DE60302264T2

DE60302264T2 - Medikamentenverabreichungssystem mit Regelschleife

Info

Publication number: DE60302264T2
Application number: DE60302264T
Authority: DE
Inventors: William L. Rohr; Alan J. Dextradeur; David D. Konieczynski
Original assignee: Codman and Shurtleff Inc
Current assignee: Codman and Shurtleff Inc
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2006-08-10
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: CA2420746A1; US7108680B2; EP1576975A1; EP1342482A1; AU2003200923B2; DE60302264D1; EP1342482B1; JP2004000496A; EP1576975B1; DE60321600D1; US20030171711A1; JP4722380B2; CA2420746C; AU2003200923A1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf die Verabreichung von pharmazeutischen oder bioaktiven Stoffen (im nachfolgenden kurz „Wirkstoffe" genannt) an Gewebe oder Organstellen eines Subjekts. Insbesondere bezieht sich diese Erfindung auf ein implantierbares und kontrolliertes Wirkstoffverabreichungssystem, das ein Feedback Kontrollsystem mit geschlossenem Regelkreis aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Zahlreiche Infusionspumpen sind bekannt, sowohl mit programmierbaren Kontrollvorrichtungen als auch mit voreingestellten oder sogar strukturell fixierten Verabreichungseigenschaften. In der Praxis ist eine Entscheidung, einen Patienten mit Medikamenten zu behandeln typischerweise das Ergebnis von Untersuchungen und Diagnosen und beinhaltet eine Entscheidung über Dosierung zusammen mit Maßnahmen, die Auswirkungen der Medikation zu überwachen, oder den symptomatische Bedarf an weiterer und fortgesetzter Medikation. Der Targetzustand kann dergestalt sein, daß eine Überwachung nur in Abständen von Tagen, Wochen oder länger, notwendig ist. In anderen Fällen kann eine Medikation prophylaktisch vor dern Nachweis eines Symptoms verabreicht werden, oder sie wird verspätet verabreicht, wenn symptomatische Sekundärauswirkungen festgestellt wurden und die Medikation bestenfalls weitere Schäden limitieren kann. In einigen Fällen kann die Überwachung auch erforderlich sein, um das Auftreten einer spezifischen Nebenwirkung oder einer nachteiligen Reaktion zu detektieren.
Ein Wirkstoffverabreichungssystem beinhaltet normalerweise eine Infusions-pumpe, die z.B. ein Gehäuse hat, in dem sich eine Flüssigkeitspumpe und eine Wirkstoffkammer befindet. Die Pumpe kann subdermal, mit einem lokalen Ausgang, oder mit einem Verabreichungs-(Infusions-)Katheter implantiert werden, der von der Pumpe zu einer beabsichtigten Wirkstoffverabreichungsstelle im Target Gewebe führt. Auf diese Weise kann solch ein System entweder teilweise oder ganz in dem Individuum implantiert werden. Der Infusionskatheter, falls vorgesehen, wird so geführt, daß er den Wirkstoff an der Targetstelle im Subjekt verabreicht. Um das Wirkstoffverabreichungssystem zu betreiben, wird die Flüssigkeitspumpe aktiviert, die gemäß den erwarteten Bedingungen eingestellt wird und die Dauer, Fließgeschwindigkeit oder andere Parameter der Wirkstoffverabreichung reguliert. Wenn die Flüssigkeitspumpe einmal aktiviert ist, bewegt sich die Flüssigkeit im Verabreichungskatheter entlang zur Targetstelle und wird an der Targetstelle zum Austritt gebracht.
Gewisse Feedbackkontrollsysteme mit geschlossenem Regelkreis zur Wirkstoffverabreichung sind bekannt und werden angewendet, um Störungen des zentralen Nervensystems zu kontrollieren und zu behandeln. Bei solchen Systemen werden oft Sensoren angewandt, um elektrische Aktivität nachweisen, die von irgendeinem pathophysiologischen Vorgang herrührt. Das U.S. Patent No. 5,735,814 offenbart z.B. ein System mit geschlossenem Regelkreis, das multiple Sensorelektroden zur Behandlung neurologischer Krankheiten umfaßt. Dieses System wendet Elektroden an, die in unmittelbarer Nähe zum Gehirn oder tief im Gehirngewebe plaziert werden, um einen Sekundärvorgang wie elektrische Aktivität nachzuweisen, die als Reaktion auf einen neurologischen Vorgang entsteht. Die Elektroden können die elektrische Aktivität detektieren, die aufgrund eines neurologischen Vorgangs entsteht, wie z.B. die elektrische Aktivität nach einem ischämischen Vorgang im zentralen Nervensystem. Ein Signal des Überwachungs-system wird dann an die Kontrolleinheit weitergeleitet. Die Kontrolleinheit wird die Information verarbeiten und dann eine Rückmeldung initiieren, um den unerwünschten neurologischen Vorgang zu beenden, z.B. die Abgabe und Verabreichung eines oder mehrerer Wirkstoffe von einem Infusionspumpensystem. Eine weiteres solches Wirkstoffverabreichungssystem wird in WO 02/11703 offenbart. Die Merkmale, welche dort offenbart werden, bilden die Präambel des beiliegenden Anspruchs aus.
Verfahren zur Behandlung neurodegenerativer Störungen wie z.B. Parkinsonkrankheit wurden in U.S. Patentnummern 5,711,315 und 6,016,449 beschrieben. Einige Verfahren beinhalten eine Infusionspumpe, welche in dem betroffenen Individuum implantiert wird. Zusammen mit der Infusionspumpe wird auch ein Überwachungssystem angewandt. Sensoren, die im Gehirn implantiert werden, weisen Aberrationen der elektrische Aktivitäten nach und kommunizieren mit einem Mikroprozessor, der wiederum die Infusionspumpe reguliert. Wirkstoffe, die in der Infusionspumpe untergebracht sind, werden in gewisse Gehirnregionen abgegeben, als Reaktion auf ein Signal, das vom Mikroprozessor gesandt wird.
Ein Nachteil dieser Systeme besteht darin, daß, wenn man sich auf den Nachweis der Sekundärphänomene verläßt, wie z.B. elektrische Aktivität, statt auf die Primärphänomene, die Re aktionszeit und die therapeutische Präzision in Mitleidenschaft gezogen werden können. Demzufolge besteht gegenwärtig der Bedarf eines implantierbaren Feedback Systems mit geschlossenem Regelkreis zur Wirkstoffverabreichung, welches ein Überwachungssystem beinhaltet, das in der Lage ist, direkt einen primären biochemischen Parameter zu messen, der einer gewissen Funktionsstörung zugrunde liegt, und schnell mit einer angemessenen Wirkstoffbehandlung auf den detektierten biochemischen Parameter zu reagiert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Wirkstoffverabreichungssystem bereit, das auf Echtzeitbasis wirksam ist, um primäre biochemische Parameter und/oder Vorgänge zu steuern und einen oder mehrere Wirkstoffe an eine Gewebestelle zu verabreichen und buchstäblich unverzögert auf die detektierten biochemischen Parameter zu reagieren. Die Erfindung stellt daher ein besseres Feedback Kontrollsystem mit geschlossenem Regelkreis dar, das besonders vorteilhaft bei der Behandlung von Funktionsstörungen des zentralen Nervensystems ist. Die Sicherheit und das Wohlergehen des Patienten werden erhöht, nicht nur durch die Umgehung der Notwendigkeit, den Patienten elektrischer Schalttechnik auszusetzen, sondern auch durch die Bereitstellung verbesserter therapeutischer Maßnahmen auf die gemessenen biochemischen Vorgänge.
Die Erfindung bietet einen signifikanten Vorteil, indem die biologischen Vorgänge, die eine Behandlung erfordern und das System der Erfindung involvieren, dynamisch sind; von Individuum zu Individuum und von Krankheit zu Krankheit variieren können. Der Bedarf an einem besonderen Wirkstoffes oder biologischen Mittel und die Dosis des erforderlichen Mittels wird ebenfalls mit der wechselnden Schwere einer Krankheit variieren; z.B. kann in dem Maße, wie sich die Gesundheit des Patienten verbessert, der Wirkstoff oder das biologische Mittel schneller metabolisiert werden und eine höhere Dosis erforderlich machen. Das biologische auf Sensor basierende Feedback System mit geschlossenem Regelkreis der Erfindung ermöglicht eine schnelle Reaktion auf die veränderten Bedürfnissen des Patienten. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Wirstoffverabreichungssystem der Art bereitgestellt, wie dies im beiliegenden Patentanspruch 1 offengelegt dargelegt.
So stellt das Feedback-Kontrollsystem mit geschlossenem Regelkreis der vorliegenden Erfindung ein Verabreichungssysstem bereit, das zumindest teilweise in einem Subjekt implantier bar ist. Das System beinhaltet eine Wirkstoffverabreichungsvorrichtung, einen Verabreichungskanal, einen oder mehrer Biosensoren, eine Kontrollvorrichtung, die mit dem Wirkstoffverabreichungssystem verbunden werden kann. Vorzugsweise können alle Komponenten des Systems in einem Gewebe oder einer Organstelle im Körper des Subjekts implantiert werden. In einer Ausführungsform wird das distale oder Verabreichungsende des Verabreichungskanals im Gewebe des zentralen oder peripheren Nervensystems angeordnet, und der Biosensor(en) wird in demselben Gewebe oder Organsystem angeordnet oder in einem anderen Gewebe oder Organsystem des Patienten. Der Biosensor(en) kann örlich oder entfernt vom Verabreichungsende des Verabreichungskanals angebracht werden. Ist es in Betrieb, so überwacht das System einen oder mehrere biochemische Abläufe oder Parameter und kontrolliert, basierend auf den gemessenen Daten des Sensors die Verabreichungsparameter (z.B. Fließgeschwindigkeit und Dauer) eines oder mehrerer Wirkstoffe, die sich in der Wirkstoffverabreichungsvorrichtung befinden. Das heißt, der Biosensor(en) detektiert einen biochemischen Vorgang oder Parameter und übermittelt ein Signal an die Kontrolleinheit. Ausgehend von dieser Information und irgendwelchen vorher oder nachher programmierten Betriebsanweisungen, instruiert dann die Kontrolleinheit die Wirkstoffverabreichungsvorrichtung (z.B. die Infusionspumpe), einen oder mehrere Wirkstoffe bei angemessener Fließgeschwindigkeit und auf angemessene Dauer zu verabreichen, um die gemessenen Parameter im vorbestimmten, akzeptablen Bereich zu halten. Der Biosensor(en) kontrollieren das Subjekt kontinuierlich, um erforderliche Anpassungen an die Wirkstoffverabreichungsparamenter vorzunehmen, so daß die Parameter im festgelegten, akzeptablen Bereich gehalten werden. Die vom Sensor gemessenen Parameter können dem Arzt genaue Informationen zum Krankheitszustandes seines Patienten geben, um auf diese Weise die zukünftigen Dosierungserfordernisse festlegen zu können. Der Arzt kann die Wirkstoffverabreichungsparameter kontrollieren und ausgehend von der vom Biosensor(en) generierten Information, die nötigen weiteren Anpassungen vornehmen.
Die vom Sensor gemessenen biochemischen Parameter oder Abläufe beinhalten vorzugsweise Abläufe, die mit dem zugrunde liegenden Krankheitszustand oder Funktionsstörung in direktem Zusammenhang stehen. Der oder die Biosensor(en) kann auf diese Weise das Vorhandensein und/oder die Konzentration eines oder mehreren per Infusion verabreichten Wirkstoffes, oder das Vorhandensein und/oder die Konzentration von Metaboliten oder physiologischen Chemikalien detektieren, die von der Verabreichung solcher Wirkstoffe herrühren. Des weite ren kann der oder die Biosensor(en) pH detektieren eine Chemikalie, ein Ion, ein biologisches Molekül, ein Gas, spektrale Indikatoren davon und Kombinationen hiervon.
Der oder die Biosensor(en) kann in demselben Gewebe oder Organ wie das distate(Verabreichungs-)Ende des Verabreichungskanals angebracht werden. Alternativ hierzu, kann der oder die Biosensor(en) in einem anderen Gewebe oder Organsystem angebracht werden, um einen Ablauf oder eine biochemische Verbindung zu überwachen, die aus der Wirkstoffbehandlung resultiert. Biosensoren, die in demselben Gewebe implantiert werden, jedoch mit Abstand zum Verabreichungskatheter, kann man dazu anwenden, Indikationen bezüglich der gewebeinternen Verteilung einer Neurochemikalie wie Dopamin oder Acetylcholin zu entwickeln, oder des Wirkstoffes selbst, während ein vom Verabreichungskatheter weiter entfernter Sensor die Menge des Wirkstoffes überwachen kann, der örtlich vorhanden ist (z.B. in der Liquor cerebrospinalis oder in der intrathecalen Region), oder er kann einen Metaboliten oder anderen Wirkstoff oder Zustandsindikator örtlich oder systematisch detektieren. Der oder die Biosensor(en) kann z.B. einen Indikator für Zellmetabolismus detektieren, d.h. Stoffe oder Enzyme, die in der Energieproduktion auf Zellniveau involviert sind, oder er kann einen Metabolit detektieren, z.B. den Metabolit eines verabreicht Wirkstoffes. Alternativ kann der Biosensor(en) die Dopamin/Acetyl-cholinbalance kontrollieren und die Verabreichung überwachen, z.B. von Levadopa, um einen Dopaminmangel auszugleichen, oder der oder die Biosensor(en) kann Feedbackdaten liefern, die es der Kontrolleinheit ermöglichen, einen anderen Wirkstoff zu verabreichen, basierend auf einer gemessenen oder abgestimmten Durchsatzrate, um genau den gewünschten Zustand, festgesetzten Punkt oder Distribution zu erreichen. Der Biosensor(en) kann auch physiologische chemische Werte detektieren, wie pH oder Elektrolytkonzentration, um einen örtlichen oder unmittelbaren und primären Indikator für die Initiierung der Verabreichung des Wirkstoffes bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen kann der Biosensor(en) einen systematischen Stoff oder Parameter zur Kontrolle der Wirkstoffverabreichungsparameter detektieren.
In einer weiteren Ausführungsform wird der Verabreichungskanal implantiert, um einen Wirkstoff an einen Teil des zentralen Nervensystems zu verabreichen, wie z.B an das Parenchym des Gehirns, der Sensor wird dann an der bestgeeigneten Stelle für die Anwendung implantiert. Bei Traumafällen ist es z.B. generell vorzuziehen, den Sensor an einer zur Verabreichungsstelle peripheren Stelle zu plazieren, wohingegen es bei der Behandlung gewisser Krankheiten (z.B. Epilepsie) wünschenswert ist, den Sensor nahe an der Verabreichungsstelle zu plazieren.
Eine Ausführungsform befaßt sich damit ischaemische Schäden des zentralen oder peripheren Nervensystemgewebes als Folge von Trauma zu verhindern und wendet Biosensoren an, die auf Fasern basieren und in der Lage sind zur substantiell kontinuierlichen Abfragedetektion bei minimaler Störung der umliegenden biologischen Prozesse. Der Biosensor liefert die sofortige Detektion eines oder mehrerer Parameter, die es der Kontrolleinheit gestatten, bei Fällen von Trauma eine Intervention einzuleiten oder eine Behandlung anzupassen oder zu unterbrechen, ehe die Komplexität der metabolischen Störung zu einer Schädigung oder zu einem ineversiblen Prozeß geführt hat. Eine andere Ausführungsform kann chronischen oder akuten Schmerz durch die lokalisierte Verabreichung eines höchst konzentrierten morphiumartigen Schmerzmittels in das Gewebe des Nervensystems managen. Wiederum eine andere Ausführungsform kann Stoffe, wie z.B. ein Hormon, auf zyklische oder variierende Weise verabreichen, wobei das Feedbacksystem mit geschlossenem Regelkreis dazu dient, die Verabreichung durch geeignete Verzögerungs- oder Vorgabezeiten anzupassen, um einen zeitlich variierenden Einstellwert aufrechtzuerhalten. Noch eine anderer Ausführungsform kann Level von Neurotransmittern oder andere neurochemische Wirkstoffe detektieren und Stoffe verabreichen, um die Auswirkungen von Parkinsons Krankheit oder neurologischer oder neurodegenerativer Krankheiten zu überwachen oder zu verbessern.
Systeme der Erfindung können auch für investigative Zwecke angewandt werden wie das Sammeln von Daten, um die funktionelle Beziehung zwischen der Verabreichung von Wirkstoffen und der Größe oder der Präsenz einer gemessenen spektralen Komponente und deren Auswirkungen auf einen Prozeß, einen Metabolit oder eine Substanz von Interesse für das Nervensystem festzustellen. Zusätzlich zur Erfassung eines lokalen Zustandes kann ein System der Erfindung auch Biosensor(en) anwenden, die so positioniert sind, daß sie einen regionalen oder globalen Zustand messen und eine oder mehrere Nebenwirkungen oder diagnostische Indizien detektieren oder kontrollieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Aspekte der Erfindung können aufgrund der unten ausgeführten Beschreibung und der anhängenden Ansprüchen verstanden werden, zusammen mit den Abbildungen, die bildhaft die Ausführungsformen darstellen, wobei:
1 ein System der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt
2 eine zentrale Nervensystem (CNS) Ausführungsart des Systems der Erfindung veranschaulicht,
3 eine Ausführungsart des periphären Nervensystems darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 stellt schematisch ein System 10 dar in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Eine implantierbare, kontrollierte Wirkstoffabgabe oder Pumpeneinheit 12 steht in flüssiger Kommunikation mit einem implantierten Verabreichungskanal 14, der einen oder mehrer Ports (Ausgänge) oder Porenregionen 14a aufweist und sich an einem distalen Verabreichungsende 15 befindet. Das System beinhaltet auch einen oder mehrere Biosensor(en) 16, die mit einer Kontrolleinheit 20 kommunizieren, die entweder Teil der Pumpeinheit 12 ist oder in Kommunikation mit der Pumpeinheit steht. Die Pumpeinheit 12 enthält eine oder mehrere Kammern (nicht gezeigt) zur Unterbringung eines oder mehrerer Wirkstoffe, die durch den Verabreichungskanal 14 an eine Gewebestelle oder Organ des Subjekt verabreicht werden sollen.
Wie oben beschrieben, wird das gesamte System 10 vorzugsweise adaptiert, um in ein Subjekt implantiert werden zu können. In einer Ausführungsart wird das distale Verabreichungsende 15 im Patientengewebe positioniert, in das der Wirkstoff(e) verabreicht werden soll. Z.B. kann das Verabreichungsende 15 im Gewebe des Nervensystems N des Subjekts untergebracht werden, so daß ein Wirkstoff oder ein biologischer Behandlungsstoff örtlich direkt an solch ein Gewebe verabreicht wird. Der oder die Biosensor(en) 16 ist ebenfalls adaptiert, um im Patientengewebe positioniert werden zu können und eine oder mehrere biochemische Parameter oder Vorgänge detektieren zu können. Der oder die Biosensor(en) kann in dasselbe Gewebe oder Organsystem plaziert werden (z.B. das Nervensystem) wie Verabreichungsende 15. Alternativ kann der oder die Biosensor(en) in ein anderes Gewebesystem oder Organ plaziert werden. Darüber hinaus kann der Biosensor(en) in der Nähe von oder entfernt von Verabreichungsende 15 plaziert werden.
Die Pumpeinheit 12 kann von beliebig konventioneller Art sein, eine membranartigen- oder peristaltische Infusionspumpe beinhalten, oder ein Druckreservoir, das bekannte oder gewünschte Verabreichungscharakteristika aufweist. Die Fließgeschwindigkeit kann voreingestellt sein oder basieren auf den bekannten oder gewünschten Eigenschaften (wie Gewebedurchlässigkeit, Wirkstoff- und Flüssigkeitsviskosität, Wirkstoffdurchsatzgeschwindigkeit, Katheter- und Ausgangsöffnungsmaßen, oder ähnliches). Alternativ kann die Fließrate auf einer empirisch akzeptierten Verabreichungsgröße basieren, die so kalkuliert wurde, daß eine gewünschte Wirkstoffkonzentration im Gewebe erreicht wird. Wünschenswerterweise ist die Pumpenfließrate jedoch justierbar und kann gemäß einem oder mehrerer extrinsischer Inputs, wie Daten die die Kontrolleinheit 20 vom Biosensor(en) 16 erhält, angepaßt werden.
Der Verabreichungskanal 14 kann einen Katheter bekannter Art sein, der in einem Subjekt für längere Zeit implantiert wird und Flüssigkeit von der Pumpeneinheit zur gewünschten Stelle transportieren kann. Exemplarische Verabreichungskanäle beinhalten Nadeln, Katheter, poröse Fasern oder Katheter. Die Maße und Eigenschaften des Verabreichungskanals variieren gemäß den Anforderungen des gegebenen Patienten und dem zu behandelnden Krankheitszustand. Der Durchschnittsfachmann wird sich im Rahmen der gegenwärtigen Erfindung bei der Auswahl eines akzeptablen Verabreichungskanals leicht entscheiden können.
Der oder die Biosensor(en) sollte dergestalt sein, daß direkte, Echtzeit-Überwachung von subzellulären Prozessen in Verbindung mit einem Verabreichungssystem mit geschlossenem Regelkreis durchgeführt werden kann. Solche Biosensoren sollten bewirken, daß sowohl die Konzentration intrazellulärer Analyten, wie Proteinen, Enzymen Antikörper, Neurotransmittern und Neuropeptiden kontrolliert werden kann, als auch deren zeitliche Entwicklung, sowohl individuell als auch gleichzeitig.
Der Durchschnittsfachmann wird es schätzen, daß eine Reihe solcher Sensoren bekanntlich bereits existieren und gegenwärtig angewandt werden in der medizinischen Diagnostik, die die Detektion kleiner Moleküle (z.B. Antibiotika) mit sehr niedrigem Konzentrationslevel erfordert.
Biosensoren sind besonders vorteilhaft, da sie die Möglichkeit gleichzeitiger Detektion mehrerer Analyte ermöglichen, die in niedriger Konzentration in einem Gewebe vorhanden sind. Des weiteren bieten biochemische Sensoren signifikante Vorteile sowohl hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Einfachheit der Analyse, als auch der Möglichkeit, eine Anzahl unterschiedlicher Analyte zu detektieren. Unter den bevorzugteren Biosensoren befinden sich integrierte optische (IO), die den Vorteil bieten, daß sie klein und sehr sensibel sind.
Eine Reihe optischer Sensoren sind bekannt. Diese beinhalten IO Sensoren, die fluoreszierende und leuchtende Indikatoren anwenden, chromogene Indikatoren, Absorptionsindikatoren und temperatur- und drucksensitive Indikatoren. IO Systeme auf der Grundlage von Fluoreszenz sind besonders gut für die Detektion von Analyten niedrigen Molekulargewichts geeignet. Beispiele von gut anzuwendenden Biosensoren sind im Europäischen Patent Nr. EP 745 220 B1 und im U.S. Patent Nr. 5,596,988 und 4,889,407 offenbart.
In einer Ausführungsform der Erfindung findet ein IO Biosensor Anwendung, der auf Chromophor basiert und eine oder mehrere Meßfasern hat, die direkt in das Patientengewebe implantiert werden (z.B. das Nervensystem). In einer anderen Ausführungsform hat jede Faser einen distalen Endreflektor, so daß, Licht, das in ein proximales Faserende eintritt, die Länge der Faser traversiert und zurückkehrt, dabei einmal oder mehrere Male einen lichtmodulierenden Detektierabschnitt oder Meßabschnitt passiert. Der Detektier- oder Meßabschnitt kann aus einer oder mehreren Regionen auf der Faser bestehen, in denen ein bioaktives Chromophor vorhanden ist. Das Chromophor ändert die Farbe je nach den im Umfeld herrschenden Bedingungen, z.B. indem es einen bestimmten Analyten absorbiert oder sich an ihn bindet oder an einen Meßwert von Interesse (z.B. einen Neurotransmitter). Der lokal detektierte Analyt ändert demnach die Farbe oder die Farbsaturierung des Antwortlichtes von der Faser. Der Sensor ist so konfiguriert, daß er eine spektrale Signatur und Intensität bereitstellt, die Indikativ für die Gegenwart oder Konzentration des Target Analyts im Gewebe ist, das die Faser umgibt. Die Kontrolleinheit, die mit der Faser verbunden ist, kontrolliert die spektralen Charakteristika des Antwortlichtes in jeder Faser, und bewirkt Signalkonditionierung oder -prozessierung, um die sich verändernden Konzentrationen und/oder Distributionen des Targetstoffes im Gewebe zu detektieren und produziert dabei einen Output, der die Pumpe kontrolliert und veranlaßt, die Wirkstoffverabreichung in Übereinstimmung hiermit zu initiieren, anzupassen oder abzubrechen. Der Durchschnittsfachmann wird es auch schätzen, daß andere IO Biosensoren, einschließlich Sensoren, die auf Fluoreszenz basieren, auf analoge Weise angewandt werden können.
Vorzugsweise ist die Meß- und Kontrollweise substantiell und kontinuierlich, um eine Feedbackkontrolle mit geschlossenem Regelkreis zu ermöglichen. Überdies können Biosensoren so ausgewählt oder gestaltet werden, daß sie unterschiedlich relevante Analyte je nach dem zu behandelnden Krankheitszustand detektieren können.
Die Kontrolleinheit 20 kann jeglicher konventioneller Art sein, die Signale von einer Meßeinheit aufnehmen kann, wie z.B. einem Sensor, der auf optischen Fasern basiert. Die Kontrolleinheit kann angegliedert oder in einer Infusionspumpe 12 inkorporiert sein, oder es kann eine separate Einheit sein, die in der Lage ist Kontrollsignale an die Pumpe zu kommunizieren. Der Kontroller 20 sollte gemäß einer oder mehreren Verabreichungsweisen programmierbar sein, die von den gemessenen biochemischen Parametern und Vorgängen bestimmt sind. Des weiteren sollte die Kontrolleinheit 20 nach der Implantierung im Subjekt programmierbar sein, z.B. mittels Telemetrie. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, daß der Kontroller vorzugsweise abgeschirmt ist oder abgeschirmt werden kann, so daß er nicht durch Umweltvorgänge beeinflußt werden kann, wie z.B. RF Energie. Weitere Details zur Kontrollereinheit 20 befinden sich im Anschluß.
Die Kontrolleinheit 20 erhält ein Signal vom dem Sensor 16, das Indikativ für einen gemessenen biochemischen Parameter oder Vorgang ist. Auf der Grundlage dieser Daten sendet die Kontrolleinheit 20 ein Kontrollsignal an die Pumpanordnung 12, die Verabreichung durch den Katheter 14 in Übereinstimmung mit dem Output des oder der Biosensors(en) 16 zu regulieren. Auf diese Weise kann die Wirkstoffverabreichung durch die Pumpe die biochemischen Bedürfnisse eines Subjektes genau verfolgen und sofort zu reagieren. Dies nicht wie bei konventionellen Therapien, die sich auf Sekundärindizien wie Veränderungen des Blutdrucks oder pHs, oder die Detektion von Ischämia oder einen elektrischen Vorgang stützen müssen. Bei den konventionelles Therapien kann eine temporäre oder kausale Unterbrechung zwischen Verschlechterung oder Destabilisierung eines normalen Gewebezustandes und der Initiierung oder Veränderung der Wirkstoffverabreichung von der Blut/Gehirnschranke und/oder der Komplexität der involvierten zellulären Prozesse oder durch den physiologische Mechanismus der Wirkstoffverabreichung ausgelöst werden.
Betrachtet man einen ähnlichen Aspekt, so können die Sensorsignale prozessiert oder gespeichert werden, um eine dosisbezogene Datenbank zu erstellen, die die stattfindenden zellulären oder metabolischen Mechanismen der Wirkstoffreaktion im Nervensystem erhellen. Die gemessenen Werte, die direkt vom Nervensystem stammen, reflektieren z.B. unmittelbare Veränderungen oder tatsächliche Level der Wirkstoffreaktion. Die Reaktionscharakteristika kann man dann anwenden, um angemessene Pumpenkontrollparameter zu gestalten, die zur Aufrechterhaltung und Stabilisierung der gewünschten Zellbedingungen im Nervensystem dienen. Das Modell kann so gestaltet werden, daß Zeitabstände, Verzögerung oder Überschreitung im Feedback Kontrollkanal mit geschlossenem Regelkreis vermieden oder minimiert werden.
2 stellt ein anderes implantierbares Feedbackkontrollsystem 100 mit geschlossenem Regelkreis der vorliegenden Erfindung dar, welches sowohl eine Pumpeinheit beinhaltet 112, als auch eine Verabreichungsanordnung 114, die einen oder mehrere Ports oder Porenregionen 114a aufweisen, die sich an einem distalen Verabreichungsende 115 befinden. Bei Anwendung wird das Verabreichungsende 115 des Verabreichungskanals 114 im Gewebe des Patienten positioniert (z.B. dem Gehirn), um dorthin einen Wirkstoff zu verabreichen. Ein Pumpenkontroller 120 ist integriert oder kommuniziert mit der Pumpe 112, und der Pumpenkontroller kommuniziert auch mit einer Meßvorrichtung. Die Meßvorrichtung kann ein Biosensoranordnung 116 sein, die, wie gezeigt, so adaptiert wird, daß sie im Patientengewebe positioniert werden kann. Das Biosensoranordnung 116, beinhaltet eine Reihe von Sensoren, wo sich, wie in einem Beispiel gezeigt, der Sensor 116a in Liquor Cerebrospinalis (CSF) befindet, während andere Sensoren 116b–116d im Gehirn in der allgemeinen Region der Anordnung 114 positioniert sind. Bei verschiedenen Ausführungsarten oder ähnlichen Systemen gemäß diesem Aspekt der Erfindung kann ein einziger Sensor, der in der CSF oder in der antrathekalen Region positioniert ist, zur Anwendung kommen Diese Meßmodalität ist anzuwenden, wenn, z.B., der Behandlungswirkstoff ein kleines Molekül oder ein Elektrolyt ist, der leicht im Nervensystem dispergiert. Alternativ kann die Bereitstellung multipler Meßelemente 116b–116d in zahlreichen anderen Konfigurationen angewendet werden, um unterschiedliche Behandlungsmodalitäten zu unterstützen.
Ein einem solcher Systeme werden eine Vielzahl von Biosensoren in der Form von optischen Fasern in dasselbe Gewebe plazieziert, in dem der Verabreichungskanal positioniert ist, aber in unterschiedlichen Winkeln um oder Entfernung vom Ausgang des Verabreichungskanals.
Die Meßfasern zeigen dann die regionale Verteilung des gemessenen Stoff oder gemessenen Zustandes an. Z.B. können Biosensoren Daten hinsichtlich Distribution und Levels eines Verabreichungsstoffes wie Dopamin in einer Gehirnregion sammeln, oder die Distribution und Konzentration eines Schmerzmittels oder chemotherapeutischen Mittels, das an eine Nervenregion oder einen lokalen Tumor im Gewebe abgegeben wurde. Wird es eingesetzt, um die Distribution des verabreichten Wirkstoffes oder eines Metaboliten davon aufzuzeichnen, so ist das System besonders zur Kontrolle bei Verabreichung großer Moleküle (die außerordentlich niedrige Transportraten im Gewebe haben) oder kleiner Moleküle (die hohe Durchsatzraten im Gewebe haben) geeignet für Verabreichungsprotokolle, und zwar dann, wenn prädiktive Dosierung oder Behandlungsmodelle stark variieren. Unter diesen Umständen kann die Bereitstellung einer direkten Messung im Nervensystem nicht nur eine genaue Dosierung ermöglichen, sondern auch eine genaue Detektion der Gewebereaktion.
Je nach spezifischem Wirkstoff oder Behandlung können die Systeme der Erfindung einen oder mehrere Biosensoren, die in der Liquor Cerebrospinalis (CSF) positioniert sind, anwenden, wie angezeigt bei Sensor 117 in 2, und einen Wirkstoff zum Gehirngewebe transportieren. Jemand mit normalem Geschick in der Technik wird es jederzeit schätzen, daß solch eine Anordnung so verändert werden kann, daß die Biosensoren im Gehirngewebe lokalisiert sind, während der Wirkstoff intrathekal verabreicht werden kann.
Ein anderes Multi-Sensorsystem der Erfindung kann Sensoren unterschiedlichen Typs beinhalten, die dazu dienen, mehrere verschiedene Metabolite, Zustände oder Parameter zu messen. Multiparameterkontrollsysteme dieser Art können besonders bei der Traumaintervention hilfreich sein, wo die komplexe Interaktion multipler, sich schnell verändernder Parameter möglicherweise die Verabreichung unterschiedlicher Wirkstoffe oder Neuroprotektoren verlangt, um das Gehirngewebe effektiv stabilisieren und schützen zu können. Sie können auch in Fällen eingesetzt werden, wo ein neurologischer Prozeß von mehreren Stoffen, Metaboliten oder neurologischen Zusammensetzungen abhängt, und die Datenbank genau bestimmt werden muß, ehe der Betriebsmechanismus oder das passende Model für die Wirkstoffintervention konstruiert werden kann.
Falls nicht anderweitig ausgeführt, können die verschiedenen Komponenten des in 2 dargestellten Systems dieselben wie jene sein, die hinsichtlich des Systems, das in 1 dargestellt ist, beschrieben wurden.
Vorzugsweise kommunizieren die Kontrolleinheit 20, 120 mit den Sensoren 16, 116 und beinhalten eine Funktion zur Erfassung der Datenmeßwerte und Speicherung einer Matrix von Datenpunkten, die aussagekräftig bezüglich der Wirkstoffverabreichungsrate der Pumpe, des Stofflevels oder des Zustandes sind, der von den Sensoren zu unterschiedlichen Zeiten gemessen wurde. Ein Hardware Datenport oder Transmitter, der schematisch mit Pfeil P (2) gekennzeichnet ist, kann bereitgestellt werden, um diese Daten vom System an einen externen Computer oder ein Speichersystem zu koppeln, wo sie gespeichert und/oder verarbeitet werden als themenspezifisches Krankenblatt, Grundlagenbericht oder Ergebnisbericht der Patientenüberwachung. Die so übermittelten Datenmeßwerte können auch dazu verarbeitet werden, passende Parameter für ein Wirkstoffverabreichungsmodell zu bestimmen, das dann dazu angewandt wird, die Wirkstoffabgabe zu kontrollieren, d.h. die Reaktion des Kontrollers auf die sich verändernden Sensormeßwerte.
Auf diese Weise kann z.B. aufgrund der Kenntnis eines Krankheitszustandes durch den Arzt, die Dosierungserfordernis für jeden gemessenen (gefühlten) Metaboliten festgelegt werden und der Arzt entscheidet dann die Einstellung und alle zukünftigen Berichtigungen aufgrund der Datenbank-Information, die vom Sensor oder der Multisensor-Anordnung, oder der Multiparameter-Sensoranordnung erhalten wurde. Wie oben erwähnt, können die Sensoren nicht nur lokal angebracht werden (d.h. an der Stelle des Vorgang, der Krankheit oder des Traumas), sondern auch überall in der unmittelbaren Umgebung (auf diese Weise regional messend) oder entfernt von der Stelle (um die „globale" Auswirkung der Behandlungsweise zu messen).
Bei einigen Ausführungsformen sind die Sensoren 16, 116 spezifisch so gestaltet, daß sie einen besonderen Vorgang, der direkten Bezug zu der ursächlichen Störung hat, detektieren. Man weiß z.B., daß im Falle der Parkinsonkrankheit, das Nervensystem die Chemikalien Dopamin und Acetylcholin verwendet, um Signale zu übertragen, die die Muskelbewegung im Körper kontrollieren. Dopamin wird in der Substantia Nigra des Gehirns produziert und wird dann zum Striatum gesandt. Gleiche Mengen an Dopamin und Acetylcholin im Striatum sind essentiell für die Ausführung gleichmäßiger, koordinierter Muskelbewegungen. Wenn sie einmal im Striatum sind, werden diese Neurotransmitter freigesetzt und helfen, die Muskelaktivität zu dirigieren. Die Parkinsonkrankheit tritt auf, wenn Zellen, die Dopamin produzieren, absterben. Ohne Dopamin kann die Aktivität anderer ähnlicher Gehirnzonen ebenfalls sub stantiell verändert werden. Ein Wirkstoffverabreichungssystem der vorliegenden Erfindung kann zur Behandlung von Parkinsons Krankheit oder ähnlicher Symptome konfiguriert werden und diesen Zustand dadurch behandeln, daß ein Sensor zur Detektion eines niedrigen Dopaminspiegels oder eines ähnlichen Gehirngewebezustandes mit einbezogen wird. Der Kontroller setzt dann die Pumpe in Betrieb, um in das Striatum einen Wirkstoff, wie z.B. Levodopa, zu verabreichen, den das Gehirn in Dopamin umwandelt. Diese direkte Stimulierungs-/Ersatzstrategie kann Symptome dieser Krankheit in seinem frühen Stadium lindern. Die Sensoranordnung kann Level von Dopamin als auch Acetylcholin detektieren, indem es die Meßignale an den Kontroller schickt, wo die vorherrschenden Parameter so eingestellt sind, daß sie eine automatische Reaktion auslösen. Wenn die Konzentrationen der durch Infusion verabreichten Wirkstoffe oder der gemessenen Metabolite zu hoch oder zu niedrig ist, verringert oder erhöht der Kontroller die Verabreichung eines oder mehrerer Wirkstoffe entsprechend, um das gewünschte relative oder absolute Level aufrechtzuerhalten. Systeme zur Behandlung von Parkinsons können auch andere Dopaminagonisten anwenden, z.B. Pramipexole, die klinische Effizienz bei Behandlungen im frühen Stadium gezeigt haben.
Eine Art von Sensor, der bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung zur Behandlung der Parkinsonkrankheit brauchbar sein kann, ist eine Mikroelektrode auf Carbonbasis. Solche Mikroelektroden auf Carbonbasis können eine Vielzahl chemischer und biologischer Spezies schnell und mit hoher Spezifität detektieren.
Die Biomoleküle, die man bei Gebrauch dieses Sensors detektieren kann, beinhalten Dopamin, Glukose und Glutamat.
Eine andere potentielle Anwendung des Systems der Erfindung ist die Detektion der Präsenz von Neurotoxinen in der Liquor Cereprospinalis (CSF) oder dem Gehirngewebe, um Erwachsenenaltersdemenz (AOD) des Alzheimertyps zu behandeln. Man glaubt, daß einige Individuen mit AOD des Alzheimertyps eine Dysfuntion bezüglich ihren Resorptivmechanismen haben, die zur Retention einer Substanz in der Liquor Cereprospinalis führt, die zur Bildung von Neurotoxinen und/oder histologischen Lesionen führt, die mit AOD des Alzheimertyps assoziiert werden. Ein Beispiel einer solchen Substanz ist das Protein beta A4 Amyloid. Siehe, U.S. Patent Nos. 5,980,480 und 6,264,625.
Das System der Erfindung kann angewendet werden, um das unerwünschte erhöhte Protein oder Peptid zu detektieren und ein Gegenmittel/Antagonisten direkt an die Targetstelle zu bringen. Acetylcholinesterase Inhibitoren, die eine Erhöhung der Konzentration von Acetylcholin bewirkt, einer Gehirnchemikalie, die den Nervenzellen hilft, zu kommunizieren, sind eine Kategorie von Verbindungen, die angewendet werden könnten, um diesen Zustand zu behandeln. Beispiele von potentiell anwendbaren Acetylcholinesterase Inhibitoren beinhalten Galantamine Hydrobromide, tacrine Hydrochloride, donepezil Hydrochloride und rivastigmine Tartrate.
Wie bei Traumavorgängen angewendet, können die Systeme der Erfindung verschiedene Antagonisten anwenden, um den Zelltod zu verhindern, oder Nervensystemrezeptoren zu blockieren, die die Progression eines unerwünschten Vorgangs initiieren oder daran partizipieren, oder Nervenbahnen oder Mechanismen anregen, um den Umsatz (metabolische Rate) zu senken und die Lebensfähigkeit des Nervensystemgewebes zu erhalten. Als solche sind die Systeme der Erfindung gut geeignet, um jede der vorgenannten, vorgeschlagenen Gehirn- oder Nervensystembehandlungen oder Interventionstechniken mit gesteigerter Genauigkeit, Reaktion und Wirkung durchzuführen.
Die Multiparameter Meßausführungsformen der Erfindung können konfiguriert werden, um besondere chemische Charakteristika und Reaktionen eines besonderen Lebenssystems oder einer biologischen Substanz zu detektieren, indem eine Technologie anwendet wird, wie sie im U.S. Patent Nr. 5,596,988 und 4,889,407 und dem europäischen Patent Nr. 745 220 B1 dargestellt ist. In diesem Fall würde der Kontroller das vom Sensor generierten Detektionssignals als Ergebnis einer Analyse eines Stoffes oder eines Metaboliten von Interesse erhalten und bestimmen, ob sich die Konzentration innerhalb eines prädeterminierten normalen oder nicht kritischen Bereichs bewegt. Das System kann mit einem externen Kontroller kommunizieren, z.B. telemetrisch, um Daten an den behandelnden Arzt zu liefern.
Das System der Erfindung kann auch angewendet werden, um die Wirkstoffverabreichung zu terminieren und dadurch deren Auswirkung auf den Patienten zu optimieren. Wirkstoffverabreichung kann z.B. gemäß dem kardischen Rhythmus terminiert werden. In einigen Fällen kann diese besondere Eigenschaft einen langfristigen Überlebensvorteil bieten, z.B. dadurch, daß die Wirkstoffverabreichung so terminiert wird, daß sie toxische Nebenwirkungen minimiert.
Es ist allgemein bekannt, daß der Haupttaktgeber (Hauptuhr) im mammalischen Gehirn örtlich an die hypothalamischen suprachiasmatischen Zellkerne gebunden ist und als „Schrittmacher" agiert. Kardische Rhythmen sind intern generierte Rhythmen in Verhalten und Physiologie mit Perioden von etwa 24 Stunden. Die 24-Stunden Zyklen, die physiologische und metabolische Funktionen bestimmen, ermöglichen es dem Organismus, den Hinweisen von hell und dunkel der Außenwelt zu folgen. Die Bewußtsein zugrunde liegender kardischer Rhythmik ist ein wesentlicher Bestandteil aller pharmakologischer Behandlungen. Forscher haben Behandlungsstrategien anvisiert, die auf der folgenden Vorgehensweise basieren: (1) Die Wirtimmunität zu stärken, (2) Die Körperbelastung durch die Toxizität der Wirkstoffmetabolite zu verringern, und (3) die zytotoxische Wirkung von chemotherapeutischen Wirkstoffen zu steigern. Eine Koordination zwischen den Zelluhren im Gehirn und dem Rest des Körpers würde den Erfolg dieser Behandlungsstrategien ermöglichen.
Wenn man versteht, welche Arten von Stimuli eine Phasenverschiebung der zirkadischen Uhr herbeiführen können, dann kann man die Reaktionen studieren und die neuralen, pharmakologischen und verhaltensgesteuerten Substrate dieser unterschiedlichen Muster der Phasenverschiebung verstehen. Die Systeme dieser Erfindung können deshalb eine Anordnung von Sensoren beinhalten, die Phasenverschiebungen der zirkadischen Uhr detektieren, die durch verschiedene Neurotransmitter induziert werden. Ein Beispiel wäre der Neurotransmitter Serotonin, der in Zusammenhang mit zahlreichen Verhalten wie Zwangsneurose (OCD), Störungen des menschlichen Stimmungsbildes (Depression) und Hunger steht. Der Zustand eines Patienten hinsichtlich des zirkadischen Rhythmus kann auch durch die Bereitstellung von Sensoren verfolgt werden, die z.B. Melatonin detektieren, ein Stoff mit starken chronobiologischen Eigenschaften.
In einer anderen Ausführungsart können optische Sensoren im Auge des Patienten angeordnet werden, um Perioden von Tageslicht und Dunkelheit zu detektieren, und hierdurch den Zustand des Patienten im Hinblick auf den zirkadischen Rhythmus zu überwachen.
Wirkstoffverabreichung basierend auf dem zirkadischen Rhythmus kann vorprogrammiert werden oder sie kann chemisch oder anderweitig sensorisch basiert werden.
3 veranschaulicht Verfahrensschritte zur Durchführung der Erfindung, wobei eine geeignete Infusionspumpe zusammen mit einem assozierten Kontroller im Subjekt implantiert werden und der Verabreichungskanal in einer gewünschten Gewebestelle plaziert und auf sie gerichtet ist (z.B. einen Teil des zentralen Nervensystems). Einer oder mehrere Sensoren sind ebenfalls im Subjekt an geeigneter Stelle nahe bei oder entfernt vom distalen Ende des Verabreichungs-kanals implantiert und in demselben oder anderen Gewebe oder Organsystem wie der Verabreichungskanal. Bevor die Pumpe implantiert wird, wird sie mit einem Vorrat an Wirkstoff oder Wirkstoffen gefüllt, die an ein Subjekt abgegeben werden sollen und der Kontroller kann wie angemessen, vorprogrammiert werden. Einmal implantiert, arbeitet der Sensor, um gleichzeitig gewisse biochemische und physiologische Gegebenheiten und Abläufe zu detektieren und zu kontrollieren und überträgt ein Signal an den Kontroller, das repräsentativ für solche Daten ist. Auf der Grundlage dieser Daten, zusammen mit der programmierten Betriebsinstruktionen (die vorprogrammiert oder mittels Telemetrie jederzeit nach der Implantierung programmiert werden können), legt der Kontroller ein Dosierungsschema fest, um den Wirkstoff(e) an das Subjekt, gemäß dem physiologischen Zustand des Patienten, zu jeder festgesetzten Zeit zu verabreichen. Als Ergebnis der kontinuierlichen Überwachung des biochemischen Zustandes des Subjektes, wird der Wirkstoff(e), wie erforderlich an die geeigneten Gewebestelle verabreicht, um die gemessenen physiologischen Daten innerhalb des vorgegebenen Bereichs zu halten.
Wie gezeigt, kann das Verfahren alternativ oder zusätzlich operieren, um eine Datenbank der patientenspezifischen Wirkstoffreaktionsdaten zu erstellen und auf diese Weise grundlegende Patientenbedingungen festzulegen oder die Auswirkung auf jeden gemessenen Parameter des verabreichten Wirkstoffes erhellen. Diese Betriebsweise kann angewendet werden, um direkte Nervensystemmessungen mit dem observierten klinischen Verhalten (z.B. Muskelkontrolle bei Parkinsons Krankheit) oder mit Nervensystem Physiologie (z.B. effektive Wirkstoffdiffusion oder Durchsatzraten im Gewebe) zu korrelieren. Sie kann auch als Grundlage für die Bestimmung der richtigen Wirkstoffdosis angewandt werden oder der Pumpenkontrollweise zur Detektierung der Parameter, d.h. zur Festlegung des Behandlungsmodells.
In allen Fällen, ist man der Ansicht, daß die direkte Messung und Verabreichung in das Nervensystem ein effektiveres, ausgefeilteres und genaueres Verfahren bietet als bestehende Systeme.
Die hiermit offenbarte Erfindung und zahlreiche erläuternde, beschriebene Ausführungsformen, Modifikationen, Variationen und Adaptionen dessen, werden dem Fachmann, einfallen.
All jene Variationen, Modifikationen und Adaptionen werden als von der Erfindung umfaßt angesehen, so, wie diese hierin definiert ist und in den anhängenden Patentansprüchen und Äquivalenten davon definiert ist.

Claims

Wirkstoffverabreichungssystem (10; 100), das zur Verabreichung einer wirksamen Menge eines Wirkstoffes an ein Subjekt geeignet ist, umfassend: eine Verabreichungspumpe (12; 112), die eine zur Aufbewahrung von wenigstens einem Medikament geeignete Kammer aufweist; einen Verabreichungskanal (14; 114), der mit der Pumpe (12; 112) verbunden ist und der so angepaßt ist, um sich in eine Gewebestelle des Subjektes zu erstrecken, wobei der Verabreichungskanal das Medikament effektiv von einem distalen Ende (15; 115) zu der Gewebestelle zugeführt; ein Sensor (16; 116), der in einem Subjekt implantiert werden kann und geeignet ist ein sensorisches Ausgangssignal bereitzustellen, das für einen gemessenen biochemischen Parameter repräsentativ ist, und eine Kontrolleinheit (20; 120) die mit dem Sensor (16; 116) und der Pumpe (12; 112) in Kommunikation steht, wobei die Kontrolleinheit geeignet ist, das sensorische Ausgangssignal zu empfangen und ein Verabreichungssignal an die Pumpe (12; 112) zu übermitteln, um das Medikament bei einer Rate und für eine Dauer zu verabreichen, die effektiv sind, um das erwünschte Resultat zu erzielen, wobei das erwünschte Resultat der Erhalt des genannten biochemischen Parameters innerhalb eines vorgegebenen Bereiches ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (16; 116) eine optische Faser enthält, und daß das sensorische Ausgangssignal ein spektrales Ausgangssignal ist, wobei die optische Faser geeignet ist, um direkt in das Nervensystemgewebe implantiert zu werden, und wobei ein Teil der optischen Faser ein bioaktives Chromophor enthält, das wirksam ist, um an einen Analyten von Interesse zu absorbieren oder zu binden, die Farbe zu ändern oder zu saturieren, so daß das Antwortlicht der Faser spektrale Daten liefert, die die lokale Anwesenheit oder Konzentration des Analyten von Interesse anzeigen und wobei der Analyt von Interesse ein Neurotransmitter ist.
Wirkstoffverabreichungssystem nach Anspruch 1, wobei der Sensor eine Anordnung an optischen Fasern beinhaltet, die geeignet sind, um direkt in das Nervensystemge webe implantiert zu werden, so daß das Antwortlicht aus diesem Bereich der optischen Faser spektrale Daten liefert, die die lokale Gewebeverteilung des untersuchten Analyten oder das Gewebestadium anzeigen.
Wirkstoffverabreichungssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Sensor (16; 116) einen elektrochemischen Sensor beinhaltet und das sensorische Ausgangssignal ein elektrisches Signal oder Charakteristik ist.
Wirkstoffverabreichungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Medikament ein Schmerzmittel, ein chemotherapeutisches Mittel, ein neuroprotektives Mittel, ein neurologisch aktiver Stoff, ein Agonist zu einem neurologisch aktiven Stoff, ein Antagonist einem neurologisch aktiven Stoff oder eine Kombination davon ist.
Wirkstoffverabreichungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kontrolleinheit (20; 120) einen Prozessor umfaßt, der funktionsfähig ist, um die Dosiswirkungsinformation zu überwachen und zu speichern.
Wirkstoffverabreichungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verabreichungskanal (14; 114) und der Sensor (16; 116) beide geeignet sind, um in das zentrale Nervensystem implantiert zu werden und der Sensor (16; 116) einen für die Medikamentenverabreichung Indikativen biochemischen Parameter messen kann.
Wirkstoffverabreichungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Sensor (16; 116) in einem Bereich entfernt von der Region des distalen Endes (15; 115) des Verabreichungskanals in dem Subjekt implantierbar ist.
Wirkstoffverabreichungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Verabreichungskanal (14; 114) ein Katheter, eine Nadel oder eine poröse Faser ist.
Wirkstoffverabreichungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Sensor (16; 116) so angepaßt ist, um auf eine wirkstoffbezogene Chemikalie, Ion, biologisches Molekül, Gas oder eine Kombination oder spektrale Indikation davon, zu antworten.
Wirkstoffverabreichungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Sensor (16; 116) ein Enzym beinhaltet, das auf einer Meßoberfläche immobilisiert ist.