘧原蟲的特定生命周期階段的應(yīng)用環(huán)境下的本發(fā)明的一些實(shí)施例。然而，本發(fā)明不限于這種應(yīng)用環(huán)境。在另一些實(shí)施例中，本發(fā)明適用于涉及瘧原蟲色素和其它順磁結(jié)構(gòu)的其它疾病。例如，涉及瘧原蟲色素的其它疾病包括食血有機(jī)體，例如寄生蠕蟲 (helminth worms)曼氏(mansoni)血吸蟲(血吸蟲病或裂體血吸蟲病的致病原體)、棘口吸蟲(Echinostoma trivolvis)、禽感染原生鴿屬血變蟲、以及引起查加斯病(美洲錐蟲病) 的寄生蟲錐蟲(parasite Trypanosoma cruzi)。其中與感染的細(xì)胞中的順磁產(chǎn)物或鐵磁產(chǎn)物的累積類似關(guān)聯(lián)的其它疾病還包括肺結(jié)核和弓形體病。在此所使用的術(shù)語“包括”(或包含)之后所列的內(nèi)容并非意在詳盡列舉，并且意在包括任何其它沒有列出的部分。1、概覽在世界許多地方，瘧疾仍然是致命的災(zāi)害。寄生蟲侵襲紅血細(xì)胞，以血紅蛋白為食，并累積瘧原蟲色素，即鐵晶體，其殘留在宿主細(xì)胞中的寄生蟲內(nèi)。圖IA是例示具有(如在瘧疾寄生物中的)微觀順磁結(jié)構(gòu)的患病細(xì)胞110的結(jié)構(gòu)圖。細(xì)胞110包括寄生蟲130， 寄生蟲130在該細(xì)胞中在以圓120表示的一個或多個階段中發(fā)育。在例示的階段中，寄生蟲130包括一個液泡132，其包括若干瘧原蟲色素晶體134 (通常為3至5個，并最多達(dá)10 個)。通過在液泡132中形成瘧原蟲色素134，保護(hù)寄生蟲免受血紅素的毒性作用。瘧原蟲色素晶體134是微觀順磁結(jié)構(gòu)的一個示例，其由多個原子和分子組成并且選擇性地包含在疾病原體或患病細(xì)胞中。如在此使用的“微觀結(jié)構(gòu)”是一種在大約.01微米至大約100微米的尺寸范圍內(nèi)的微觀結(jié)構(gòu)。圖IB是例示在48小時(shí)疾病周期過程中若干階段的具有微觀順磁結(jié)構(gòu)的患病細(xì)胞的結(jié)構(gòu)圖。該圖包括極坐標(biāo)圖150以及七幅顯微照片圖像160a至160g。極坐標(biāo)圖150的徑向軸152指示以皮摩爾(pmol，Ipmol = 10_12摩爾)/百萬感染紅血細(xì)胞(RBC)為單位的瘧原蟲色素含量。始于該圖解頂部的方位角1 指示在侵襲之后的以小時(shí)為單位的時(shí)間。 在瘧疾寄生物的46至48小時(shí)的周期中，瘧原蟲色素的含量從零上升至約lOOOpmol/百萬感染RBC，如跡線155所示。顯微照片160a至160g在由表示七微米(7 μ m)的柱161所給定的空間標(biāo)尺上圖示出在多個階段的示例感染RBC。瘧疾是寄生蟲媒病，一年感染約6. 5億人，并且造成將近三百萬人死亡。最常見形式的瘧疾是由感染紅血細(xì)胞(RBC，也稱為紅血球)的寄生蟲惡性瘧原蟲(Pf，Plasmodium falciparum)引起的。Pf的生命周期經(jīng)過多個無性和有性階段。由母瘧蚊傳播的瘧原蟲孢子體(Plasmodium sporozoite)與蚊子唾液一起被注入到動物宿主的血液中。在肝臟中進(jìn)行初始增殖之后，處于裂殖子(merozoite)階段的寄生蟲被釋放回到血液流中。然后單個裂殖子侵襲RBC并在大約6小時(shí)之后成熟而同時(shí)使RBC變形成環(huán)狀。顯微照片160a圖示出受到單個裂殖子163感染的RBC(紅血球)。在大約M小時(shí)內(nèi)，成熟的寄生蟲進(jìn)入營養(yǎng)子 (trophozoite)階段，在該階段中，包括血紅蛋白在內(nèi)的大多數(shù)RBC細(xì)胞質(zhì)(cytoplasm)發(fā)生分解代謝，即RBC中的復(fù)合物質(zhì)被寄生蟲轉(zhuǎn)化成更簡單的化合物，并伴隨著能量的釋放。 這個階段通過顯微照片160c和160d以及160e圖示，分別示出RBC細(xì)胞質(zhì)166和168以及 170的漸進(jìn)的分解代謝。在大約40小時(shí)之后，在RBC中的最后(裂殖體，schizont)階段中，寄生蟲經(jīng)歷了顯微照片160f和160g中所圖示的多次分裂，以產(chǎn)生最多達(dá)32個新的裂殖子174，其在大約46小時(shí)處的分段體(segmentor)階段中，突破宿主RBC，并且侵襲最多達(dá)32個新的RBC。在裂殖體階段中，瘧原蟲色素晶體172呈現(xiàn)最大量。實(shí)際上瘧原蟲色素含量甚至在營養(yǎng)子階段開始時(shí)就接近其最大值，指示把瘧原蟲色素作為目標(biāo)的最易感染階段處于營養(yǎng)子階段和裂殖體階段，即48小時(shí)周期的III象限和IV象限。如以下更詳細(xì)地說明的，申請人已經(jīng)確定先前的(例如以上引用的i^eagan等人的)方法只能在瘧原蟲色素晶體134和172中引起微小的偏移和阻尼振動。申請人:已進(jìn)一步確定，例如通過旋轉(zhuǎn)、振蕩、攪動、振動或攪拌(單獨(dú)動作或按照某些組合的動作)，向瘧疾寄生物或其它寄生蟲中的瘧原蟲色素晶體134施加機(jī)械轉(zhuǎn)矩，將造成該晶體更加強(qiáng)烈地運(yùn)動。這種強(qiáng)烈運(yùn)動應(yīng)比現(xiàn)有技術(shù)的方法更有效地實(shí)現(xiàn)寄生蟲破
6壞，其中，可直接通過能夠撕裂寄生蟲的內(nèi)膜的機(jī)械電池(mechanical battery)使消化酶釋放到寄生蟲細(xì)胞質(zhì)中，這最終會造成自我分解，或者可間接通過將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱量。通過適合磁場施加轉(zhuǎn)矩，該磁場不同于現(xiàn)有技術(shù)中公開的單一的5Hz和15 的振蕩磁場。下列分析證實(shí)使用該晶體的兩個不同的磁感系數(shù)來引發(fā)轉(zhuǎn)矩是有利的。 2.對在順磁結(jié)構(gòu)上的磁場引發(fā)轉(zhuǎn)矩的分析提出以下分析以提供對本發(fā)明的實(shí)施例的更詳細(xì)的理解，以便別人可以制造并使用它，并且認(rèn)識其優(yōu)點(diǎn)。然而，本發(fā)明不受以下分析的準(zhǔn)確性或完整性的限制。圖2A、圖2B和圖2C是例示適合作為本發(fā)明各種實(shí)施例的目標(biāo)的示例微觀順磁結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖2A例示具有多邊形面的細(xì)長的順磁結(jié)構(gòu)211。例示出四邊形的面。空間取向由單位矢量c 223(其具有等于1的大小和與結(jié)構(gòu)211的縱軸對準(zhǔn)的方向)表示。在宏觀坐標(biāo)系(例如，病人、實(shí)驗(yàn)室或外部施加磁場的坐標(biāo)系)中，單位矢量c具有針對三個維度的三個分量。兩個垂直的單位矢量pl 221和p2 222指示與單位矢量c垂直的橫向。可以將三個單位矢量C、pi和p2組合作為一種表示單位張量220的方式。張量本質(zhì)上是各矢量中的一個矢量。在這里，表示矢量和張量的符號用黑體字體來呈現(xiàn)。順磁結(jié)構(gòu)的行為可以由張量來表示，張量中的各分量表示響應(yīng)沿三個空間方向的刺激的相對強(qiáng)度。順磁結(jié)構(gòu)的取決于該結(jié)構(gòu)內(nèi)質(zhì)量分布的慣量由張量J給出；并且磁感系數(shù)由張量χ給出。磁感系數(shù)χ由公式ι定義，并且通過實(shí)驗(yàn)確定。
其中H是外部施加磁場的強(qiáng)度(矢量)，并且M是所得到的每單位體積的磁矩(也是矢量)。如果晶體是各向同性的，即能使所有磁偶極子與外部磁場對準(zhǔn)，則χ是標(biāo)量，并且Μ平行于H。否則，該結(jié)構(gòu)是所稱的各向異性的，并且χ是按照張量乘法法則將矢量H轉(zhuǎn)換成矢量M的張量。圖3是例示針對各向異性磁感系數(shù)的微觀順磁結(jié)構(gòu)與外部施加磁場之間空間關(guān)系的結(jié)構(gòu)圖300。圖3圖示出沿一個方向的外部施加磁場H 310，以及所得到的沿與H成角度330的不同方向的M 320。圖2Β例示稍微不同的具有圓形面的細(xì)長的順磁結(jié)構(gòu)212。這種結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出繞縱軸的旋轉(zhuǎn)對稱性，并且通過單個橫向張量分量進(jìn)行適當(dāng)描述。因此，在數(shù)學(xué)上，對結(jié)構(gòu)212的分析比對結(jié)構(gòu)211的分析更簡單。然而，由于結(jié)構(gòu)211與結(jié)構(gòu)212如此相似，因而更簡單的對結(jié)構(gòu)212的分析會非常接近更復(fù)雜的對結(jié)構(gòu)211的分析的結(jié)果。圖2C例示不同的具有橢圓面的細(xì)長的順磁結(jié)構(gòu)213。該結(jié)構(gòu)213在縱向方向和垂直方向之一上被顯著拉長。未示出適合通過標(biāo)量(scalar quantity)進(jìn)行描述的球形結(jié)構(gòu)。在以下的分析中，常使用與瘧原蟲色素的結(jié)構(gòu)充分相似的順磁結(jié)構(gòu)212進(jìn)行例示。
2. 1轉(zhuǎn)矩依賴在磁感系數(shù)上的差異由公式2給出作用在無限小體積dV的內(nèi)含物上的磁感應(yīng)轉(zhuǎn)矩dT。
其中B是磁通密度，而M是在dV的位置處每單位體積的磁矩。如果所施加的磁場在整個瘧原蟲色素的體積中相當(dāng)均勻，并且當(dāng)該環(huán)境與非磁性物質(zhì)在其磁性能上的不同可以忽略時(shí)，磁通密度B通過公式3與所施加的磁場H相關(guān)。
7B=μ0H (3)
其中是自由空間的磁導(dǎo)率。于是，施加到目標(biāo)體積V的總轉(zhuǎn)矩由公式4給出。
權(quán)利要求
1.一種向主體中的微觀順磁結(jié)構(gòu)施加轉(zhuǎn)矩的方法，包括使主體同時(shí)暴露于沿第一方向在第一頻率下振蕩的第一磁場和不同的沿第二方向在第二頻率下振蕩的第二磁場，其中所述主體包括多個微觀順磁結(jié)構(gòu)，所述多個微觀順磁結(jié)構(gòu)的針對所述第一磁場的磁感系數(shù)不同于針對所述第二磁場的磁感系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一頻率和所述第二頻率中的至少一個大于 IOOHz。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一頻率和所述第二頻率中的每一個大于 IOOHz。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一頻率與所述第二頻率之差小于約100Hz。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二方向不同于所述第一方向。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二磁場與所述第一磁場在時(shí)間上有90度的異相位。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第二頻率與所述第一頻率相同。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一頻率和所述第二頻率各自小于約15Hz。
9.一種用于使動物(包括哺乳動物、人和實(shí)驗(yàn)動物)的疾病的癥狀好轉(zhuǎn)的方法，在該動物中，疾病原體或患病細(xì)胞選擇性地包括微觀順磁結(jié)構(gòu)，該方法包括使所述動物同時(shí)暴露于具有治療上有效的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的沿第一方向在第一頻率下振蕩的第一磁場和不同的沿第二方向在第二頻率下振蕩的第二磁場，其中所述微觀順磁結(jié)構(gòu)的針對所述第一磁場的磁感系數(shù)不同于針對所述第二磁場的磁感系數(shù)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述疾病原體是寄生蟲。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述疾病原體是一階段的瘧疾寄生物。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一頻率和所述第二頻率中的至少一個大于 IOOHz。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述第一頻率和所述第二頻率中的每一個大于 100Hz.
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一頻率與所述第二頻率之差小于約100Hz。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二方向不同于所述第一方向。
16.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第二磁場與所述第一磁場在時(shí)間上有90度的異相位。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第二頻率與所述第一頻率相同。
18.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一頻率和所述第二頻率各自小于約15Hz。
19.一種裝置，包括第一磁體，適于產(chǎn)生沿第一方向在第一頻率下振蕩的第一磁場；第二磁體，適于產(chǎn)生沿第二方向在第二頻率下振蕩的不同的第二磁場；病人治療平臺，適于使病人同時(shí)處于所述第一磁場和所述第二磁場中，其中所述第一頻率和所述第二頻率被選擇而使得與病人的狀況相關(guān)聯(lián)的微觀順磁結(jié)構(gòu)的磁感系數(shù)在所述第一磁場中和在所述第二磁場中是不同的。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述第二頻率不同于所述第一頻率。
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中所述第二磁場與所述第一磁場在時(shí)間上有90度的異相位。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其中所述第二頻率與所述第一頻率相同。
23.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述第一頻率和所述第二頻率各自小于約15Hz。
全文摘要
用于向主體中的微觀順磁結(jié)構(gòu)施加轉(zhuǎn)矩的技術(shù)，包括使主體同時(shí)暴露于沿第一方向在第一頻率下振蕩的第一磁場和不同的沿第二方向在第二頻率下振蕩的第二磁場。該主體包括多個微觀順磁結(jié)構(gòu)，所述多個微觀順磁結(jié)構(gòu)的針對第一磁場的磁感系數(shù)不同于其針對第二磁場的磁感系數(shù)。這樣的技術(shù)對于使動物的疾病癥狀好轉(zhuǎn)是有效的，包括瘧疾，其中動物中的疾病原體或患病細(xì)胞選擇性地包括順磁結(jié)構(gòu)。
文檔編號A61N2/00GK102271756SQ200980153387
公開日2011年12月7日 申請日期2009年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者戴門特·保羅, 特克特·伊利亞 申請人:紐約城哥倫比亞大學(xué)理事會