专利名称：用成纤维细胞治疗心律失常的系统和方法
相关申请的交叉参考本申请要求于2002年5月8日提交的美国临时申请序列号60/379,140、2002年11月13日提交的美国临时专利申请序列号60/426,058的优先权，并且是2002年12月23日提交的美国非临时专利申请序列号10/329,295的部分继续申请(continuation-in-part)；这些专利申请的整体内容通过引用并入本文。
背景技术：
1.发明领域本发明涉及治疗与心脏相关的内科疾病的系统和方法，更具体地说涉及用成纤维细胞疗法治疗心律失常的手术装置和步骤。
2.相关技术说明近年来，用于治疗心脏病的细胞治疗已经成为研究和开发的主题，一般用于增加心脏传导性或功能。事实上，已经观察到注射的某些特定类型细胞和固有的心脏细胞组织连接不够好，各种现有技术内容已经提到传导传递的减小是预期细胞治疗的严重障碍。一些技术内容也已经提到事实上需要改变注射细胞的特性以增加用以增强传导性或收缩性的心脏组织偶联。
使用骨骼成肌细胞移植以进行心肌修复的组织工程技术尤其获得了更多的关注，其说明骨骼肌成肌细胞在正常和受损的心肌中存活并形成具有收缩性的肌原纤维。但是，心肌修复的重点已经集中到了心肌收缩性的维持上，对于组织工程对心脏传导性的影响或对心律失常的影响几乎没有引起人们的注意。
另外，根据前面的内容，骨骼肌细胞可以首先作为成肌细胞注射，然后分化成肌管/肌原纤维。成肌细胞和肌管的传导特性明显不同。另外，肌细胞的传导特性根据其年龄的不同而不同。因此，注射了特定的成肌细胞制剂之后，会产生不均一的细胞环境，从而产生意料之外的绝缘效果。无论如何，使用成肌细胞注射产生传导阻滞以治疗心律失常并不是有效的。
心律失常是和心脏的各个室及其他结构相关的异常病变，典型地通过药物疗法、切除、去纤颤或调整节律来治疗。
心律失常是美国导致发病和死亡的主要因素。事实上，所有的心脏病所致死亡中约60％的危险性和恶性心室心律失常相关。房性纤颤(AF)是最常发生的持续性心律失常，尤其是在老年人和器质性心脏病患者中；是美国增长最快的心血管疾病之一。传统的治疗集中于切除(破坏)异常传导通路，尽管切除后经常观察到这种通路的复发。埋植除颤器或起博器是有效的，但是经常失败、成本高，并经常有意料不到的副作用。
机械方法或埋植起博器和/或除颤器通常试图重建心脏中的正常传导，修整最初的紊乱。这种传统治疗的目的是增强正常心脏中细胞到细胞、SA结到AV结、心房到心室的传导的正常生理过程。这种心肌细胞到心肌细胞的通讯和传导通过机电偶联发生。这种偶联通过由粘着(adheren)和缝隙连接组成的插入盘(intercalated disk)完成。Connexin 43(Cx43)是心室心肌细胞中主要的缝隙连接蛋白；而N-cadherin是主要的粘着连接蛋白。二者都是使机电通讯同步化所必需的。
切除通常是以产生传导阻滞来干扰并阻止能够破坏正常心脏循环的异常传导通路为目的的治疗技术。形成传导阻滞的典型切除技术是使用能够在心律失常产生部位或沿着异常的、级联传导通路杀伤组织的系统和方法，通过极高热如电流(例如射频或“RF”电流)、超声、微波或激光能，或通过使用冷冻疗法或化学切除如向心脏组织的破坏性乙醇递送的极低能来如施加能量，以破坏细胞。尽管通过使用各种这些技术建立传导阻滞已观察到了明显的益处和成功的治疗，但每一种都和特定的副作用相关。例如已观察到切除性极高热或导致坏死其他模式引起结疤、血栓症、胶原收缩和对深层组织的不必要结构损伤。
房性纤颤(AF)是最常见的心律失常，影响到约0.4％的一般人群和10％的65岁以上的人。多达50％接受心脏手术的患者发生AF。患有慢性AF的患者具有征兆性心动过速或低心脏输出，具有发生血栓栓塞并发症/事件的5-10％危险性。常见的AF治疗是心律转变法，单独进行或与抗心律失常治疗联用以恢复窦节律。曾经报道这种治疗后存在高达75％的复发率。药物治疗很大比例和AF患者的副作用相关。
治疗房性纤颤的其他更近期的方法包括手术方法或使用各种形式的能量除去传导，以用电学方式隔离分散的心房区。目前的消除方法复发率高，而且并发症发生率高。
更明确地说，切除装置及方法作为治疗或预防措施已用于形成传导阻滞，尤其是治疗房性纤颤。但是，此类方法的副作用令人担忧，例如沿递送切除能量的心内膜的血栓形成，尤其是诸如左心房的房室内的血栓栓塞会导致包括休克在内的下游并发症。考虑到这种危险医疗状况的大量流行及危害，尽管有这些副作用，用于房性纤颤的切除及系统仍然是基础研究及商业尝试的焦点。
因此，需要用于治疗心律失常而没有以前所公开疗法所带来的并发症及风险的改良系统及方法。
尤其需要基本不切除心肌组织而沿着心脏组织结构形成传导阻滞的改良系统和方法。
发明概述本发明目的之一是通过基本上不切除心脏组织而形成传导阻滞来治疗心律失常。
本发明另一目的是通过基本上不需要高温或低温治疗心脏组织而形成传导阻滞来治疗心律失常。
本发明另一目的是不需直接外科技术来治疗心律失常。
本发明另一目的是用创伤性更小或最小的系统及方法来治疗心律失常。
因此，本发明的一方面是治疗患者心脏中心律失常的系统，该系统包括与包含成纤维细胞的材料来源偶联的心脏递送系统。该心脏递送系统适于从来源递送一定量的材料到与该患者心脏相关的部位，包括心脏细胞，从而该材料适于在所述部位形成传导阻滞。
根据本方面的一个模式，所述来源材料适于通过心脏递送系统递送入所述部位心脏细胞之间的细胞外基质。在此模式的一个实施方案中，所述材料适于干预所述部位心脏细胞之间的缝隙连接。
根据本方面的另一模式，所述心脏递送系统适于将材料沿患者心脏的心室室壁递送到所述部位。
在另一模式中，所述心脏递送系统适于将材料沿患者心脏的心房房壁递送到所述部位。
在另一模式中，心脏递送系统适于将材料递送到患者心脏内肺静脉从心房延伸之处，如肺静脉入口，或递送到心脏组织沿肺静脉壁延伸入肺静脉之处或沿后心房壁紧密环绕肺静脉之处。
在此模式的另一个实施方案中，心脏递送系统适于将材料沿所述部位的环形组织区递送。
根据此实施方案的一个变换方式，心脏递送系统包括适于与环形组织区啮合的可延展组件。在一有利特性中，所述可延展组件可以是充气气囊。在另一特性中，心脏递送系统适于在所述环形组织区为充气所囊所啮合时将材料递送到所述环形组织区。根据可延展组件变式的另一个特征，所述心脏递送系统还包括至少一枚与可延展组件协作的针。根据此特性，所述心脏递送系统的配置能够将至少一枚针与材料来源流畅地偶联、并通过此针将材料递送到所述部位。
本发明的另一方面是治疗患者心脏中心律失常的系统，该系统包括心脏递送系统，其通过将成纤维细胞递送入心律失常相关心脏组织结构，与治疗心律失常的装置协作。
在此方面的一个模式中，所述装置包括含成纤维细胞的材料来源，并适于在递送到所述部位时形成传导阻滞。根据此模式，所述心脏递送系统适于与该材料来源偶联，并将一定量材料从所述来源递送到所述部位并在该处形成传导阻滞。
根据另一模式，用于形成传导阻滞的装置包括用于在肺静脉从心房延伸之处沿环形组织区形成基本环形(circumferential)传导阻滞的装置。在此模式的一个实施方案中，用于形成基本环形传导阻滞的装置包括将材料递送到环形组织区的装置。
根据另一模式，心脏递送系统包括定位所述部位的装置。按照一个实施方案，用于定位所述部位的装置包括一个适于与监测系统偶联的电极，该监测系统用于映射患者心脏相关的心脏组织结构中的电传导。
本发明的另一方面是通过在患者心脏相关部位包括心脏细胞形成传导阻滞来治疗心律失常的方法。此方法中，还通过将含成纤维细胞的材料递送到所述部位形成传导阻滞。
根据此方法的另一模式，材料所要递送到的区域位于沿患者心脏的心室室壁处。
在另一模式中，材料所要递送到的区域位于沿患者心脏的心房房壁处。
本发明的另一方面是通过将活的成纤维细胞递送到所述部位、在患者心脏相关部位包括心脏细胞形成传导阻滞来治疗患者心脏中心律失常的方法。
另一方面包括提供一套综合系统，该系统包括适用于鉴定心律失常来源及/或部位的心脏传导映射系统；包含成纤维细胞的制剂，适于注射入心脏组织部位并在所述部位提供传导阻滞；递送导管，适用于将材料试剂的制剂递送到所述部位，使该部位对传导心脏信号绝缘，从而减少或消除心律失常。
另一方面包括组装心律失常治疗系统的方法，包括选择递送导管，所选导管适于将成纤维细胞材料的制剂递送到患者心脏内诊断为心律失常源或沿失常通路的心脏组织结构；将递送导管与一定量的成纤维细胞材料试剂偶联，适于在心脏组织内提供对心脏传导的基本绝缘。
此方面的另一模式包括将注射器与递送导管相偶联，适于通过该导管将一定量的成纤维细胞材料注射至所述部位。
本发明的另一方面是用于治疗患者心脏中心律失常的系统，该系统包括心脏递送系统及与该心脏递送系统偶联的、含成纤维细胞的材料来源。所述心脏递送系统适于将成纤维细胞从来源递送并基本沿着与患者心脏相关的组织结构中的组织模式区，包括心脏细胞。从而成纤维细胞适于沿所述部位的组织模式区形成传导阻滞。
根据本方面的一个模式，所述心脏递送系统还包括适于与所述组织模式区基本接触的接触元件。所述心脏递送系统适于在所述接触组件基本与所述组织区域接触时将成纤维细胞基本沿组织模式区递送。
在此模式的一个实施方案中，心脏递送系统适于将成纤维细胞沿所述部位组织区域内的长条模式递送。在另一实施方案中，心脏递送系统适于将成纤维细胞沿所述部位组织区域内的线形模式递送。在另一实施方案中，心脏递送系统适于将成纤维细胞沿所述部位组织区域内的曲线模式递送。
在本模式的另一实施方案中，心脏递送系统适于将成纤维细胞沿所述部位组织区域内的环形模式递送，以在所述部位形成基本环形的传导阻滞。根据此实施方案的一个有利变换方式，所述心脏递送系统适于在肺静脉从心房延伸之处沿环形组织区递送成纤维细胞。在另一变换方式中，提供的接触元件，适于与组织的所述环形区啮合，并在所述环形区与接触元件接触时将成纤维细胞递送到所述区域。根据此变换方式的一个有利特性，接触元件可以是可延展元件，如可膨胀的气囊。在后一变换方式中，在所述环形组织区为膨胀的气囊啮合时，心脏递送系统可有利地将成纤维细胞递送到组织的所述环形区。
根据另一模式，所述心脏递送系统还包括大量与所述接触元件协作的针。心脏递送系统还适于将大量针递送入所述部位并基本沿着组织模式区，并通过这些针将成纤维细胞注射入所述部位并基本沿着组织模式区。
应该清楚，利用成纤维细胞根据本文他处所述本发明各种细胞疗法方面而考虑使用各种其他模式，或进一步考虑使用那些发明方面各种模式的其他实施方案，或是他处所述此类模式的实施方案的变换方式，依常规技术人员认为是适当的。
例如，其他模式之一是将作为绝缘体的自体同源成纤维细胞导入患者心脏的一个区域中，从而产生足以治疗心律失常的传导阻滞。
根据此类模式的一个实施方案，成纤维细胞为自体同源的。根据此实施方案的一个变换方式，自体同源性成纤维细胞来源于患者皮肤的活组织检查，加以扩增，并注射和/或移植。在此实施方案的另一个变换方式中，此类成纤维细胞取自患者，并以适于递送到所需心脏区域的方式制备。此变换方式的另一特性包括将此制剂与适当的递送导管相偶联。
根据另一实施方案，成纤维细胞的递送方式应适于电隔离患者肺静脉中一个或多个心律失常病灶。
根据另一实施方案，成纤维细胞以适于治疗房性纤颤的方式递送。
根据另一实施方案，成纤维细胞递送入与患者肺静脉相关部位，以便从二尖瓣环产生环形隔离区，以隔离、减少和/或阻断肺静脉与心房和/或心耳之间的电/机械传导。
根据此实施方案的一个高度有利变换方式，成纤维细胞递送进入并基本沿着肺静脉从心房所延伸之部位的环形组织区，例如所述部位可以位于肺静脉流入口，它可以是心房过渡入肺静脉的漏斗形区域；或沿着心脏组织延伸入肺静脉的区域；或沿着心房壁并紧密围绕肺静脉入口处。
另一实施方案包括将自体同源性成纤维细胞置入患者的肺静脉中，以阻断心房和/或心耳与肺静脉间的电传导，从而恢复窦性心律，并减少、消除或预防房性纤颤的发生。
因此，根据一个有利变换方式的实施方案包括将用于递送的此类成纤维细胞制剂与肺静脉递送导管偶联，其中该导管适于递送成纤维细胞以产生所述结果。
该成纤维细胞治疗的另一实施方案包括将自体同源性成纤维细胞导入患者的肺静脉，以阻断心房与肺静脉间的电传导，从而减少、消除或预防房性纤颤的发生。
某些成纤维细胞模式及本发明实施方案的另一目的是提供导入自体成纤维细胞的方法，代替切除性治疗如微波、热、RF、超声或激光能量递送形式，或化学切除如酒精切除，以将患者的肺静脉与心房和/或心耳隔离，从而恢复窦性心律，并减少、消除或预防房性纤颤的发生。
成纤维细胞治疗方法的另一实施方案包括将改良的自体同源性成纤维细胞导入致心律失常性病灶作为绝缘体，从而电隔离致心律失常性病灶来治疗房性纤颤。
成纤维细胞治疗模式的另一实施方案包括将改良的自体同源性成纤维细胞导入患者的肺静脉中，以产生对二尖瓣环的环形隔离区，从而隔离、减少和/或阻断肺静脉与心房和/或心耳之间的电/机械传导。在此方案的另一变换方式中，改良自体同源性成纤维是注射的。
成纤维治疗模式的另一实施方案包括将改良的自体同源性成纤维细胞导入患者肺静脉内，以阻断心房和/或心耳与肺静脉之间的电传导，从而基本恢复窦性心律，或至少减少房性纤颤的发生。此实施方案的一个有利变换方式中，自体同源性成纤维细胞可来源于患者皮肤的活组织检查，加以扩增，并注射和/或移植。
另一个成纤维治疗实施方案包括将改良的自体同源性成纤维细胞导入患者肺静脉内，以阻断心房与肺静脉之间的电传导，从而减少或消除房性纤颤。在一高度有利的变换方式中，自体同源性成纤维细胞可来源于患者心脏的活组织检查，加以扩增，并注射和/或移植。
某些成纤维细胞模式的另一目的是提供导入自体成纤维细胞的方法，代替切除性治疗如微波、热、RF、超声或激光能量，以将患者的肺静脉与心房和/或心耳隔离，从而恢复窦性心律，并减少、消除或预防房性纤颤的发生。
另一成纤维细胞实施方案包括利用针头注射系统将自体同源性成纤维细胞递送入致心律失常性病灶，以将该病灶加以电隔离，从而减少或消除致心律失常性传导通路，其中所述通路产生室性或房性纤颤或局部心律失常(tachyarrhythmia)。
本文所述各方面的其他模式考虑使用具体的递送系统及方法，如利用经皮跨内腔(translumenal)递送途径，虽然在其他变换方式中可使用其他更直接的外科方法，且在一特定的变换方式中使用胸廓创口最小化的系统和方法。根据其他合适的装置及方法变换方式，递送可分别通过心脏房室在心脏内完成，或在心外膜上或经血管(如冠状窦或十字形穿孔器)来完成。
本发明其他的方面、模式、实施方案、变换方式及特性将在说明书的下列部分说明，其中详细说明的目的是充分公开本发明的优选实施方案，而不对本发明加以限制。
附图简述本发明可通过参考下列仅用于阐明目的附图得以更全面的理解图1是根据本发明一实施方案用于产生心脏传导阻滞的系统各种组件的示意图。
图2A是一个导管实施方案的横截面视图，为图1系统中所示导管沿线2-2所取的横截面视图。
图2B是根据另一导管实施方案的横截面视图，与图2A中所示角度类似。
图2C也是根据另一导管实施方案的横截面视图，与图2A中所示角度类似。
图3是根据本发明另一个实施方案用于产生心脏传导阻滞的另一系统各种组件的示意图。
图4是根据如图3所示的本发明一个系统所用、根据另一实施方案的针的远端尖部分解图。
图5显示了通过如图3中区域5中所示一枚针所递送的一滴材料试剂的分解图。
图6显示了另一非切除性材料递送系统远端尖头部分的部分截面视图，其中所述系统根据本发明的另一实施方案形成心脏传导阻滞。
图7A～C分别显示了使用本发明的连续模式期间心室梗死区域的分解图。
图8A显示根据本发明另一实施方案的另一系统远端部分的部分分节的透视图。
图8B显示了沿图8A中线B-B所取的端视图。
图9显示了在患者肺静脉从心房所延伸之处体内使用的一个模式中，图9A～B中所示装置远端部分的部分分节透视图。
图10显示根据本发明的另一导管实施方案的示意图。
图11还显示了本发明另一导管实施方案的示意图。
图12A～D显示了根据本发明某些实施方案形成用于肺静脉绝缘的模式传导阻滞的各种模式。
图13A～B显示了本发明用于形成肺静脉绝缘所用的模式传导阻滞的另一实施方案各种模式。
图14A～C显示了根据本发明提供长条模式传导阻滞的各种其他模式。
图15显示了根据本发明另一实施方案，用于与纤维蛋白胶组合来递送细胞、以形成传导阻滞的系统的各形成步骤。
图16A～B显示了根据本发明的两个模式中两种代表性心脏细胞的示意图，其中图16B显示了根据本发明一个实施方案通过将材料注射入细胞间的连接得以物理隔离的细胞。
发明详述更具体地参照附图，以阐明本发明图1～图16中所示的系统和方法实施。应该清楚，在不背离本文基本概念的条件下，装置可以变动配置和部件的细节，方法可以变动具体的步骤和次序。
图1显示了本发明的一个实施方案，该实施方案提供了心脏递送系统1，其包括材料来源10和递送导管20。导管20适于与材料来源10偶联并将材料15递送到患者心脏内的一个区域，例如如图2所示。更明确地说，根据本发明，递送导管20包括具有近端部分24、远端部分28及腔32的长条形体22，所述腔32在分别位于近端和远端部分24、26的近端及远端端口34、38间延伸。近端端口34包括近端偶合器36，该偶合器适于与材料来原10上的偶合器(未显示)相偶联。
递送导管20包括针40，该针适于延伸越过导管20的远端尖头29并进入组织，进一步将材料15从来源10递送入此类组织。针40可以相对于导管20固定，或在一有利变换方式中可移动，如沿图1中轴向参考箭头所示的轴向移动。
高度简化形式的递送导管20与针40的装置可简单地包括导管20的单个腔轴，其具有单个腔32，其可滑动性地包纳针40，针40还包括其自身的递送腔46，用于将作为试剂的材料15递送入靶组织中。举例来说此排列如图2A横截面所示。作为可替代方案，可导入多腔体设计，如下列图2B～C中变换方式所示。
图2B显示了针40停留于导管腔32内的多腔体设计横截面，其还在导管20中提供另外的腔50和60。这些额外的腔可具有各种不同的功用，根据具体需要而定。
在图2C所示的具体变换方式中，腔50包纳了拉线56，而腔60、70包纳引线66、76。拉线56在尖头29处的第一固定点和沿近端端口24的促动器(未显示)之间延伸，该促动器适于在体外轴向操纵拉线从而使体内的远端端口28偏转。对于可偏转尖头来说，通常还要考虑某些其他材料性质，如导管轴设计、轴构造所选材料的柔软性，等等，还可考虑使用其他各种替代偏转或其他操纵设计或技术。例如，不用拉线，而使用推线，或除了线之外的其他元件，如聚合物丝或纤维，或可扭转元件。在未显示的另一替代设计中，提供了引线跟踪元件以彻底检查作为导轨的引线，用于体内远距离定位。
引线66、76在尖头29或沿远端部分28的映射电极与近端电偶合器之间延伸，该偶合器适于与映射监测装置偶联，以提供带导管20的综合映射系统，用于测定注射材料形成传导阻滞的部位。根据常规技术，通用的映射电极配置或此类电极的组合用于此用途。另外，映射电极可以是不透射线的，以用于X-射线可视化。为此目的，也可配置其他不透射线的尖头标记用于此类可视化，或根据常规技术使用其他标记或可视化技术，如超声(例如血管内、心脏内或跨食管)、磁共振成像(“MRI”)或其他合适的模式。
也可考虑针40采取许多不同的形式，如相对直的锐尖针，或中空的螺旋状针，或其他结构，以帮助锚定在所需部位。
另外，导管20可适于提供针40除尖头29外其他部位的递送，如沿着导管20远端部分28长条形体的侧壁。另外，可沿导管20的长度配置多枚针，以沿着规定的长度形成传导阻滞。为达到该目的，可在不同部位使用相同的针，如沿导管20通过不同的腔递送到不同部分，或者同时或依次使用多枚针。
材料来源10包括可注射材料15，该材料适于在心脏组织结构中形成传导阻滞，通常含有成纤维细胞。在某些方面说明了适于形成传导阻滞而基本不切除心脏组织的材料。其他这种材料的实例包括细胞、多聚体，或是其他干预细胞间连接的流体或制剂，如阻止通讯或物理隔离细胞缝隙连接的流体或制剂。在另一具体实施例中，包括含胶原或其前体或类似物或衍生物的可注射材料。
本发明使用细胞的更具体模式使用成纤维细胞替代其他类型的细胞，如成肌细胞、干细胞，或是与心脏细胞一起提供充足缝隙连接以形成传导阻滞的其他适当细胞。进一步就细胞递送来说，细胞可从患者自身细胞培养，或对身体来说是外来的，如来自常规细胞培养物。
利用骨骼肌成肌细胞或其他类型细胞移植进行心肌修复的组织工程技术已获得更多关注，并证明骨骼肌成肌细胞可以在正常及损伤的心肌内存活并形成收缩肌原纤维。但是，心肌修复的重点已集中到保留心肌的收缩性，对于组织工程对心脏传导或致节律失常产生的影响关注甚少。
根据利用“成纤维细胞”作为递送的选定活细胞来实现传导阻滞的本发明实施方案，包括使用成肌细胞在内的现有细胞疗法已在过去观察到此类细胞移值入正常的心脏组织结构时产生心律失常，人们认为这是由于移植细胞与已存在心脏组织之间的缝隙连接缺陷而阻断正常传导通路的结果。由于以前用细胞治疗来增强收缩性和传导的尝试，这一点已视为一个问题。
相反，根据本发明使用成纤维细胞移植将这些细胞以高度集中的方式递送到沿心律失常通路的部位或心律失常来源的病灶，以用积极的方式集中于传导阻滞，从而在实际上提供与以前观察结果相反的结果——用局部细胞传导阻滞治愈心律失常。
成纤维细胞是通过细胞治疗产生传导阻滞的高度有利的细胞类型。在一特别有利的方面，成纤维细胞不经历增殖至成熟细胞如骨骼肌成肌细胞的过渡阶段。因此和骨骼肌成肌细胞相比，成纤维细胞具有更为均一的兴奋模式。成纤维细胞的电生理性质在成纤维细胞之间非常一致，而且据认为可有效阻断传导。因此，举例来说，在一利用成纤维细胞阻断VT的说明性实施方案中，多个批次/注射之间可期望具有非常类似的反应。
因此，根据一高度有利的实施方案，本发明提供了利用成纤维细胞移植来治疗心脏传导紊乱的系统和方法。在一高度有利的具体实施方案中，成纤维细胞取自所治疗患者的皮肤样品，随后加以适当的制备(例如在培养物/制备试剂盒中)并移植入心脏组织结构的一个部位，以阻断沿心律失常通路的心脏组织传导或生成替代传导通路，从而治疗心脏内的传导紊乱，如房性纤颤、室性心动过速及/或室性心律失常和CHF(慢性心力衰竭)。
因此，根据此有利实施方案，本发明使用来自患者身体内的自体同源性成纤维细胞，并将其移植到心脏传导异常的区域。成纤维细胞是可在瘢痕低氧环境(典型的心脏传导异常发生于AMI所致瘢痕组织与正常心脏组织之间的前缘(leading edge))中存活并增殖的细胞，而且可以阻断或改变/重构心脏的传导通路，或在可诱导成纤维细胞机电偶合之处产生新的通路，如通过改良的成纤维细胞诱导，从而使心脏传导从异常传导通路正常化。
Yair Feld等，“表达钾通道的转染成纤维细胞对心肌组织的电生理调节一种操纵兴奋性的新策略”，循环(Circulation)，2002年1月29日，522～529页中公开转染电压敏感性钾通道Kv1.3的成纤维细胞可以改变心肌细胞培养物的电生理性质。他们发现在体外成纤维细胞可以与心脏的肌细胞电偶联，使电生理性质发生变化。这些参考文献的整体内容通过引用并入本文。
因此，按照本发明的某些具体实施方案，患者自身的成纤维细胞加以培养并移植入心脏中鉴定为传导异常的区域，在此成纤维细胞可以增殖并作为阻断剂重构传导通路。或者，在其他实施方案中，采用在这些成纤维细胞中生成缝隙连接的方法，以便通过移植入心脏的瘢痕区域来利用它们，通过其与已有心脏肌细胞发生机电偶联的能力使传导通路正常化。
尽管本发明某些广泛的方面通常是引入用于产生传导阻滞的细胞治疗来治疗心律失常，某些更明确的模式也认为是独立有利的。举例来说，在一个特定此类模式中，自体同源性成纤维细胞用于治疗AF。成纤维细胞是与组织损伤(即皮肤损伤，AMI)和组织愈合而产生瘢痕典型相关的细胞系。成纤维细胞对损伤产生应答而发生活化。这些事件导致细胞类型向活化表型的过渡，所述活化表型具有与正常组织中相应静息态细胞根本不同的生理功能。这些细胞表型(由协调的基因表达产生)可由细胞因子、生长因子和下游的核靶点调控。正如伤口愈合的实例一样，成纤维细胞针对组织的修复和重建。正常组织中静息成纤维细胞主要负责细胞外基质的稳态转化，例如公开在下列参考文献中EGHBALI M，CZAJA MJ，ZEYDEL M等，“从幼小成年熟大鼠所分离心脏细胞中的胶原链mRNA”，分子细胞生物学杂志(J Mol Cell Biol)，1988；20267～276；和POSTLETHWAITE A，KANG A.，“成纤维细胞和基质蛋白”；以及Gallin J，Snyderman R(编著)，“Inflammation.Basic Principles and ClinicalCorrelates”，1999，PhiladelphiaLippincott Williams & Wilkins。这些参考文献的整体内容通过引用并入本文。
皮肤成纤维细胞加强向PDGF的移动并增强胶原蓄积和MMP合成，以及网状胶原的蓄积，例如公开在下列文献中KAWAGUCHIY，HARA M，WRIGHT TM.，“来自系统性硬化病成纤维细胞的内源性1α诱导IL-6和PDGF”，临床研究杂志(JClin Invest)，1999，1031253～1260，其整体也通过引用并入此处。成纤维细胞中缺乏缝隙连接蛋白的胶原基质的形成产生了与心肌细胞的机电隔离。在以前患有MI的患者的心肌内成纤维细胞迁移区域观察到了电传导的完全缺乏。
因此，成纤维细胞是可以使用(并增殖)以在心肌的区域内产生电绝缘和/或减少电传导的细胞，其中所述区域表现为异常传导通路的致心律失常性病灶。
在纤维细胞可以从体内许多组织(肺、心脏、皮肤)活检分离而来，在培养中加以扩增，并(通过注射、移植物递送、移植，使用聚合物载体或骨架)导入心脏区域内，其中所述区域需要减少传导、隔离心律失常通路，或隔离包括肺静脉、心房、心室及心耳在内的心血管系统中的致心律失常性病灶。
根据本实施方案的各个方面，用于治疗心律失常的细胞治疗是非切除性装置的一个高度有利的说明性实例，其用于在心脏组织结构，更具体的说是与心脏房室相关的组织结构中产生传导阻滞，虽然还包括存在有心脏组织的其他部位(如肺静脉)。此方面提供了极大的益处，在于提供了想要的治疗，而没有用于形成心脏传导阻滞的其他常规技术尤其是使用心脏切除所带来的其他副作用及不足之处。举例来说，对其他常规切除能量递送调节应答所产生的高温及其所致胶原皱缩和其他基本的结瘢基本上都得以避免。这一点在防止诸如阻塞时特别有利，例如在肺静脉从心房延伸之处或沿其周围形成传导阻滞，以治疗或预防房性纤颤。
另外，细胞治疗通常以高度局部化的方式完成，而许多切除技术要面对靶部位或更远处组织内的能量递送控制及影响范围。例如，避免了与用许多RF能量切除设备技术来形成透壁传导阻滞所需的高温梯度相关的碳化。另一方面，使用许多常规切除技术时常发现不必要的能量向周围组织扩散，使用本发明的基本非切除性细胞治疗系统和方法还可以避免这一点。
因此，本发明提供了极大的益处，通过成纤维细胞移植治疗心律失常，而不实质性摘除心脏组织。
材料15的实施方案可主要包括或仅仅包括根据上述实施例的一种材料，或包括材料的组合。例如，包括成纤维细胞的材料15的实施方案可包括其他材料，如在总的制剂中作为细胞培养基提供给细胞的流体或其他基质，其适于注射，尤其是通过递送导管20的递送腔32注射。在一个已观察到适用的特定实施方案中，材料15可包括与诸如纤维蛋白胶试剂之类生物聚合物试剂组合的成纤维细胞，所述聚合物试剂自身以能混合形成纤维蛋白胶的两种前体的方式提供，纤维蛋白胶在与细胞一起递送到心脏内所需部位时辅助形成传导阻滞。胶原或其制剂，包括胶原的前体或类似物或衍生物，也可考虑用在此类组合中。
通常，本文“聚合物”定义为多个单元或“基体”的链。例如，纤维蛋白胶包含聚合的纤维蛋白单体，由于其组分具有生物活性，本文还将其认为是生物聚合物的一个说明性实例。试剂盒中的凝血酶是将纤维蛋白酶原切割成纤维蛋白的引发剂或催化剂。单体可以聚合成纤维凝胶或蛋白胶。根据本发明各方面可以用到的纤维蛋白胶更详细实例公开在下列参考文献中Sierra，DH，“纤维蛋白密封粘合系统化学、材料性质及临床应用综述”，J Biomater Appl.，1993，7309～52。该参考文献的整体内容通过引用并入本文。
根据本发明的另一个实施方案，成纤维细胞与无生命材料组合的制剂递送入心脏组织结构中，以在该处形成传导阻滞。在另一个更详细的实施方案中，所述无生命材料适于增强所递送细胞在传导阻滞将要形成部位的停滞。另一方面，所述无生命材料还适于通过干预注射区域内细胞间的缝隙连接等来帮助形成传导阻滞。和成纤维细胞细胞治疗的此类组合中提供显著益处的一个具体实例是纤维蛋白胶。更具体的说，已观察到纤维蛋白胶增加了注射入心脏组织以治疗受损心脏结构如心脏梗塞区的细胞，诸如成肌细胞的停滞，将参考下面一个实施例进一步展开。
虽然联合使用纤维蛋白胶和成细胞递送系统来治疗心律失常具有显著的益处，也可考虑使用具有类似显著益处的其他合适替代材料，如能充分干预细胞缝隙连接或影响心脏组织结构内细胞外基质以基本阻断心律失常传导的传播的其他聚合物或分子支架或材料。另外，胶原或其前体或类似物或衍生物也可考虑用于此目的，其作为纤维蛋白胶的附加物或替代选择。
为作进一步的阐明，图3显示了本发明提供递送导管120的另一个实施方案，该导管适于分别与两种单独材料114、118的来源112、116相偶合。在这点上，如此组合在本文他处所述时指“材料来源”，并在图3中示为组合材料来源110。在此特定的实施方案中，114、118这两种材料是形成纤维蛋白胶的两种前体材料，后来混合的单独材料形式，或混合为纤维蛋白胶的组合形式的组合递送物称作纤维蛋白胶“试剂”。因此，此“试剂”的用法意指最终结果，或生成结果材料的前体材料组分的必要组合，尽管其他时侯“试剂”也包括所述结果材料本身。
因此，图3所示的系统100，并进一步参考图4和图5，适于将前体材料114、118分别递送入体内，其在该处混合，并以混合形式的纤维蛋白胶160通过针140从远端部分128的尖头129进入组织。用于完成此目标的图5所示的示例性针装置140通过分开的腔144、148来分别递送前体材料114、118，其汇聚入与针装置140相连的混合腔150，其中纤维蛋白胶160在以注射纤维蛋白胶形式通过针140注射之前形成，如图5分解视图所示。
图3～5中以实施例的方式所显示的装置及系统100的各种组件是说明性的，可考虑使用其他合适的替代品，以达到递送两种前体材料并使之混合、形成注射介质的目的。例如，在某些情况下，可在递送入导管120远端部分之前进行混合，例如在近端偶合器136内的混合室进行混合，或在与递送导管120偶合前进行混合。为此目的，可使用偶合器来偶合众多递送材料来源中的每一个，或者使用多个近端偶合器。
进一步来说，对于每两种要递送的材料来说可使用不止一个递送装置。例如，图6显示了系统200的示意图，其中导管220的远端229与心脏组织参照区域202接触。在此实施方案中，使用两个分开的、不同的针240、250来分别从位于患者体外的来源212、216递送214、218两种物质。通过这种方式，两种前体材料分别递送入组织202中，在该处的组织结构内混合形成纤维蛋白胶260。这样提供一个有利之处，即在递送到远距离体内组织部位时阻止导管220内分离递送腔的不必要阻塞。
此实施例进一步来说，可使用各种其他结构形成总体系统200的一部分，例如就导管220来说，包括了促动器(未显示)，其可以是常用的促动器或多个独立的促动器，用于将针240、250推入组织202，和/或在该处分别注射材料214、218。
另外，所述的系统100和200是通过和包括两种前体材料组合的纤维蛋白胶试剂联用说明的。但是，在此类系统可用其他材料加以替代，并且此类系统可加以适当的改变用于特定的材料递送。例如，成纤维细胞可以与根据系统100或系统200的第二材料组合加以递送。另外，此类第二材料本身可以是纤维蛋白胶或其他生物聚合物试剂，这可以说明更多的来源和递送腔。
为了进一步理解，图3～4的实施方案可与图5如下述进行组合。诸如图6中来源212的来源可包括作为递送材料214的成纤维细胞。但是，该实施方案中的来源216本身可包括两种分开的来源，其为纤维蛋白胶试剂材料的前体，并且图6的针250可以是图4中所示针140的一种类型。
本发明可用于治疗心律失常，如可参考下面图7A～C。更具体的说，图7A显示了一个心脏组织区域302，其包括与心律失常关联性折回传导通路306(以粗箭头标明)相关的梗塞区304。如图7B所示，本发明导管320的远端部分328递送入折回通路306相关部位的区域内。举例来说，这一步可以用远端尖头329处提供的映射电极330并通过外部映射/监测系统336来完成，其中系统336与体外导管320的近端部分324偶联。针340穿刺到所述部位的组织中，用来将非切除性传导阻滞材料315从来源310注射，并与体外导管320的近端部分324偶联。根据材料315经过折回通路306向所述部位的局部部位，该通路被材料315阻断，其失常效应消失，或完全医治，使有希望回复到窦性心律。
心律失常的每一类型均代表着独特的环境，既有解剖学上的也有功能上的，在一些情况下可从特别适合的细胞递送装置及技术获益，以提供最合适的单独抗心律失常治疗。例如，某些心律失常需要精确地放置传导阻滞以干预和阻断其异常的传导。这些情况可从特别适合的递送装置及其他考虑如所递送的细胞量等获益。
说明此类特定适合的一个高度有利实施方案的一个说明性实例，提供了非切除性传导阻滞材料递送的环形模式，并参考下面图8A～11所示的实施方案各个描述。
图8A所示系统400包括一个递送导管420，其远端末端部分428上有一个可延展元件430，并与体外的近端促动器434偶联。更具体的说，实施方案中所示可延展元件430为膨胀的气囊，其通过导管420与作为增压流体来源的促动器434偶联。大量针440沿气囊430的环形带436排列，如图8A及图8B所示。
系统400特别适于形成非切除性环形传导阻滞以治疗心律失常，更具体的说是在肺静脉从心房所延伸之处的环形组织区形成环形传导阻滞。如图9所示，此部位常位于心房402与各个肺静脉406之间的漏斗区或入口404，但可位于沿着肺静脉壁本身向上直到心脏组织所处部位，也可认为是包括沿心房后壁并紧密环绕肺静脉入口处的组织区域。所有这些区域均可纳入治疗，并认为是位于“肺静脉从心房延伸处”，或此类治疗可更局限于一种此类部位，在此情况下仍认为是“肺静脉从心房延伸处”。
在任何事件中，此类环形传导阻滞适于基本隔离位于环形组织区一侧的组织如环形内，与另一侧组织如环形阻滞的外面之间的心脏传导阻滞。为了进一步说明，在图9所示的高度有利模式中，气囊430适于固定在所述部位并与环形组织区啮合，使针440穿刺入其中。通过针以充分的量和方式注射材料414，其注射物将沿着该环形注射，从而形成环形传导阻滞。
应该清楚，通过此类装置以类似方式所形成的传导阻滞并不是绝对的或完整的，但仍能提供有益的结果。在这一点上，切断此类组织区域的一部分可能就足以阻断该处的心律失常传导通路，例如穿过从心房向上延伸并进入肺静脉基部的“指状”心脏组织。另外，不具备充足针以提供覆盖其注射物之间重叠的此类气囊设计，为了更好的环形覆盖及重叠，可部分地旋转一次或多次。虽然认为肺静脉入口处的前述完整或基本完整环形传导阻滞是高度有利的实施方案，并在许多情况下获得最佳效果。实际上，通过在每一静脉的此部位提供此类传导阻滞就可以治愈房性纤颤，而不需要广泛地鉴定哪个特定血管包含此类心律失常的病灶源。以前已有提议使用切除性技术的其它方法，根据本发明不再需要切除，涉及所有肺静脉的此类经验性治疗样式实际上可成为AFIB患者护理的一种适当选择。
可参考图8A～9对所述该装置进行各种进一步提高或改良。例如，可以使用图10所示可偏转尖头设计，其中导管460具有带气囊466的远端部分468，其可以通过操纵促动器464而偏转。例如，可以采用拉线设计来完成此实施方案。在图11所示的另一实施方案中，导管470含有引线跟踪机构，通过跨引线480的内腔，使远端部分478和气囊476可以递送到固定引线480的肺静脉处。可使用引线偶联的标准形式，例如在图11中所示偶合器部位使用止血阀。
在各图所示的本文说明性特定实施方案的进一步示例性变动中，针可用递送所需材料的其他方式取代，如通过多孔膜的壁形成此类环形带。除气囊外，还可使用其他装置，如笼(cage)之类的可延展元件，或其他装置，如配置成合适尺寸以形成所需环形阻滞的环形长条元件。另外，在不背离下面保护范围的条件下，除环形阻滞之外，还可以进行其他阻滞，提供有益效果。在这点上，可完成其他传导阻滞，如与“迷宫”方法类似的传导阻滞，及利用与以前所述些切除技术类似的技术所完成的传导阻滞。
此处本发明是通过参照数个高度有利实施方案来加以说明的，这些实施方案在心脏中提供了传导阻滞，而基本不会除去心脏组织。应该清楚，术语“基本不切除”、“基本非切除性”或类似含义的术语意指作用的主要机制不切除组织，并且材料递送部位的大部分组织不会切除。但是，应考虑的是任何递送入组织的材料都可能导致一些可归因于此的细胞死亡。例如，注射的压力或针穿刺本身可能会杀死一些细胞，但这不是首要获得传导阻滞的机制。与此类似，在一定程度上所有材料对所有细胞有一定毒性。但是，如果递送时材料不导致实质性切除，而且心脏细胞通常能在所递送量的此类材料的条件下存活，则认为此处的材料基本不切除心脏细胞。
还应考虑的是，根据本发明的细胞递送在某些情况下可导致所述递送发生处的组织区域的原始心脏细胞中细胞的实质性死亡或随后凋亡，但原始的细胞为移植的细胞所取代。这些情况的结果仍是有利的，因为结构仍是细胞组成的组织，并且认为比经过传统切除技术所致的瘢阆、受损区域要好。
另外，即使根据本发明用于非切除性传导阻滞的各方面提供了显著的益处，其他实施方案也可包括切除模式，如将细胞或纤维蛋白胶递送与切除同时或依次组合。
也可制备其他专业的工具用于与某些局部失常相关的特定需要。正如通常认为是由图中所概括提供的各种实施方案所说明的，示例性心脏递送系统中典型地提供了接触元件，以与靶部位接触并在该处提供所需材料递送。如图1～7B或图15所概括说明，根据常规技术，某些针或“端孔(end-hole)”注射递送导管可在某些情况下使用，一般在一个部位注射传导阻滞材料，以便隔离心律失常的病灶源，如通过映射发现其部位之后或同时在肺静脉中的心律失常病灶源。在此情况中，举例来说，可使用针或“端孔”输注与尖头映射电极偶联的导管。已经公开了某些更复杂的“针”注射装置，例如使用沿螺旋柄带有许多端口的螺旋状针，或本文所提供、带多个相邻针以提供组织内局部混合的针装置(如图6)。但是，这些通常认为是“点”递送装置，其欲注射的程度为沿心脏组织结构壁进入局部位点。
相反，图8A～11提供了按照常规技术的普遍说明，即此类递送可沿预定组织模式有利地提供，其中所述模式沿各自的心脏组织结构(如壁)，不只是作为此类针或边眼装置所致结果的单个注射位点。更具体地说，为了产生所需要的传导阻滞以治疗多种类型的心律失常，通常需要沿心律失常相关部位组织结构的特定模式提供所述传导阻滞。因此，需要完成此阻滞的递送导管应适于沿此模式区递送非切除性材料。此类模式化的递送及所得传导阻滞通常提供了具有预定尺寸的预定几何形状(如具有长、宽、弧度等的形状)，并且可以是长条形的，如线形或曲线形，如可成形的，例如可弯曲的，或成形的长条接触元件。
可通过将多个分散的模式传导阻滞组合起来，来采用所需模式的其他具体实例，从而达到与复杂损伤模式如以前公开的Cox-Maze型模式类似的总体模式效果，所述Cox-Maze型模式提供了在左心房后壁上环绕肺静脉的“盒(box)”(并且通常包括一个额外的、从所述盒到提供传导终点的另一心脏结构如二尖瓣阀或中隔的传导阻滞)。其他实例包括基本环形传导阻滞，如本文所述在肺静脉基部使用的传导阻滞(例如图8A～11)。
另外，可在不同的部位使用类似的模式，以提供对不同心律失常通路的传导阻滞。例如，用于肺静脉隔离的环形模式也可用于隔离心耳，或在该阀门或其旁侧将心房与心室传导隔离。尽管可使用类似的结构在这些部位达到类似的传导阻滞模式，还可能需要做各种修改以在这些不同的部位完成所述动作，这些不同的部位表现出独特的通路问题或解剖学/尺寸特征。
应该明白，可作其他修改以达到类似的目的。例如，可使用诸如笼、气囊、螺旋状或针状锚定器之类的接触元件以将递送装置锚定在适当的部位，以便针或其他注射或递送元件可以从沿递送导管的一个位置延伸到与接触元件相邻的另一部位。另一方面，应该明白，接触元件可包括针本身，并且可以沿递送模式的间隔方式采用多枚针，使得该组织中注射及随后的扩散或其他转运机制能闭合缝隙并完成模式，作为递送元件在模式上与连续、不中断接触相当之方法的一个实例。换句话说，“接触”组织的模式区认为是与特定实施方案或应用有前后关系的，并且在某些情况下可以是基本连续、不中断的接触，在另一些情况下可具有解剖学或更常用用途的环境中可认为无意义的中断。
为了其他说明目的，可根据此公开内容修改以达到本发明的各种目的的递送装置及方法的其他更具体实例已公开在下列一个或多个美国专利文献中授权给McGee等的美国专利文献US5,722,403、授权给Swanson等的US5,797,903、授权给Fleishman等的US5,885,278、授权给Swartz等的US5,938,660、授权给Lesh等的US5,971,983、授权给Lesh等的US6,012,457、授权给Lesh等的US6,024,740、授权给Whayne等的US6,071,279、授权给Diederich等的US6,117,101、授权给Lesh等的US6,164,283、授权给Fleischman等的US7,214,002、授权给Swanson等的US6,241,754、授权给Lesh等的US6,245,064、授权给Lesh等的US6,254,599、授权给Lesh等的US6,305,378、授权给Fuimaono等的US6,371,955、授权给Diederich等的US6,383,151、授权给Lesh等的US6,416,511、授权给Lesh等的US6,471,697、授权给Maguire等的US6,500,174、授权给Lesh等的US6,502,576、授权给Maguire等的US6,514,249、授权给Schaer等的US6,522,930、授权给Langerg等的US6,527,769及授权给Maguire等的US6,547,788，这些参考文献的整体内容通过引用并入本文。
一定程度上这些参考文献与切除组织有着不同的相关，根据本发明的进一步实施方案，所需传导阻滞的部位和模式、治疗用途以及递送模式在一定程度上对于将非切除性传导阻滞材料递送入或是细胞移植入心脏组织结构中是有用的。例如，在切除装置所公开之处，各种相关的元件，如切除电极、传感器、光学装置等等可用合适的元件替代，用于注射本文所述的材料类型。其他相关的元件，如切除促动器，例如能量来源，可用合适的可注射材料来源替代，递送装置的腔结构也可修改成提供此类注射来替代以原来的偶联模式，如电导等。另外，在一定程度上切除性流体如酒精的递送能可以由以前所公开的系统及方法说明，根据本发明的另一个实施方案，可用本文所述材料和新方法替代。
为了进一步说明，下文图12A～D及13A～B的参考提供了对授权给Lesh的美国专利号6,012,457中某些实施方案的修改，以提供按照本发明的模式传导阻滞，用于肺静脉隔离的目的，也如上述图9～11参考的实施方案所说明的一样。
更具体的说，图12A～D显示了利用交叉(transeptal)方法的系统500，其通过十字型鞘502提供进入患者心脏左心房的递送腔504。递送导管510包括可延展的气囊512，该囊受充气装置504(如，流体来源)调节进入辐射状扩展配置，该配置沿工作长度L带有扩展的外围直径OD，所述L与肺静脉从心房延伸之外的环形组织区啮合。环形带514环绕气囊512，其宽度w小于工作长度L，并适于和材料来源520偶合，在图12A中示意性示出。如上所述环形带514可携带一排圆周排列的针，或是多个孔等，以递送形成传导阻滞的材料。
所示递送导管510是一种独特的引线跟踪类型，与参考图11显示和描述的类似，此特别说明的变换方式是更明确的“快速交换”或“单轨道”型。换句话说，提供了腔518，其跟踪引线530，基本上只沿包括气囊装置512的导管510远端部分移动。如图12B所示，腔518在远端端口517与气囊512对侧近端端口519之间延伸。在使用引线530作为轨道之后，通过撤回引线530将气囊512递送到肺静脉部位以形成传导阻滞，在气囊膨胀时将来自肺静脉的血液灌注进入心房，如图12C。
其后，所示的另一个变换方式提供了腔518沿导管510的近端延伸，使引线530通过导管510归位，进一步“沿线”使用，如在另一静脉从心房延伸之处的下一个组织区域形成传导阻滞。说明性传导阻滞540由沿环形带514所递送的材料形成，如图12D中部分载面图所示。此模式阻滞540可以是传导阻滞的完全环形模式说明，或仅是沿所示环形一部分的弓形。进一步参考图12，如果需要的话，引线530还延伸入下一个肺静脉，在其从心房延伸之处形成进行传导阻滞过程。
为进一步说明，图13A显示了作为图12A所示导管510改良形式的递送导管550，带有气囊552，其具有环形带552，跨越沿环形模式递送材料的更大宽度。这样就提供了比按前述变换方式更广泛的传导阻滞542(图13B)，其覆盖入口560的组织，以及肺静脉内入口560上的环形组织区，以及在紧密环绕入口560的入口560另一侧上的环形区。同样，这可以是完全环形，或仅沿所示环形一部分的弓形，根据特定的心律失常治疗的需要而定。或者，所述装置和/或方法可加以改变，仅在这些区域的一些提供足以隔离或治愈心律失常病灶的环形传导阻滞。
参考图14A～C提供了进一步的实例，其分别修改授权给Lesh的美国专利号5,971,983中所公开的某些系统及方法，以在与改良“Cox-Maze”型方法类似的方法中形成长条形如基本线形或曲线形的传导阻滞，其中所述“Cox-Maze”型方法形成传导阻滞片段的集成网络，将左心房后壁加以划分，特别是在与肺静脉连接的区域内加以划分。
更具体的说，材料来源520偶联于递送导管610，通过十字形递送鞘502的腔504、沿两条引线630、632以适于覆盖(drape)两相邻的肺静脉入口660、662间导管510的方式交叉递送，所述两肺静脉入口660、662分别与引线630、632啮合。气囊612与充气来源606相连，但与上述的其他实施方案不同，其功能主要是作为锚定器与入口662上的肺静脉啮合，并使递送导管在递送形成传导阻滞的材料时稳定在适当的部位。如前所示，递送导管递送入各肺静脉后撤回引线632，以通过腔618在气囊612膨胀时提供灌注。但是，与前面一样，此灌注能力可能是非必需的，或沿引线穿过腔就适合，而不需要近侧的撤回。
按照此装置，在肺静脉入口660、662之间延伸的长条形模式区614适于根据本发明将材料从来源520沿该模式递送以在该处形成传导阻滞。沿区域614的条带指定为示意性说明，位于该处大量间隔排列的针注射器可提供所述模式传导阻滞。其他所示区域也包括此示意性条带，并且也可适于递送形成传导阻滞的材料。
在肺静脉入口660、662之间，入口660、664之间，以及入口662、666之间形成传导阻滞后，形成改良“迷宫”型传导阻滞模式的更高级模式如图14所示。显示了左下入口666与二尖瓣阀环间的另一种传导阻滞，以在非传导性结构处提供终止作用，闭合具有促心律失常效应的环，所述促心律失常效应可导致心房内围绕肺静脉的环状折回通路。图14B还以阴影说明了通过冠状窦的材料递送，该模式说明根据本发明另一变换方式的跨血管递送模式及装置。参照装置可置于静脉内，辅助将冠状窦递送导管固定于适当部位，示意性显示在图14B中入口664内。在任何事件中，传导阻滞的进一步改良总体模式进一步如图14C所示，除了为简化说明而明确公开的之外，在不背离本发明预期范围的条件下可在许多不同的特定模式中形成。
虽然可从此类专用工具及技术获得基本益处以应对特定的需求，应认为用于形成非切除性传导阻滞或指导细胞治疗来治疗或预防心律失常的这种特定变动，并不对本发明的各广泛方面构成限制。
实施例下面是已完成各实验的某些特定实施例的总结，以进一步理解前面发明概述和实施方案以及
所述的本发明各方面。
实施例1通过下列计算机模拟测定了用移植入心肌中的骨骼肌成肌细胞进行成功脉冲传播的偶合需求，以测定移植的成肌细胞是否能在心肌内传播电脉冲。
按照此实施例的方法使用计算机模拟，构建骨骼肌及混合骨骼肌与心室心肌细胞的理论纤维(strand)。心室细胞是动态Luo Rudy心室细胞制剂的适应(adaptation)。
根据此计算机模拟研究的结果如下。在混合纤维模型中，心脏与骨骼肌的偶联需求和心脏—心脏的需求类似。相反，骨骼肌向心肌的传播在300nS时失败了，与高度偶合的需求一致。根据这些结果，降低细胞间偶合的条件似乎使移植的骨骼肌细胞和相邻心肌之间的传递明显下降。治疗正常窦性心律的心脏时观察到具有发生高度有害结果的危险，这是因为可能消除了传导的正常传播。
但是，本发明考虑了此类移植骨骼肌细胞进入传导异常的心脏细胞区域如回折(re-entrant)失常通路的局部使用。在此用途的独特背景及环境中，沿此心律失常通路注射此细胞或类似类型进入心脏组织而导致的传导传递降低成为阻断并因此治疗此类相关心律失常的有力模式。
实施例2为了评估骨骼肌移植入心肌的电生理结果，使用体内模型来评估心脏传导。以前已证明将基因转入心脏传导系统特定区域的可行性(Lee等，1198，PACE 21-II606；Gallinghouse等，1996.11月，Am Heart Assoc.；美国专利NO.6,059,726)。例如，已说明了在大鼠及猪的AV结内高效、特异性局部表达重组β半乳糖苷酶。AV结注射的精确度及再现性已通过大鼠中AV阻滞的产生而得到验证(Lee等，1998，J Appl Physio.85(2)758～763)。作为心房和心室之间电传递的电绝缘导管，AV传导轴处于研究心脏电生理的战略性部位。
为了观察骨骼肌移植对传导尤其是AV结电生理性质的影响，使用了AV结注射的大鼠模型(Lee等，1998，J Appl Physio.85(2)758～763)。动物通过化学方法去除神经(用阿托品和普萘洛尔抑制自主神经系统的影响)，并用右心房超速起搏和心房程序性的外来刺激在注射前及处死时加以研究。测量表面ECG PR间期，AV结阻滞循环周期(AVBCL)(AV传导速度变得相继更久，然后不传导)和有效不应期(ERP)(心房外刺激不能传导通过AV结的偶合间期)。单次注射骨骼肌成肌细胞(1×105，15μl)或溶媒入大鼠的AVN(n＝8)。
移植了骨骼肌成肌细胞的动物中，其AV连接的电生理性质发生了显著的改变。与对照组动物相比，注射有骨骼肌成肌细胞的大鼠记录到了Wenkebach循环周期(70.0±4.4和57.0±5.0msec，p＜0.01)及AV结不应期(113.8±5.6和87.0±6.2msec，p＜0.005)显著改变。AVN的组织学检查发现约有10％AVN涉及或轻或无的炎症。从组织学看，对照溶媒注射的AV传导轴看起来是正常的。有趣的是，PR间期没有明显变化，其反映了表面EKG标记对心脏传导性质的敏感度。
这些结果增加了移植的骨骼肌成肌细胞(即使涉及小部分AVN时)可改变心脏传导并导致区域传导变慢或传导阻滞的进一步证据。因此，随着骨骼肌成肌细胞分化成肌管细胞并丧失其形成缝隙连接的能力，其传播电脉冲的能力也下降。
电脉冲传播的丧失，如通过此研究中证明的缝隙连接丧失，以前曾认为可能是通过细胞治疗增强传导性和/或收缩性来治疗受损心脏组织所需结果的不良后果。特别是就以前假定的AV结治疗来说，以前并不认为电传播下降到形成传导阻滞的程度是所需的结果。
但是，本发明考虑了此类移植骨骼肌细胞进入传导不正常的心脏细胞区域如回折失常通路的局部使用。在此用途的独特背景及环境中，沿此失常通路注射此细胞或类似类型入心脏组织而导致的传导传递降低成为阻断并因此治疗此类相关心律失常的有力模式。
实施例3本研究中，选用骨骼肌作为移植入心律失常动物心肌中，以观察抗心律失常效果的细胞治疗的检验形式。
按照此研究，材料和方法如下。新生骨骼肌成肌细胞按以前所述从2～5g日龄Sprague Dawley新生大鼠通过酶法解离而分离，并按以前所述加以培养(Rando，T.及Blau，H.M.，1994，J.Cell Biol.125，1275～1287)。分离后，细胞用生长培养基(GM)(80％F-10培养基(GIBCO BRL)、20％FBS(HyClone Laboratories，Inc.)、青霉素G100U/ml及链霉素100ug/ml、bFGF 2.5ng/ml(人源，Promega Corp))培养。骨骼肌成肌细胞在GM培养基中于湿度95％的空气及5％CO2内培养，直到用于移植。
Sprague-Dawley大鼠进行30分钟的左冠状动脉梗塞，然后进行2小时再灌注。产生心肌梗塞(MI)一周后将大鼠分成两组。组1(n＝7)两次注射(25μl/次)溶媒对照(含0.5％BSA的PBS)；组2(n＝5)两次注射(25μl/次)大鼠骨骼肌成肌细胞(总细胞数5×106)。加入第3组动物(组3)。组3动物进行无MI的骨骼肌成肌细胞(1.5×106)移植。动物存活。MI/细胞注射后5～6周，大鼠进行程序化心室刺激及室性纤颤阈值测试。完成起搏方案后，取大鼠心脏进行组织学检查。
就此特定的说明性实验来说，我们使用30号针通过可直接看见心脏的胸廓切开术将细胞进行单次注射。注射的部位基于以前的研究结果，其中另一组动物进行30分钟的左冠状动脉梗塞，然后进行2小时再灌注。5～6周后，处死动物，取心脏于Langendorf制剂中灌注。进行光学映射，验证诱导室性心动过速后形成了回折通路。因此对本研究来说，细胞注射的部位选择更广泛区域，以阻断此类回折通路。
处死前，通过在右心室施加起搏电极来进行心室程序化刺激。起搏方案包括一连串8次(循环周期为140ms)起搏右心室，可最多外加三次刺激。持续性室性心动过速(VT)定义为VT持续超过10秒，并且需要心律转成窦性心律。非持续性室性心动过速(NSVT)定义为VT持续少于10秒，而且是自我限制的。
室性纤颤阈值(VFT)通过将起搏电极置于右心室上来获得。利用刺激器(型号DTU，Bloom Associates，LTD，Reading，PA)施以突发起搏(50次/秒，持续2秒)，并且每一次增强0.1mA。来自右心室三个部分的平均VF阈值作为诱导VF的电强度。
对试验受试者观察获得下列结果，如表1和表2所示表1、成肌细胞移植对VT的影响
表2、成肌细胞移植对VFT的影响
因为光学映射研究证明存在折回模式，而递送细胞可防止持续性VT，因此可推理性地观察到传导阻滞。
根据本研究前述的观察及结果，骨骼肌移植入心室壁组织在所有接受细胞治疗的受试者中完全阻断了持续性VT。另一方面，与未处理的心肌相比，骨骼肌的移植使诱导VF所需能量升高了。因此，骨骼肌移植入心室壁组织提供了对此类组织的强有力抗心律失常作用。另外，成肌细胞注射入回折通路相关区域证明抗心律失常作用归因于传导阻滞。
与先前研究相关的观察、结果及结论例举了作为预防及治疗心律失常强有力试剂的通常细胞治疗，更具体地说是产生传导阻滞而不切除组织。如研究中所示，选用骨骼肌成肌细胞作为试验样品是依照本发明的高度有利模式。但是，正如前面所提到的，这样使用成肌细胞认为是导入心脏组织结构以充分地干预心律失常通路、产生阻滞或减慢传导从而减少其对窦性心律的总体影响的细胞的实例。例如，此类细胞包括其他适当的替代细胞类型，用于提供心律失常的类似治疗或预防，如干细胞或成纤维细胞。因此，具体就以前所公开、目的主要是通过诸如调节所递送细胞活性而增强心脏传导的细胞治疗来说，本发明应广泛地包含适于阻断心脏房室组织中失常传导的细胞治疗。
另外，选用室性心律失常作为试验环境来观察这种抗心律失常效应。因此，已说明了用于治疗室性心律失常尤其是室性纤颤及心动过速的高度有利方法，并且认为是本发明的一个有利方面。但是，更进一步考虑此类用途通常也是用于治疗心律失常的模式说明，可考虑使用细胞治疗的其他替代治疗形式。例如，可用此类细胞治疗技术来治疗或预防一个或两个心室的心律失常。进一步来说，房性心律失常如房性纤颤可以治疗或预防。一般来说，如本实施例所说明的、细胞移植阻断心律失常传导通路的能力适用于任一或所有房室的此类通路。
虽然如前所述，每一种细胞都是独特的，因此在使用时可提供独特的方面。
实施例4此研究中，按照本发明不同的方面选用成纤维细胞来观察其移植入心脏组织对心律失常的影响。
本研究的目的是确认成纤维细胞移植入心肌影响心肌重构，并在预防室性心动过速时作为抗心律失常试剂发挥作用。
从Fisher大鼠的胎鼠皮肤制备皮肤成纤维细胞。组织碎片在0.2U/ml胶原酶溶液中消化30分钟，然后置于盛有含10％FBS及青链霉素的DMEM的胶原包被的皿上。细胞在5％CO2内于37℃下生长，达到～70％融合时进行传代，直到第4代。用差异粘附方法选择成纤维细胞，将混合细胞群在培养条件下孵育15分钟，在这段时间内成纤维细胞粘附到培养板上，而成肌细胞仍留在悬液中，悬液换为新鲜培养基。
为了验证成纤维培养物的纯度，用抗波形纤维蛋白的抗体(1∶20稀释)和肌纤维蛋白(1∶100稀释)进行免疫组化分析，其中波形纤维蛋白为同时存在于成肌细胞和成纤维细胞的中间纤维，肌纤维蛋白为肌特异性蛋白。将来自成纤维细胞培养物的细胞悬液吸入细胞培养玻片盘(chamber slide)中，让细胞粘附及扩展过夜。细胞用2％多聚甲醛固定5分钟，然后再用100％甲醇于0℃再固定5分钟。用PBS漂洗数次，用染色缓冲液封闭，向分开的室中加入第一抗体，放置1小时。(纯成肌细胞培养物用于抗肌纤维蛋白的阳性对照)。所用的第二抗体为抗肌纤维蛋白染色的Cy3-偶联的抗兔IgG(1∶500稀释)和抗波形纤维蛋白染色的Cy3-偶联的抗小鼠IgG(1∶200稀释)。
Fisher大鼠经受30分钟左冠状动脉梗塞，然后进行2小时再灌注。产生心肌梗塞(MI)一周后将大鼠分成两组。组1(n＝8)两次注射(25μl/次)溶媒对照(含0.5％BSA的PBS)，组2(n＝8)两次注射(25μl/次)大鼠成纤维细胞(总细胞数5×106)。用至少另外两个剂量的成纤维细胞实施剂量反应。成纤维细胞从皮肤活检分离，加以扩增，并重新注射入活检来源的大鼠，从而避免排斥反应。成纤维细胞用标记染料如BRDU、CFDA-SE等染色，或转染β-半乳糖苷酶，以鉴定来自心脏成纤维细胞的移植成纤维细胞。第3组动物(组3，n＝8)接受无MI的成纤维细胞(1.5×106)移植。动物存活，并于第1周和第5周实施超声波心动描记术。MI/细胞注射后5～6周，大鼠接受程序化心室刺激及室性纤颤阈值测试。完成起搏方案后，取大鼠心脏进行组织学检查。通过组织学检验来测定移植成纤维细胞的MI尺寸和分布。
通过在右心室施加起搏电极来进行心室程序化刺激。起搏方案包括一连串8次(循环周期为140ms)起搏右心室，最多另加三次刺激。持续性室性心动过速(VT)定义为VT持续超过10秒，并且需要心律转成窦性心律。非持续性室性心动过速(NSVT)定义为VT持续少于10秒，而且是自我限制的。
室性纤颤阈值(VFT)通过将起搏电极置于右心室上来获得。利用刺激器(型号DTU，Bloom Associates，LTD，Reading，PA)施以突发起搏(50次/秒，持续2秒)，并且每一次增强0.1mA。来自右心室三个部分的平均VF阈值作为诱导VF的电强度。
根据上述此方案的初步结果，五(5)只大鼠没有诱导性VT，平均室性纤颤阈值等于5.5mA。但是，与前述实施例2～3的实验不同，此研究只有3只对照动物没有诱导性VT。一方面，与上述其他研究不同的是，此研究使用了不同的大鼠品系。
尽管在此研究中缺乏显示组间独特结果的可用对照，基于以下几点可以认为治疗组大鼠内的成纤细胞形成了传导阻滞(i)前述实施例中成肌细胞的经验，(ii)如上所记录到的成纤维细胞活动的进一步理解，及(iii)考虑到此研究中治疗组大鼠显示无持续性VT的结果。确认此观点只需以获得更好对照的方式重复此研究(如在不同的动物品系中)即可。
实施例5此研究的目的是进步确认成纤维细胞治疗对缺血-再灌注大鼠模型中室性心律失常形成性的影响，并更明确地说是确认成纤维细胞移植入心肌在预防室性心动过速时作为抗心律失常试剂发挥作用。
利用骨骼肌成肌细胞移植进行心肌修复的组织工程技术已受到更多的关注，其证明骨骼肌成肌细胞可在正常及受损的心肌内存活并形成收缩性肌纤维。但是，心脏修复的重点已集中到保留心肌的收缩性，而很少注意组织工程对心脏传导或心律失常形成的影响。
成纤维细胞的电生理性质在成纤维细胞之间非常一致。因此，当用成纤维细胞阻断VT时，各批/注射之间得到相同反应性的确定性更高。按照前面所述，成纤维细胞移植入心肌应该以可重复及可预测的方式阻断传导。相反，骨骼肌移植通常涉及最初以成肌细胞形式注射，其分化成具有明显不同传导性质的肌管及肌纤维。另外，根据成肌细胞年龄的不同，其传导性质不同。因此，注射成肌细胞后，不均一的细胞环境使在某些情况下不能提供有效传导阻滞所需的绝缘性质。但是，已显示成肌细胞通常会提供有效的抗心律失常性质和有效的传导阻滞技术，所述传导组织技术即使不是在大部分情况下有效，在许多情况下也都是有效的。因此，可以认为，虽然用成肌细胞移植形成传导阻滞观察到了有利结果，成纤维细胞在某些方面特别有利。
根据此研究，Fisher大鼠经受30分钟左冠状动脉梗塞，然后进行2小时再灌注。产生心肌梗塞(MI)一周后将大鼠分成两组。组1(n＝14)两次注射(25μl/次)溶媒对照(含0.5％BSA的PBS)，组2(n＝11)两次注射(25μl/次)大鼠成纤维细胞(总细胞数5×106)。细胞注射后5～6周，大鼠进行程序化心室刺激及室性纤颤阈值测试。
通过在右心室施加起搏电极来进行心室程序化刺激。起搏方案包括一连串8次(循环周期为140ms)起搏右心室，最多另加三次刺激。持续性室性心动过速(VT)定义为VT持续超过10秒，并且需要心律转成窦性心律。非持续性室性心动过速(NSVT)定义为VT持续少于10秒，而且是自我限制的。
室性纤颤阈值(VFT)通过将起搏电极置于右心室上来获得。利用刺激器(型号DTU，Bloom Associates，LTD，Reading，PA)施以突发起搏(50次/秒，持续2秒)，并且每一次增强0.1mA。来自右心室三个部分的平均VF阈值用作诱导VF的电强度。
表3、成纤维细胞移植对VT的影响
P值(卡方检验)＜0.003
表4、成纤维细胞移植对VFT的影响
P值(T检验)＜0.002根据上面表3和表4中观察并总结的结果，成纤维细胞移植入心室壁可预防室性心动过速并提高室性纤颤阈值(也就是说，需要更多的能量才能诱导室性纤颤)。
应进一步注意到，使用上述方案(连接LAD以产生心肌梗塞)的两组动物也注射含成纤维细胞的纤维蛋白。注射5周后，进行程序化电刺激。未诱导出VT。此初步结果提示含成纤维细胞的纤维蛋白可预防室性心律失常。
实施例6此研究中，检验注射可注射生物聚合物纤维蛋白胶进入心脏组织结构的影响，尤其是在提供内部支持和支架，以及在MI后是否能改善心脏功能及增加梗塞壁厚度等方面。基于此观察，进一步探索了在形成传导阻滞中的用途。
此研究中使用以前已有说明的大鼠缺血再灌注模型。雌性Sprague-Dawley大鼠(225～250g)用氯胺酮(90mg/kg)及赛拉嗪(10mg/kg)麻醉。采取消毒技术，大鼠仰卧，将胸部清洗并去毛。通过进行中间胸骨切开术打开胸腔。保留左心房基部的界标，从而可见室间沟。将一根7-0Ticron缝合的缝线穿过心肌，其深度稍深于左冠状动脉的左前下行部分(LAD)的可感知水平，同时小心不要进入心室腔内。将缝线扎紧以封闭LAD17分钟，然后除去缝线让其再灌注。将胸闭合，让动物恢复1周。
按照下面所述方法分离来自Sprague-Dawley新生大鼠(2～5天龄)后肢骨骼肌的成肌细胞，并加以纯化。单要地说，在磷酸缓冲盐(PBS)-青霉素/链霉素(PCN/Strep)内取后肢，并机械绞碎。组织用分散酶和胶原酶(Worthington)在Dulbecco’s PBS(Sigma)中于37℃酶解45分钟。所得悬液用80μm滤器过滤，离心收集细胞。细胞预铺板10分钟，以便将成肌细胞与成纤维细胞分离。将成肌细胞悬液转到胶原包被的100mm聚苯乙烯组织培养皿(Corning Inc)中，让其在生长培养基(80％Ham’sF10C培养基，20％胎牛血清，1％PCN/Strep，2.5ng/ml重组人源碱性成纤维细胞生长因子)中于37℃及湿度95％的空气及5％CO2下增殖。让培养物长到70～75％融合，每3～4天(1∶4稀释)传代。
此研究中所用纤维蛋白胶为商品化的Tisseel VH纤维蛋白封闭剂(可购自Baxter)。其为双组分系统，它在固化成固体胶基质之前可保持液态数秒钟。第一组分由浓缩的纤维蛋白原和纤维蛋白溶解抑制剂抑肽酶组成。第二组分是凝血酶和CaCl2的混合物。纤维蛋白胶通过提供的Duploject敷料器递送，敷料器使两个组份分别在单独的注射器中，并提供了同时混合及递送(如图15中分步所示)。纤维蛋白原与凝血酶的比率为1∶1。
MI后约1周，分别将含0.5％牛血清白蛋白(BSA)的50ml PBS(对照组)、50ml纤维蛋白胶、含5×106成肌细胞的50ml 0.5％BSA或含5×106成肌细胞的50ml纤维蛋白胶注射入缺血LV。采取消毒技术，将大鼠麻醉，从剑突沿下肋骨剖开腹部到左腋下水平。通过隔膜切除将LV顶点暴露出来，保持胸壁及胸骨完整。将大鼠随机分成对照组或治疗组，将30号针插入缺血LV进行注射。对于细胞组，将5×106成肌细胞悬于50ml 0.5％BSA并注射入心肌。对于细胞存在于纤维蛋白中的组，将5×106成肌细胞悬于25ml纤维蛋白胶的凝血酶组分。凝血酶-细胞混合物与25ml纤维蛋白原成分同时注射入心肌中(图15)。在纤维蛋白组中，将25ml凝血酶和25ml纤维蛋白原同时注射入缺血心肌中。对胸腔抽吸后将隔膜缝合，随后将腹部缝合。
MI后约1周，对所有动物在清醒状态下实施胸廓超声波心动描记术(基线超声心动图)，1～2天后进行对照或治疗注射。约4周后实施追踪超声心动图。本实验室所用超声波心动描记术方法学以前已有描述。其他报道已证明在患有心肌梗塞的大鼠中实施胸廓超声波心动描记术的精确性和再现性。
简要地说，将动物去毛，在清醒状态下置于塑料DecapiCone限制器(BraintreeScientific Inc)中。将一层声学偶合胶涂于胸廓。然后将动物置俯位或稍侧卧位。用15-MHz线形矩阵传感器系统(Acuson Sequoia c256，Mountain View，CA)实施超声波心动描记术。小心避免对胸廓过度施压，因其可诱导心动过缓。同时从胸骨长轴及短轴视图(于乳突肌水平)获得二维图像。只要有可能，将目标区域调整到与心脏大小，以激活增强解析度成像功能(resolution imaging function，RES)。增益(gain)设为最佳成像，压力设为70dB。获取数码图像并存于磁光盘(SONY EDM-230C)。
按照此特定的实验模型，使用两个成像标准。第一，短轴视图符合至少显示80％的心内膜和心外膜边界的标准。第二，长轴视图符合显示二尖瓣阀平面的标准，使得该环和顶点可以看见。获得足够的二维图像后，M-型光标位于与心室隔前壁(梗塞位点)和后壁垂直的部位，在乳头肌水平。根据美国超声波心动描记术协会的前缘(leading edge)法，测量壁的厚度及左心室内部尺寸。作为收缩功能指标的部分缩短率(fractional shortening，FS)计算为FS(％)＝[(LVIDd-LVIDs)/LVIDd]×100％，其中LVID为左心室内部尺寸，d为舒张期，s为收缩期。一名对治疗组保持盲态的超声波心动描记术人员采集图像并进行数据分析。本实验室的以前研究已报道该技术的精确度和再现性。
注射手术约4周后，用过量戊巴比妥(200mg/kg)实施无痛致死术。快速切除心脏，新鲜地冻于Tisuue Tek O.C.T冷冻培养基中。然后切成5微米的切片，并用苏木素和伊红(H & E)染色。细胞组和细胞存在于纤维蛋白中的组的心脏用MY-32克隆(Sigma)染色以标记移植的细胞，其中MY-32克隆直接针对肌球蛋白重链(MHC)的骨骼肌快速同功型。用Cy3-偶联的抗小鼠第二抗体(Sigma)使标记的细胞可见。同时取250ml纤维蛋白胶样品新鲜冰冻，切成5微米切片，并用H & E染色。
数据以均值±标准差表示。大鼠心肌梗塞模型常可观察到高度可变性，因此进行内部对照以评价治疗的效果。注射前后所测量部分缩短及梗塞壁厚度的差异用双侧配对t检验比较。治疗组的组间差异用Bonferroni校正的单因素方差分析(one-wayANOVA)比较。注射后组间的测量值也用Bonferroni校正的单因素方差分析比较。P＜0.05时认为有统计学意义。
此研究中总共使用了41只大鼠。有6只大鼠在梗塞手术中死亡或手术后随即死亡，有一只大鼠在注射手术中死亡(细胞存在于纤维蛋白胶的组)。注射手术后，所有组的存活率均为100％。最终在34只大鼠上实施了超声波心动描记术。对照组(n＝7)注射0.5％BSA，纤维蛋白组(n＝6)注射纤维蛋白胶，细胞组(n＝6)注射5×106成肌细胞，细胞存在于纤维蛋白胶的组注射存在于纤维蛋白胶中的5×106成肌细胞。
约在MI后1周(注射手术前)及注射手述后约4周收集超声波心动描记术测量结果，以测定纤维蛋白胶、成肌细胞及两者的组合对LV功能及梗塞壁厚度的影响。结果如下表5所示。
表5、超声波心动描记术数据
作为MI后的典型进展，对照组表现出LV功能的退化和梗塞壁变薄。4周后有FS显著退化(P＝0.0005)，且梗塞壁厚度显著下降(P＝0.02)(表5，对照组)。
相反，只注射纤维蛋白胶、只注射成肌细胞以及注射存在于纤维蛋白胶中的成肌细胞对FS及梗塞壁厚度有保护作用。对纤维蛋白组、细胞组及细胞存在于纤维蛋白中的组，FS没有显著下降，P值分别为0.18、0.89和0.19(表5)。另外，所有治疗组的梗塞壁厚度无显著差异(P值分别为0.40，0.44，0.43)(表5)。对治疗前和治疗后的FS及梗塞壁厚度差异进行治疗组间比较。未观察到显著差异(P分别为0.52和0.56)，表明没有哪一个治疗比其他治疗更有效。注射4周后所有组的梗塞壁厚度比较表明细胞存在于纤维蛋白中的组的厚度从统计学上看大于对照组(P＝0.009)和纤维蛋白组(P＝0.04)；但是由于如前所述梗死间的高可变性，使用内部对照比较的数据更有意义。
通常纤维蛋白胶可观察到形成原纤维和多孔结构，含有及直径大于2微米的原纤维和孔，通常称为粗凝胶。H & E染色的心脏切片经检查发现，所有组中存在广泛的透壁MI。在梗塞区域，天然的心肌细胞被纤维性胶原瘢痕组织所取代。注射后4周，纤维蛋白胶完全降解并不可见。骨骼肌快速MHC的免疫染色表明细胞组及细胞存在于纤维蛋白中的组的移植细胞在注射后存活了4周，并遍布整个梗塞瘢痕。注射存在于纤维蛋白胶的细胞，心脏梗塞壁中的移植成肌细胞观察到以平行的方向排列。
另外，增强了梗塞心肌层内的细胞存活能力。注射纤维蛋白支架的移植成肌细胞所覆盖的平均面积显著大于注射BSA的情况(P＝0.02)。存在于纤维蛋白胶中注射的细胞面积为2.8±0.9mm2，而存在于BSA中注射的细胞面积为1.4±0.5mm2。存在于BSA中注射的移植成肌细胞最常在梗死瘢痕的边界可见，而不是缺血组织的内部。与此不同，存在于纤维蛋白胶中注射的细胞可同时在梗死瘢痕的边界和内部可见。存在于纤维蛋白胶中移植的细胞常环绕梗死瘢痕内的小动脉。
纤维蛋白胶虽然按照本文所公开该研究的实施方案是高度有利的，其是生物聚合物，因此说明了可以作为适当替代品的、在使用环境下具有类似组分或功能的其他材料，如其他生物聚合物。
纤维蛋白胶通过将凝血酶加入纤维蛋白原中而形成。凝血酶对纤维蛋白原进行酶切，改变分子的电荷和构象，从而形成了纤维蛋白单体。纤维蛋白单体进一步聚集形成二聚体纤维蛋白。纤维蛋白在体内常参与伤口愈合，并与血小板连接，是凝血的基础。注射入心肌后未观察到不良反应，包括没有凝血块递送入或递送出心脏。纤维蛋白通过酶学及吞噬途径重吸收，因此可以预料注射4周后不会留有纤维蛋白的痕迹。
本研究的结果表明，纤维蛋白胶可用作支持物和/或组织工程支架来防止MI后LV重构，并改善心脏功能。只注射纤维蛋白胶以及注射存在纤维蛋白胶中的骨骼肌成肌细胞缓解了大鼠MI后梗塞壁厚度下降及部分缩短。与其他研究一致，我们还发现只注射骨骼肌成肌细胞能防止梗塞LV的负性重构及LV功能的退化。尽管成肌细胞保护LV功能的确切机制尚不清楚，但其不可能是心脏收缩时主动力产生的结果，因为植入的成肌细胞不能与周围的心肌细胞形成缝隙连接。因此认为成肌细胞缓解负性左心室重构是保护心脏功能的机制。成肌细胞可通过增加硬度来充当壁支持物，或简单通过增加壁的厚度来影响重构。此研究的数据也支持此观点。只注射纤维蛋白胶未产生与注射骨骼肌成肌细胞结果明显不同的结果，因此提示成肌细胞的作用机制是保持壁厚度并防止有害的心室重构，而不是由于主动力的产生。
最近的一项研究公开了使用聚合物网格用作外部支持物、实现防止LV延展的预期目的。纤维蛋白胶可用作内部支持物来保护心脏功能。在MI的起始阶段，基质金属蛋白酶上调，导致细胞外基质(ECM)的降解。ECM降解使梗塞壁变弱及心肌细胞滑移，造成LV动脉瘤。另外，已发现负性心室重构会持续到胶原瘢痕的张力强于梗塞壁为止。在梗塞的起始阶段施用纤维蛋白胶，可通过在胶原瘢痕有时间充分发展前增强梗塞区的机械强度而防止重构。另外，纤维蛋白胶通过共价键、氢键及其他静电键和机械互锁(interlocking)与包括胶原及细胞表面受体(主要是整合素)在内的不同底物粘合。因此，它可通过与旁边的正常心肌结合来预防心肌滑移和动脉瘤。最后，注射纤维蛋白胶还认为可导致一些生长因子如改善心脏功能的血管生成生长因子的上调或释放。
除了提供内部支持外，根据本研究的数据，纤维蛋白可用作心肌内的组织工程支架。注射存在于纤维蛋白胶中的成肌细胞可预防梗塞壁变薄，并保护心脏功能。该组的壁厚度也显著大于其他组。已有数种出版物公开了在纤维蛋白胶支架中递送不同细胞的方法，包括角质细胞、成纤维细胞、软骨细胞、膀胱上皮细胞及角膜上皮细胞。按照本研究的结果还表明纤维蛋白胶能将存活的细胞递送到心肌。尽管未修饰骨骼肌成肌细胞改善收缩性是不大可能的，但包括能在受者心脏内生成缝隙连接的胚胎心肌细胞及成年骨髓干细胞的其他细胞类型可在纤维蛋白胶中递送到心肌中，达到同时改善收缩性并预防重构的目的。
以前的另一公开内容使用组织工程方法，所述方法将藻酸盐支架中的胚胎心肌细胞递送到心肌表面，据报道能保护心脏功能。其结果很可能是由于胚胎心肌细胞的移植所致，而不是所述支架的外部支持作用，因其尺寸与LV相比太小了。使用纤维蛋白胶作为支架的好处是支架可以注射，因而在人类中只需最小的创伤过程。另外可将细胞直接递送入梗塞区域，而不是简单地递送到心外膜表面。
如前所述，无论其涉及的具体机制是什么，此处所公开的化合物制剂、系统及方法还是清楚地显示出在治疗一些心脏病变方面提供了与本发明各目标及方面一致的预期结果。
根据此研究的结果证实根据本发明的纤维蛋白胶制剂及应用提供了对MI患者的有利治疗。该研究显示了可注射内部支持物和/或组织工程支架来预防有害心室重构及心脏功能退化的用途。作为支持物，纤维蛋白胶可以修改，以适合此特定应用的机械性质，该修改也属于本发明的范围。凝血酶或纤维蛋白原的浓度升高导致张力及杨氏模数(Young’s modulus)的增加。纤维蛋白原的浓度升高也使生物聚合物的降解速度下降。作为组织工程支架，纤维蛋白胶也能递送蛋白质及质粒，而且下文进一步的实施方案考虑使用此机制，以在递送细胞到心肌的同时以蛋白质或质粒形式递送生长因子。
根据前述研究的观察及结果，本发明还考虑纤维蛋白胶试剂单独或与一些细胞类型联合用作可注射材料，以在心脏组织中形成传导阻滞。
除了本文他处所述的作用机制，还考虑根据本方面的可注射材料如纤维蛋白胶至少部分通过物理隔离注射区域的细胞来提供传导阻滞。为进一步说明，图16A～B显示了起始缝隙连接状态中细胞基质(图16A)与治疗后状态之间的过渡态，其中细胞间的间隔从起始距离d物理隔离至更大的隔离距离D(图16B)。这些隔离可足以将刺激细胞间传导的动作电位升高到传导受到阻滞或延缓到中断失常的水平。
虽然就某此实施方案实施的机制来说，此处提供了某些理论及观点，应该清楚，只要材料及方法能够产生一些预期的结果，本发明即可考虑使用，而不考虑所述结果是通过什么实际的机制完成的。
本文提供的各种材料说明可能是特别有利的，例如可参照纤维蛋白胶或相关试剂，或其类似物或衍生物。但是，在某些应用中也可使用其他适当的替代物，可以联合使用，也作为上述提及特定材料的替代品使用。在一具体的方面中，本文描述了纤维蛋白胶或相关试剂，在此类情况下使用，特别是与形成传导阻滞或治疗心律失常相关的情况下进一步考虑使用胶原或其前体、类似物或衍生物。另外，包括胶原时，进一步考虑使用其前体、类似物或衍生物，如在体内代谢或改变以形成胶原的结构，或反应形成胶原的材料组合，或其分子结构与胶原分子结构无实质差别使其活性基本与本文所设想预期用途(例如就此功能来说，除去或改变非功能性基团)一致的材料。此类胶原或其前体、类似物或衍生物的组在本文称为“胶原试剂”。类似地，参照本文其他形式的“试剂”，例如“聚合物试剂”或“纤维蛋白胶试剂”还可包括其真实的最终产品，如分别为聚合物或纤维蛋白胶，或一起递送或以协作的方式递送以形成最终材料的一种或多种分别的前体材料。
尽管上述的说明包含许多细节，这些不应视为对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明目前的优选实施方案。因此，应该明白本发明的范围全面包括对本领域内熟练技术人员来说显而易见的其他实施方案，并且本发明的范围只受所附权利要求书的限制，其中单数形式的元件除了特别指出外并不是指“一个且只有一个”，而是指“一个或更多”。对于本领域内常规技术人员来说所有已知的结构、化学试剂及功能同等物均通过引用清楚地并入本文，并包含于本权利要求书内。另外，对于设备或方法来说，并不需要说明本发明所要解决的每个问题，因为这已包含于本权利要求书内了。而且，不论本公开内容中的元件、组分或方法步骤是否已在权利要求书中清楚地引用过，所述元件、组分或方法步骤均不是想要对公众开放。本文的权利要求项都不能按35U.S.C112第6款的规定解释，除非该项用短语“意指”清楚的说明。
权利要求
1.在心脏组织结构中形成传导阻滞以治疗患者心脏中心律失常的系统，该系统包括心脏递送系统，及与该心脏递送系统相偶联的材料来源；其中该心脏递送系统适于从来源递送一定量的材料到与该患者心律失常相关部位的组织区域，包括心脏细胞；其中所述材料包含成纤维细胞；且其中所述一定量成纤维细胞在递送入所述部位的区域时适于在所述部位形成传导阻滞。
2.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送系统适于将所述材料沿患者心脏的心室室壁递送到所述部位。
3.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送系统适于将所述材料沿患者心脏的心房房壁递送到所述部位。
4.权利要求1所述系统，其中其中所述心脏递送系统适于将材料递送到患者心脏内肺静脉从心房延伸之处。
5.权利要求4所述系统，其中所述心脏递送系统适于将材料在所述部位沿环形组织区递送。
6.权利要求5所述系统，其中所述心脏递送系统包括适于啮合所述环形组织区的接触元件。
7.权利要求6所述系统，其中所述接触元件包含环形的元件。
8.权利要求6所述系统，其中所述接触元件包含可延展元件。
9.权利要求8所述系统，其中所述可延展元件包含可膨胀的气囊。
10.权利要求9所述系统，其中所述心脏递送系统适于在所述环形组织区为膨胀气囊所啮合时将材料递送到所述环形组织区。
11.权利要求6所述系统，其中所述心脏递送系统还包括至少一枚与所述接触元件协作的针；其中所述心脏递送系统还适于将至少一枚针与材料来源流畅地偶联，并通过所述至少一枚此针将材料递送到所述部位。
12.权利要求1所述系统，还包括具有映射电极并适于映射心脏传导以定位所述部位的心脏映射系统。
13.权利要求12所述系统，其中所述映射电极与所述心脏递送系统相偶联。
14.权利要求1所述系统，还包括适于通过所述心脏递送系统将一定量材料递送入所述部位的注射器装置。
15.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送系统包括递送导管，其包括具有近端部分、远端部分及腔的长条形体，腔在沿近端部分的近端端口和沿远端部分的远端端口之间延伸；十字形递送鞘，其包括具有近端部分、远端部分及递送通道的长条形体，该递送通道在沿近端部分的近端端口和沿远端部分的远端端口之间延伸；其中所述十字形递送鞘适于通过所述递送通道提供到心脏左心房的交叉进入；其中所述递送导管适于通过递送通道交叉地递送到左心房，从而在所述部位递送一定量的材料。
16.权利要求15所述系统，其中所述递送导管适于将一定量材料沿左心房的左房壁递送到所述部位。
17.权利要求15所述系统，其中所述递送导管适于将一定量材料递送到肺静脉从左心房延伸之处。
18.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送系统包括心脏内递送系统。
19.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送系统包括心外膜递送系统。
20.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送系统包括跨血管递送系统，该递送系统适于将一定量材料通过心脏组织结构相关血管的血管壁而递送入所述部位。
21.权利要求1所述系统，还包括适于制备自体同源细胞作为可注射形式材料、以与心脏递送系统一起递送到所述部位的试剂盒。
22.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送系统适于将含成纤维细胞的一定量材料从来源基本沿所述部位的组织模式区递送；且所述含成纤维细胞的材料适于沿所述部位的组织模式区形成传导阻滞。
23.权利要求22所述系统，其中所述心脏递送系统包含适于基本与所述组织模式区接触的接触元件；及其中所述心脏递送系统适于在接触元件基本与组织区接触时将含成纤维细胞的材料基本沿组织模式区递送。
24.权利要求23所述系统，其中所述心脏递送系统还包含大量与接触元件协作的针；其中所述心脏递送系统还适于将大量针递送入并基本沿所述组织模式区，并通过这些针将材料基本注射入并沿着所述部位的组织模式区。
25.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送装置适于将所述含成纤维细胞的一定量材料在所述部位的组织区域中沿长条组织模式递送。
26.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送装置适于将所述含成纤维细胞的一定量材料在所述部位的组织区域中沿线形组织模式递送。
27.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送装置适于将所述含成纤维细胞的一定量材料在所述部位的组织区域中沿曲线形组织模式递送。
28.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送装置适于将含成纤维细胞的一定量材料在所述部位的组织区域中沿环形组织模式区递送，从而在所述部位形成基本为环形的传导阻滞。
29.权利要求28所述系统，其中所述心脏递送装置包含接触元件，其适于与所述环形区啮合并在与之啮合时将所述定量材料递送到所述环形组织区。
30.权利要求29所述系统，其中所述接触元件包含环形的元件。
31.权利要求29所述系统，其中所述接触元件包含可延展元件。
32.权利要求31所述系统，其中所述可延展元件包含可膨胀的气囊。
33.权利要求32所述系统，其中所述心脏递送系统适于在所述环形组织区为膨胀气囊所啮合时将材料递送到所述环形组织区。
34.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送系统包含至少一枚适于在所述部位将所述材料注射入组织区域的针。
35.权利要求1所述系统，其中所述心脏递送系统包含递送导管，其包括具有近端部分、远端部分及腔的长条形体，腔在沿近端部分的近端端口和沿远端部分的远端端口之间延伸；且其中近侧端口适于与至少含一部分材料的来源偶联。
36.权利要求35所述系统，其中所述导管还包括位于沿远端部分的至少一个映射电极；且其中所述至少一个电极适于与监测系统偶联，以便通过此电极监测心脏中的电流信号，从而鉴定递送有材料并形成传导阻滞的部位。
37.一种治疗患者心脏中心律失常的方法，该方法包括将一定量含成纤维细胞的材料递送入与该患者心律失常相关部位的组织区域，包括心脏细胞；和用含成纤维细胞的材料在所述部位基本形成传导阻滞。
38.权利要求37所述方法，其中材料到所述区域的递送还包括将含成纤维细胞的材料递送到沿患者心脏的心室室壁的组织区域。
39.权利要求37所述方法，其中材料到所述区域的递送还包括将含成纤维细胞的材料递送到沿患者心脏的心房房壁的组织区域。
40.权利要求37所述方法，其中材料到所述区域的递送还包括将含成纤维细胞的材料递送到肺静脉从心房所延伸之处的组织区域。
41.权利要求37所述方法，其中材料到所述区域的递送还包括将含成纤维细胞的材料沿所述部位的组织模式区递送。
42.权利要求41所述方法，其中所述将材料沿组织模式区的递送还包含将含成纤维细胞的材料在所述部位沿组织长条形区域递送。
43.权利要求41所述方法，其中所述将材料沿组织模式区递送还包含将含成纤维细胞的材料在所述部位基本沿环形组织区递送。
44.权利要求41所述方法，还包括将所述部位的组织模式区与接触元件接触；和所述组织模式区与接触元件基本接触时，将含成纤维细胞的一定量材料递送到所述组织模式区。
45.权利要求37所述方法，还包括用锚定器定器将递送装置锚定到与所述部位相关的部位；将锚定器锚定在所述部位时，将含成纤维细胞的材料递送所述部位的组织区域。
46.权利要求37所述方法，还包括用十字形递送鞘将含成纤维细胞的材料递送到所述部位组织区域，至少部分交叉穿过心房隔膜。
47.一种治疗患者心脏中心律失常的方法，该方法包括将一定量含成纤维细胞的材料递送到与心律失常病灶源处的组织区域，或沿心律失常传导通路递送。
48.权利要求47所述方法，还包括将成纤维细胞递送到肺静脉从心房延伸之处的组织区域。
49.权利要求47所述方法，还包括将成纤维细胞递送入并基本沿着所述部位的组织模式区。
50.权利要求49所述方法，还包括通过递送元件的定形部分将成纤维细胞递送入并基本沿着所述部位的组织模式区，其中所述定形部分具有与组织模式区基本一致的形状。
51.一种从许多心脏递送系统组装心律失常治疗系统的方法，其中每一心脏递送系统适于将一定量的可注射材料沿着心脏组织的独特模式递送，或在与患者相关的独特部位递送，该方法包括基于至少一个已知组织模式区和要形成传导阻滞的部位，从许多心脏递送系统选择一种心脏递送系统；将含成纤维细胞的一定量可注射材料来源与该心脏递送系统相偶联；其中所选择的心脏递送系统适于将所述一定量可注射材料递送入并沿着所述部位的组织模式区；其中所述含成纤维细胞的可注射材料适于用所述心脏递送系统注射入并沿着所述部位的组织模式区；且其中所述含成纤维细胞的可注射材料在递送入并沿着所述部位的组织模式区时适于形成传导阻滞。
52.治疗患者心脏中心律失常的系统，该系统包括心脏递送系统，具有接触元件和大量与该接触元件协作的针；适于与该心脏递送系统偶联的含成纤维细胞材料来源；其中所述接触元件适于递送到心律失常相关部位，并基本与所述部位的组织模式区包括心脏细胞的接触；其中当接触元件与组织模式区接触时，所述大量针适于插入并基本沿着组织模式区排列；其中所述心脏递送系统适于与含成纤维细胞的材料来源偶联，并通过所述大量针将含成纤维细胞的一定量材料从来源递送进入并沿着所述组织模式区；且其中包含成纤维细胞的材料适于沿所述部位的组织模式区形成传导阻滞。
全文摘要
将成纤维细胞递送到心脏组织区中与心律失常相关的部位、在该部位形成传导阻滞的系统(20)。心脏递送系统(20)与成纤维细胞来源(15)偶联，并将成纤维细胞递送到所述部位形成传导阻滞。从而基本避免了心脏切除。根据治疗特定心律失常的需要，接触元件(430)的形状与沿模式递送成纤维细胞的组织模式区一致，如线形、曲线或环形模式。肺静脉隔离装置具有可延展或环形元件，其中所述元件与将成纤维细胞递送入环形组织区的针矩阵协作，该环形组织区为肺静脉从心房延伸之处的可延展元件所啮合。方法包括提供存在于注射制剂中、自体同源性细胞形式的成纤维细胞。
文档编号A61P9/06GK1652839SQ03810229
公开日2005年8月10日 申请日期2003年5月7日 优先权日2002年5月8日
发明者兰德尔·J·李, 马克·马切耶夫斯基 申请人:加利福尼亚大学董事会, 节律疗法公司