Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur spezifischen umgebungsschonenden Zerstörung von gesundheitlich und kosmetisch-ästhetisch relevanten Zellstrukturen, insbesondere Tumorzellen, welche zumindest ein metallisches Nanopartikel an ihrer Zellmembran aufweisen.

Ein wesentliches Problem bei der Behandlung von Krebs ist der selektive Zugang und die kontrollierte Zerstörung der Tumorzellen im Körper des Patienten. Nach der chirurgischen Entfernung von Tumoren verbleiben oftmals einzelne Tumorzellen im Körper, woraus sich neue Tumore entwickeln können. Durch die klassische Nachbehandlung mittels Chemotherapie und Bestrahlung ist eine kontrollierte Zerstörung dieser Tumorzellen oftmals nicht möglich. Hinzu kommt, dass die Zerstörung gesunder Zellen den Patienten noch zusätzlich belastet.

Um diese Nachteile zu überwinden, ist aus dem Stand der Technik beispielsweise die sogenannte NanoTherm-Therapie bekannt, bei der zu Therapiebeginn in einem Biopsieähnlichen Verfahren eisenoxidhaltige Nanopartikel direkt in den Tumor eingebracht werden, um diese danach mit Magnetwechselfeldern in Schwingungen zu versetzen. Der primäre Wirkmechanismus dieses Verfahrens beruht auf der thermischen Schädigung des Tumors. Durch den Wärmeeintrag werden die Tumorzellen entweder direkt zum Platzen gebracht oder in den Zellselbstmord (Apoptose) getrieben. Da es relativ schwierig ist, den Wärmeabfluss genau zu kontrollieren, und da der Wärmeeintrag auch nach Abschalten des Magnetwechselfeldes noch einige Zeit vorhanden ist, kommt es zu einer gewissen Unschärfe in der Wirkung und umgebendes gesundes Gewebe läuft Gefahr, geschädigt zu werden.

Aus anderen Gebieten der Technik - beschrieben beispielsweise in der AT 508 394 Bl für nicht-therapeutische Anwendungen - ist bekannt, dass mit Nanopartikeln dotierte Antikörper an der Zellmembran selektiv angedockt werden können. Um die Zellmembran einzureißen und damit die Zelle zu zerstören, werden die Nanopartikel hinreichend stark ausgelenkt, was mittels einer einfachen Spule erzielt wird. Die Spule erzeugt hierfür ein magnetisches Wechselfeld, um die Nanopartikel in eine einfache Schwingung zu versetzen, was in manchen Fällen ausreicht, um die Zellmembran zu beschädigen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Vorrichtungen insbesondere für das Zerstören von Tumorzellen einen zu geringen Wirkungsgrad aufweisen und überdies lange Behandlungszeiten erfordern.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur spezifischen umgebungsschonenden Zerstörung von gesundheitlich und kosmetisch-ästhetisch relevanten Zellstrukturen, insbesondere Tumorzellen, bereitzustellen, die die Nachteile des Standes der Technik überwindet.

Dies wird gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung zur spezifischen umgebungsschonenden Zerstörung von gesundheitlich und kosmetisch-ästhetisch relevanten Zellstrukturen, insbesondere Tumorzellen, erzielt, welche zumindest ein metallisches Nanopartikel an ihrer Zellmembran aufweisen, wobei die Vorrichtung eine Primärspule zur Erzeugung eines inhomogenen Primärmagnetfeldes, eine Sekundärspule zur Erzeugung eines inhomogenen Sekundärmagnetfeldes und eine Steuereinrichtung umfasst, welche dazu ausgebildet ist, die Primärspule derart anzusteuern, dass das Nanoteilchen vom Primärmagnetfeld ausgelenkt wird, und die Sekundärspule derart anzusteuem, dass das Sekundärmagnetfeld gegenüber dem Primärmagnetfeld oszilliert und dieses periodisch verformt, um Alfven-Wellen zu erzeugen, die das Nanopartikel auslenken, wodurch die Zellmembran der Zellstruktur vom Nanopartikel aufgerissen und folglich die Zellstruktur zerstört wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass die durch zwei Spulen erzeugten Alfven-Wellen im Gegensatz zu einfachen magnetischen Wechselfeldem eine besonders effektive Zerstörung der Zell Strukturen erlauben, da die Nanopartikel durch die Alfven- Wellen in größere Auslenkungen gebracht werden können und nicht um eine Ruheposition schwingen.

Um die erfindungsgemäße Vorrichtung einzusetzen, werden die Nanopartikel vorbereitend in bekannter Weise an der Zellmembran angebracht, beispielsweise indem speziell dotierte Antikörper in der Nähe des Tumors in den Körper eingebracht werden. Durch den selektiven Anbindungsmechanismus verbindet sich der Antikörper mit der Tumorzelle und gesunde Zellen werden weitgehend verschont. Durch das Einschalten des Primärmagnetfeldes kommt es zur Kopplung mit den metallischen Nanopartikeln, hier Eisen-Nanokügelchen, mit denen die Antikörper dotiert worden sind. Wird nun das Sekundärmagnetfeld eingeschaltet, so kommt es zu einer Störung des Primärmagnetfeldes. Dessen Verdrängung manifestiert sich durch die Kopplung mit dem Eisen-Nanokügelchen in der Art, dass der gesamte Antikörper ruckartig beschleunigt wird. Im Falle der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Kraftwirkung auf die Eisen-Nanokügelchen bzw. auf den Antikörper so bemessen, dass eine Zerstörung der Zellmembran erfolgt, womit die Tumorzelle irreversibel geschädigt wird.

Es hat sich im Zuge der Entwicklung der Erfindung herausgestellt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur Tumorzellen, d.h. gesundheitlich relevante Zellstrukturen, zerstört werden können, sondern auch kosmetisch-ästhetisch relevante Zellenstrukturen. Darunter werden hierin Pigmentablagerungen in Alters- und Leberflecken, Farbpigmente in Tätowierungen und/oder Feuermalen oder aber auch Warzen, Erhebungen (z.B. Naveus) und/oder Narbengewebe verstanden.

Die physikalische Grundlage der Alfven-Wellen wurde bereits 1942 durch den späteren schwedischen Nobelpreisträger Hannes Alfven beschrieben. Hierbei erzeugt die Störung eines Magnetfeldes (im Falle der vorliegenden Erfindung die Verdrängung des Primärmagnetfeldes durch das Sekundärmagnetfeld) eine Kraftwirkung auf magnetisch leitfähige Stoffe, die sich in unmittelbarer Nähe befinden. Die technische Umsetzung der Erzeugung von Alfven-Wellen konnte für spezifische Anwendungsfälle bereits nutzbar gemacht werden, bei denen jedoch jeweils im Innenumfang der Spulen befindliches Plasma beschleunigt wird, um beispielsweise einen lonenstrahl zur punktuellen Behandlung zu erzeugen oder einen Antrieb zu erzielen. Bei diesen Anwendungen wird somit - im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Vorrichtung - jeweils Plasma aus der Vorrichtung emittiert, weswegen diese nicht für mit Nanopartikeln dotierte Zellwände einsetzbar gemacht werden können, da sie keinen umgebungsschonenden Einsatz ermöglichen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Primärspule zeitlich konstant anzusteuern und die Sekundärspule mit einer zeitlichen Veränderung anzusteuern. Durch die zeitlich konstante Ansteuerung der Primärspule würde somit ein Primärmagnetfeld geschaffen, welches ohne Einwirkung des Sekundärmagnetfeldes zeitlich konstant wäre. In dieser Ausführungsform ist es somit nur das Sekundärmagnetfeld, das die dynamischen Aspekte zur Erzeugung der Alfven-Wellen liefert. Alternativ sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen sowohl die Primärspule als auch die Sekundärspule zeitlich veränderlich angesteuert werden können, um die Alfven- Wellen zu erzeugen, wobei jedoch im Gegensatz zur bevorzugten Ausführungsform die Steuerung der Spulen komplizierter wird.

Bevorzugt sind die Primärspule und die Sekundärspule im Wesentlichen konzentrisch angeordnete Ringspulen, was den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung wesentlich vereinfacht. Die Ringspulen haben ferner vorteilhaft einen selben Durchmesser und dieselben Windungen, wobei von diesen Vorgaben abgewichen werden kann.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, dass Behandlungen zur Zerstörung von, mit metallischen Nanopartikeln dotierten, Zellstrukturen schneller als im Stand der Technik durchgeführt werden können. Vorteilhaft ist die Steuereinrichtung deshalb dazu ausgebildet, die Primärspule und die Sekundärspule in der genannten Weise über einen Zeitraum von bis zu einigen Minuten, z.B. 10 bis 180 Sekunden anzusteuern (bevorzugt über einen Zeitraum von im Wesentlichen 30 Sekunden). Alternativ kann beispielsweise ein Zeitraum von 60 bis 180 Sekunden vorgesehen werden. Nach einer gewissen Zeit sinkt der Anteil der zerstörten Zellstrukturen bereits auf ein Niveau ab, an dem eine weitere Behandlung keinen allzu großen Effekt mehr mit sich bringt, da der Großteil der Zellstrukturen bereits zerstört ist, sodass nach mehreren Minuten de facto keine weiteren Zellstrukturen zerstört werden. Für Lösungen aus dem Stand der Technik mit nur einer Magnetspule wären die genannten Zeiträume jedoch zu gering, um einen vergleichbaren Anteil von Zellstrukturen zu zerstören.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht überdies besonders kleine Ausgestaltungen, weshalb bevorzugt die Primärspule und die Sekundärspule in einem Handheld-Gerät verbaut sind. Als Handheld-Geräte werden Geräte mit Gehäusen verstanden, die beispielsweise ein Volumen von weniger als 0,5m ³ , bevorzugt weniger als 0,001m ³ , aufweisen. Vorteilhaft kann das Handheld-Gerät dabei in der Größenordnung einer Ultraschall sonde ausgebildet werden, sodass sich auch mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine ähnlich einfache Bedienbarkeit ergibt.

Die Steuereinheit kann dabei beispielsweise in einem mit dem Handheld-Gerät verbundenen Computer angeordnet sein, wobei der Computer mit dem Handheld-Gerät über ein Kabel oder eine kabellose Schnittstelle verbunden ist. Alternativ kann auch die Steuereinheit im Handheld-Gerät verbaut sein, was eine besonders vorteilhafte Ausführungsform darstellt, da ein komplett autarkes Gerät geschaffen wird, welches sich insbesondere für den Einsatz bei Behandlungen im Zuge von Hausbesuchen eignet.

Bevorzugt ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, den Wirkungsgrad der Vorrichtung durch eine Wahl der Dauer der Ansteuerung und/oder durch eine Wahl der Stärke des Primärmagnetfeldes und/oder des Sekundärmagnetfeldes einzustellen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn durch einen zu hohen Wirkungsgrad, wie er durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht werden könnte, die Menge des zerstörten onkologischen Gewebes über einem Schwellwert liegen würde, bei dem Sepsis, Blutvergiftung oder ein anderes Gesundheitsrisiko auftreten könnte.

Vorteilhafte und nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. la - Id zeigen das selektive Zerstören von Zellstrukturen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Primärspule und einer Sekundär spule.

Fig. 3a und 3b zeigen die Erzeugung von Alfven-Wellen durch ein Primärmagnetfeld und eine Sekundärmagnetfeld im Detail.

Fig. la zeigt eine Zelle, z.B. eine Tumorzelle bzw. Krebszelle 1 mit einem Zellkern 2 und einer Zellmembran 3, die sich in einem oberflächennahen Gewebe eines menschlichen oder tierischen Körpers befindet. Derartige Tumorzellen 1 befinden sich zumeist in der Umgebung von gesunden Zellen, die bei einem Behandlungsvorgang nicht beschädigt werden sollen. Zu diesem Zweck werden in bekannter Weise Antikörper 4 eingesetzt, die nur an ausgewählten Tumorzellen 1 ansetzen, nicht aber an gesunden Zellen. Die Antikörper 4 sind hierbei mit zumindest einem metallischen Nanopartikel 5 dotiert, welches in der Regel Eisenoxid enthält und/oder als Eisen-Nanokugel ausgebildet ist.

Das Verfahren wird anhand der Figuren für eine Tumorzelle 1 beschrieben, wobei das Verfahren jedoch auch für andere gesundheitlich relevante Zellstrukturen oder gar kosmetisch-ästhetisch relevante Zell Strukturen wie Pigmentablagerungen in Alters- und Leberflecken, Farbpigmente in Tätowierungen und/oder Feuermalen oder aber auch Warzen, Erhebungen (z.B. Naveus) und/oder Narbengewebe durchgeführt werden könnte. Wird im Folgenden auf eine Tumorzelle 1 Bezug genommen, kann das Verfahren somit gleichfalls auch für eine andere der genannten Zellstrukturen durchgeführt werden.

Fig. 1b zeigt die Tumorzelle 1 in einem Zustand, in welchem der Antikörper 4 an der Zellmembran 3 haftet. In der Praxis können mehrere dotierte Antikörper 4 an der Tumorzelle 1 andocken, was die Wirkungsweise der unten beschriebenen Vorrichtung weiter erhöht. Die Bindung zwischen Zellmembran 3 und Antikörper 4 ist derart stark, dass sich der Antikörper 4 nicht von der Zellmembran 3 lösen kann, ohne diese aufzureißen. Da eine Tumorzelle 1 mit einer aufgerissenen Zellmembran 3 jedoch nicht lebensfähig ist, kommt das Aufreißen der Zellmembran 3 einem Zerstören der Tumorzelle 1 gleich. Um die Zellmembran 3 aufzureißen, wird wie in den Fig. 1c gezeigt ein inhomogenes Primärmagnetfeld HP im Bereich der Tumorzelle 1 angelegt, welches ein Gegenfeld in das Nanopartikel 5 induziert, d.h. das Nanopartikel 5 wird an das Primärmagnetfeld HP gekoppelt.

Wie in Fig. Id dargestellt, wird die Zellmembran 3 aufgerissen, indem eine Alfven-Welle das Nanopartikel 5 auslenkt. Zu diesem Zweck wird ein Sekundärmagnetfeld HS im Bereich des Primärmagnetfeldes HP angelegt, das dieses „verdrängt“, wodurch die Alfven-Welle entsteht. Diese ist stark genug, um das Nanopartikel 5 von der Zellmembran 3 abzureißen und darin einen Bruch 6 zu erzeugen, wie unten anhand der Fig. 3a und 3b im Detail erläutert wird.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 7, die zum umgebungsschonenden Zerstören von Tumorzellen geeignet ist, welche zumindest ein metallisches Nanopartikel 5 an ihrer Zellmembran 3 aufweisen. Umgebungsschonend bedeutet in diesem Zusammenhang, wie dem Fachmann bekannt, dass gesunde Zellen bei einer Behandlung mit der Vorrichtung 7 so wenig wie möglich beeinträchtigt werden.

Die Vorrichtung 7 umfasst eine Primärspule 8 zur Erzeugung des inhomogenen Primärmagnetfeldes HP, eine Sekundärspule 9 zur Erzeugung des inhomogenen Sekundärmagnetfeldes HS und eine Steuereinrichtung 10. Beispielweise sind die Primär- und Sekundärspulen 8, 9 als Ringspulen mit Eisenkern und jeweils einer vorbestimmten Anzahl von Wicklungen ausgebildet, durch die in bekannter Weise Strom geführt wird, um die jeweiligen Magnetfelder HP, HS zu erzeugen. Dabei sind die Spulen 8, 9 in der Regel konzentrisch um eine Achse A angeordnet.

Die Spulen 8, 9 haben einen Innendurchmesser di und einen Außendurchmesser da, wobei durch den Innendurchmesser di kein Führungsrohr, z.B. für Plasma, geführt ist. Die Spulen 8, 9 sind mit einem Zwischenabstand dz voneinander angeordnet. Zur Anwendung wird die Vorrichtung 7 derart positioniert, dass die Primärspule 8 einen Positionierabstand dp zu einem zu behandelnden Gewebe 11 einnimmt und die Sekundärspule 9 auf der dem Gewebe 11 abgewandten Seite der Primärspule 8 angeordnet ist. In dieser Anordnung erlaubt die Vorrichtung 7 eine Behandlung des Gewebes 11 auf einer Behandlungsfläche 12, die im Wesentlichen symmetrisch um die Achse A liegt. Mit der Vorrichtung 7 im dargestellten Aufbau können oberflächennahe Behandlungsflächen 12 behandelt werden, wobei durch eine geeignete Wahl der Magnetfelder auch gesteigerte Eindringtiefen erzielt werden könnten, um auch tieferliegende Krebsarten zu behandeln.

Die Steuereinrichtung 10 ist dazu ausgebildet, die Primärspule 8 und die Sekundärspule 9 anzusteuern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 10 die Stromstärke des durch die Windungen der Spulen 8, 9 fließenden Stroms steuern, um die Magnetfelder HP, HS zu erzeugen. Es versteht sich, dass die Steuereinrichtung 10 die Primärspule 8 und die Sekundärspule 9 unabhängig steuern kann, um die Alfven-Wellen zu erzeugen.

Die Steuereinrichtung 10 kann beliebig ausgebildet sein, beispielsweise als analoge oder digitale Steuereinheit, z.B. als Computer. Die von der Steuereinrichtung 10 geregelte Stromzufuhr an die Spulen 8, 9 kann beispielweise durch eine externe Stromquelle oder auch durch eine Batterie erfolgen. Die Steuereinheit 10 kann zudem an einen Datenlogger angeschlossen sein oder eine externe Schnittstelle aufweisen, um vergangene Betriebszeiten oder mögliche Fehlerquellen aufzuzeichnen.

Gemäß der Fig. 3a liegt in einem ersten Betriebszustand nur das Primärmagnetfeld HP am Nanopartikel 5 an, d.h. die Steuereinrichtung 10 steuert nur die Primärspule 8 an. Die Sekundärspule 9 wird hingegen nicht angesteuert. Das Primärmagnetfeld HP erzeugt somit ein gegengerichtetes Magnetfeld im Nanopartikel 5.

Um das Nanopartikel 5 zu bewegen, steuert die Steuereinrichtung 10 auch die Sekundärspule 9 an, sodass diese das Sekundärmagnetfeld HS erzeugt, welches das Primärmagnetfeld HP verdrängt, was in Fig. 3b schematisch durch das Versetzen von der strichlierten Darstellung des Primärmagnetfeldes HP in die durchgezogene Darstellung des Primärmagnetfeldes HP dargestellt ist. In dieser Ausführungsform wird die Primärspule 8 zeitlich konstant angesteuert.

Die Steuereinrichtung 10 ist dazu ausgebildet, die Sekundärspule 9 derart anzusteuem, dass das Sekundärmagnetfeld HS gegenüber dem Primärmagnetfeld HP oszilliert und dieses periodisch verformt, d.h. nachdem der zweite Betriebszustand von Fig. 3b erreicht ist, wird wieder der erste Betriebszustand von Fig. 3a eingenommen, danach der zweite Betriebszustand von Fig. 3b usw. Diese Ansteuerung ermöglicht durch das oszillierende Sekundärfeld HS, dass Alfven-Wellen erzeugt werden, die wiederum das Nanopartikel 5 auslenken. Wie in Fig. 3b gezeigt breiten sich die Alfven-Wellen linear entlang der Richtung R aus, sodass das Nanopartikel 5 linear in die Richtung R transportiert wird und nicht wie im Stand der Technik mit einer Spule und Wechselfeld um eine Ruheposition schwingt. Andere Ansteuerungen, mittels welcher Alfven-Wellen erzeugt werden können, sind jedoch auch möglich. Beispielsweise kann auch die Primärspule 8 zeitlich veränderlich angesteuert werden, sodass das erste Primärmagnetfeld HP bereits vor dem Einwirken des Sekundärmagnetfeldes oszilliert. Ferner ist möglich, dass das Sekundärmagnetfeld HS im ersten Betriebszustand auf eine konstante Feldstärke abgesenkt wird und nicht auf null.

Mittels der das Nanopartikel 5 auslenkenden Alfven-Welle können Behandlungen zum Zerstören von Tumorzelle 1 eingesetzt werden, die Wesentlich kürzer sind als aus dem Stand der Technik bekannt. Mögliche Behandlungslängen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 7 sind beispielweise 10 - 60 Sekunden. Um dies zu erzielen, steuert die Steuereinrichtung 10 die Primärspule 8 und die Sekundärspule 9 in der genannten Weise über einen Zeitraum von maximal 60 Sekunden oder auch über einen Zeitraum von im Wesentlichen 10 Sekunden an.

Die vorliegende Vorrichtung 7 eignet sich aufgrund ihrer kompakten Bauweise insbesondere für mobile Einsatzzwecke, da sich die in Fig. 2 gezeigten Spulen 8, 9 kompakt in einem Handheld-Gerät verbauen lassen, beispielsweise in der Größe einer Ultraschall sonde, wie sie für den Einsatz bei Weichteiluntersuchungen, in der Gynäkologie oder bei Muskelverletzungen eingesetzt wird. Die Steuereinheit 10 kann dabei kompakt im selben Handheld-Gerät verbaut sein oder extern angeordnet werden, z.B. im genannten Computer, der wiederum kabelgebunden oder kabellos mit dem Handheld-Gerät verbunden sein kann.

Weiters kann mit der Vorrichtung 7 der Wirkungsgrad der Behandlung genau gewählt werden, entweder über die Dauer der Behandlung oder über die Wahl der Stärke des Magnetfeldes. Dies kann insbesondere dann erforderlich sein, wenn durch einen zu hohen Wirkungsgrad der Vorrichtung 7 die Menge des zerstörten onkologischen Gewebes über einem Schwellwert liegt, über dem ein Gesundheitsrisiko, z.B. eine Sepsis oder Blutvergiftung, vorliegen könnte. Je nach Behandlung kann jedoch davon abgesehen werden, beispielsweise, wenn mit der Vorrichtung 7 nach einer chirurgischen Tumorentfemung verbleibende Tumorzellen 1 zerstört werden.