用于测量和诱发细胞间通信的方法、装置和组合物及其治疗性用途

摘要

提供了治疗受试者的方法，其涉及提供耦合到所述受试者的生物材料的第一区域；引发所述第一区域中的所述细胞的细胞环境的改变；和由于所述第一区域中的所述细胞的生物或化学活性的改变，诱发所述受试者内部的第二区域中的生物改变，以及用于实施各种方法实施例的各种生物光子收集器和生物光子旁路。

说明书

本申请涉及2018年10月12日提交的美国临时序列号62/745,057并要求其优先权，其全部内容通过引用并入本文。本申请涉及以下中的每一个：2018年1月18日提交的美国序列号15/874,426，未决；2017年7月14日提交的美国序列号15/649,956，现为美国专利9,993,661；2014年7月11日提交的美国序列号14/131,564，现为美国专利9,907,976；2012年7月9日提交的PCT申请PCT/US12/045930；2011年7月8日提交的美国临时序列号61/505,849，过期；2016年5月11日提交的美国序列号15/151,642，未决；2009年4月3日提交的美国序列号12/417,779，放弃；2008年4月4日提交的美国临时序列号61/042,561，过期；2007年8月6日提交的美国临时序列号60/954,263，过期；2008年2月21日提交的美国临时序列号61/030,437，过期；2008年3月31日提交的美国序列号12/059,484，放弃；2007年11月6日提交的美国序列号11/935,655，现为美国专利9,358,292；2008年4月4日提交的美国临时序列号61/042,561，过期；2008年3月11日提交的美国临时序列号61/035,559，过期；2008年7月11日提交的美国临时序列号61/080,140，过期；2009年3月10日提交的美国序列号12/401,478，现为美国专利8,376,013；2008年3月31日提交的美国序列号12/059,484，放弃；2009年2月20日提交的美国序列号12/389,946，现为美国专利8,951,561；2009年4月3日提交的美国序列号12/417,779，放弃；2009年3月18日提交的美国临时序列号61/161,328，过期；2009年7月14日提交的PCT申请PCT/US2009/050514，过期；2010年3月16日提交的美国序列号12/725,108，现为美国专利8,389,958；2010年4月21日提交的美国序列号12/764,184，现为美国专利9,302,116；2011年2月15日提交的美国临时序列号61/443,019，过期；2013年1月2日提交的美国序列号13/732,882，现为美国专利8,618,509；2015年4月16日提交的美国序列号14/688,687，现为美国专利10,080,276；2016年10月28日提交的美国序列号15/307,766，未决；2017年4月25日提交的PCT申请PCT/US2017/029300，未决；2019年9月9日提交的美国临时号62/897,677，未决；和2016年4月25日提交的美国临时号62/327,121，过期；其中每一个的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及在不必直接用可以引起生物改变的试剂治疗的介质中诱发生物改变的方法。

背景技术

从深穿透辐射(例如，X射线)到光催化辐射(例如，UV或IR)的光调制为激活哺乳动物体内的各种生物治疗剂提供了可能性。其它可能性包含在介质中激活光催化剂以进行聚合链和聚合物基粘合剂中的交联反应。这些实例只是多种可能性的两个示例，其可以被更广泛地描述为使用转换材料将深穿透的起始辐射转换为具有促进基于光的化学反应能力的另一有用辐射。光化学是在各种类型的介质内部驱动的，这些介质包含有机介质、无机介质或由有机和无机材料合成的介质。

不需要部位线(line of site)的光激活可以在体内和离体完成，例如在细胞培养中进行的那些。反过来，选择生物治疗剂(以及可想象到的一次不止一种试剂)的光激活可能导致期望化学反应或一系列反应的发生，进而导致有益的治疗性转归。作为一个实例，补骨脂素化合物与DNA通过形成单加合物和/或交联加合物的结合是所熟知的，如果进行得当，会产生免疫响应。

作为本发明可以解决的物理和生物结构的背景，以下是存在于以下公开的本发明的技术可以应用于的受试者中的各种解剖细胞结构的概述。解剖结构的另外的细节可以在美国专利第9,295，835号中找到(其全部内容通过引用并入本文)。

如′835专利中所述，人类和动物是由细胞构造的。细胞是生命的最小基本单位。细胞被认为是能够进行定义生命的所有过程的最小生命结构。人体由代表约300种细胞类型的约100万亿个细胞组成。每种细胞类型进行特定功能，例如运作肌肉、腺体和重要器官。此外，由被称为神经元的通信细胞构成的神经提供电调节信号，以运作和调整整个身体的大量功能活性，以维持稳态(生命平衡)。

图1是示出了示例性细胞100的各种细胞组分的示意图。图1种示出的描绘例如示出了细胞组分，例如线粒体、核糖体、中心体、中心粒、细胞核等。

图2示出了图1中示出的细胞100的质膜100的结构的示意图。

已知细胞具有在本领域中被称为质膜的复杂细胞壁，图2中示出了其实例。图2示出了相对于细胞100的质膜的一部分200。质膜将内部结构和运作细胞器与细胞的外部环境分开。它容纳并保护细胞的内容物。它由附接或嵌入的双层磷脂和各种蛋白质构成。

质膜是半渗透性结构，其允许营养素、离子、水和其它材料传递到细胞中。它还为废品和多种分子的功能性双向传递提供了出口通路，以调整细胞化学。细胞膜的主要目的是提供屏障，所述屏障含有活细胞内的所有过程和组分，并同时排斥不希望的物质侵袭或进入细胞。

在质膜中有大约300种类型的离子孔，用于输送细胞用来生存和履行其职责的原料。

质膜可以具有相对少量的离子通道，多至大约200到400个分子通道或更多，并且具有不同的尺寸，营养物和电解离子可以通过所述通道进入细胞。质膜的厚度估计为约7-8纳米。此外，所选择的离子通道可以在被称为自噬的过程中去除各个细胞中的废物，以输送、排泄废物或负责将废物从细胞内部逐出到细胞外空间中。

质膜内的分子通道具有用于细胞外离子和细胞所需的其它营养物或材料的不同分子的分子大小的开口。细胞期望通过这些通道输送的材料的一个实例包含但不限于钠、钾、镁、钙离子和水。开口例如由特定大小的孔提供，离子可通过这些孔在细胞外空间和细胞内部之间移动。所述通道通常对一个离子是具有特异性的(选择性的)；例如，大多数钾通道的特征是钾离子对钠离子的选择性比为1000∶1，尽管钾离子和钠离子具有相同的电荷，并且仅半径略有不同。通道孔通常很小，使得离子必须以单行顺序通过。

通道可能具有几种不同的状态(对应于蛋白质的不同构象)，其中每种状态都被认为是开放的或关闭的。通常，关闭状态要么对应于孔的收缩(使其无法通过离子)，要么对应于蛋白质的单独部分，从而堵塞孔。例如，电压依赖性钠通道发生失活，其中蛋白质的一部分摆入孔中，从而将其密封。这种失活切断了钠电流。

离子通道也可以根据通道对其环境的响应方式进行分类。例如，与动作电位有关的离子通道是电压敏感通道。它们响应于跨膜的电压而开放和关闭。配体门控通道形成另一个重要的类别；这些离子通道响应于配体分子(例如，神经递质)的结合而开放和关闭。其它离子通道通过机械力开放和关闭。另外的离子通道(例如，感觉神经元的那些)会响应于其它刺激(例如，光、温度或压力)开放和关闭。因此，证明了光(电磁辐射)能够触发某些细胞功能。

离子通过细胞膜的传递参与、生成和/或产生电流在膜内和/或质膜的内表面上的流动。在细胞骨架、中间丝或微丝附接于质膜的点处，这些点允许“信号”进入到细胞骨架上，以能够充当在细胞周围输送信号的通路。此类信号可以移动以触发或调整化学反应区域，并移动到各种细胞器和细胞核以触发反应并至少传递细胞通信指令。因此，证明了细胞配备有用于感知刺激(包含电和电磁刺激)并对其作出反应的有利基础结构。

由于细胞本质上是电化学的，因此质膜是用于生成用于代谢和其它运作的细胞电信号并用作与其它细胞(尤其是类似类型的细胞)通信、中继和接收信号的手段的部位。细胞核和质膜与电信号通信。细胞核确定细胞的运行方式，并确定细胞及其内容物的架构。质膜使用电信号转导来开放路径和离子通道，以允许化学物质的摄入以及细胞废物的流出。电信号转导借助于电位梯度和细胞内以及生物体内的细胞之间存在的电流的建立而存在。带电物种的位移涵盖电子、离子、阴离子、低、中和高分子量生物聚合物(其进而包含但不限于蛋白质)。众所周知，在与运动有关的瞬态期间，带电物种的位移(电流)几乎总是伴随着磁场的建立。

细胞膜的外部包被有防御性糖萼，其由细胞设计和产生，以保护其并使其被识别。细胞核已经参与了膜防御特性的构建。糖萼可以在癌细胞中产生负表面电荷，以排斥人体的免疫系统。

细胞膜调节材料流入和流出细胞的流动。而且，它可以检测外部信号并介导其它细胞之间的相互作用。安装在外表面的膜碳水化合物起着细胞标志物的作用，以使其自身与其它细胞区分开。

这种质膜含有产生电能并形成细胞通信信号的部位。这些信号通过细胞骨架(所述细胞骨架的作用就像导线一样)传输，以调节和触发细胞内的代谢和功能过程。细胞核与位于细胞内的所有细胞器和运作结构通信。例如，图3示出了肿瘤细胞之间的附件的连接视图300。

图4示出了细胞(例如，图1中示出的细胞100)的内部框架400的示意图。

细胞中的细胞骨架从内部维持所有细胞的形状。它就像一个网格状结构，为电化学定时反应提供强度和内部区域。值得注意的是，细胞骨架延伸到其它细胞中并与其细胞骨架相连，以维持并形成进入相邻细胞的通信连接。本结构由中空微管、固体微丝和固体中间丝的网络构成。细胞骨架锚定到质膜，并作为“线”来传输细胞通信信号。细胞环境高度联网，并且由于这种互连性，化学和电信息的传输将变得更加高效。

细胞骨架由肌动蛋白和肌球蛋白构成，所述肌动蛋白和肌球蛋白也在于肌肉结构中发现。细胞骨架还控制细胞溶质的循环，所述细胞溶质是悬浮细胞器的流体和半流体。细胞器是细胞的功能实体，其制造和分配细胞生存所需的细胞产物和过程。

细胞中的细胞质是流体，可能相当像凝胶，其围绕着细胞核(所述细胞核被认为是细胞器)。细胞核含有DNA遗传信息，并且因此既控制细胞的活性，又控制其结构性质。细胞核是球形的并且被双膜(核膜和包膜)围绕，其带有大量的孔，所述孔允许与细胞的细胞质以及另外的外部潮湿环境交换材料和物质，所述外部潮湿环境含有供给细胞的离子矿物质和化学物质并提供必要的水。

细胞中的细胞核是带电体，其含有细胞的DNA并携带运作其电信号以及细胞质膜的壁中的通道的开放和关闭的程序。细胞核还含有细胞自杀的凋亡程序。取决于细胞的职责，一些使用以电运行的离子通道，而另一些则受到其从细胞外介质获得的化学物质的影响。离子泵和离子通道在电气上等效于插入膜壁中的一组电池和电阻器，并且因此会在膜的内侧和外侧之间产生电压差。电气值的这种差异的范围为-40mV到-80mV。因为细胞充当电池，所以它提供了运作质膜中嵌入的分子装置的电力。如′835专利中所述，电活动发送与肿瘤的邻接细胞通信的信号，以将癌症作为圣杯内(intra grail)生命体进行调节。

细胞中重要的细胞器是线粒体，它是细胞的电力站。线粒体是杆形或椭圆形结构，其用于细胞的呼吸。许多线粒体分布在细胞质内并根据其流动而移动。作为生物燃料产生的产品被称为三磷酸腺苷(ATP)。ATP的制造来自整个克雷布斯循环中的蛋白质、脂肪和碳水化合物的加工。一旦产生，ATP会被分布到需要这种生物燃料以提供所需加工能量的其它细胞器。

能量产生的机制被称为氧化磷酸化。活生物细胞的膜和线粒体的膜类似于板状电容器，其限定电容与生物介质的表面积、电容率有关，并且与表面之间的距离成反比。离子泵送到膜间空间中会导致电压升高，所述过程类似于具有限定电压梯度的代谢泵，因此类似于驱动电动势的电源。

细胞中的内质网(ER)是膜的网络，其形成利用其管状和泡状结构贯穿细胞质的通道以制造各种分子。膜的网络上点缀有被称为核糖体(用于合成蛋白质)的小颗粒结构。核糖体是微小的球形细胞器，大量分布在细胞周围以合成细胞蛋白质。它们还产生用于蛋白质制造的氨基酸链。核糖体在核仁内以核仁的水平产生，然后释放到细胞质中。

光滑的ER会产生脂肪化合物，并使某些化学物质(例如，醇)或检测到的不期望的化学物质(例如，农药)失活。粗糙的ER可能会产生和修饰蛋白质并存储它们，直到细胞通信系统通知将其发送到需要所述物质的细胞器。除红细胞(红血细胞)外，人类中的细胞均配备有内质网。

高尔基器由高尔基体构成，其位于靠近细胞核的位置并且由彼此堆叠的扁平膜片构成(像一叠盘子)。高尔基器分类和修饰由ER产生的蛋白质和脂肪，然后将它们围绕并包装在膜状囊泡中，以便它们可以根据需要在细胞周围移动。类似地，存在包装细胞废物以经由质膜中的孔口从细胞逐出到细胞外空间中的过程。

溶酶体是细胞的消化系统。它们含有大量的酸、酶和磷酸盐，以分解已进入细胞的微生物和其它不期望的物质。它们还消化并回收磨损的细胞器，以制造新的细胞结构或部分。

如′835专利中所述，细胞骨架由中等大小的丝构成和构造，所述丝实际上充当维持细胞形状的内部结构。丝状结构用于为电信号提供移动到化学过程部位的高速路(highway)，所述化学过程部位位于细胞内的通过细胞骨架组装构造的架子上。中间丝由类似于肌肉结构的化合物构成，它们具有其自己的电性质。根据需要，移动通过细胞骨架或在细胞骨架上移动的电信号最有可能引发和中止化学反应。再次基于某种定期或定时或响应于某一事件或指令，电信号可以跳过并沿着丝状网络的表面而不是在中心框架内移动。通过位于各个细胞内的电信号，可以通过细胞核运作可及细胞内的所有系统。

如′835专利中所述，细胞在癌变过程中会变得更具负电性。癌细胞似乎重构了细胞膜可及孔口，以允许输入比相同大小的非癌细胞更多的钠和糖。质膜的内层和外层之间的电势用作电生成器，以供应电力来运作各个癌细胞。

细胞骨架中间丝被认为在整个细胞内部中的其连接点处与某种“魔术贴(Velcro)”钩在一起，以允许整个细胞结构发生某种弯曲。重要的是，中间细丝继续通过桥粒突出，从而允许与邻接癌细胞连接。这种桥粒内的细胞壁的穿透被认为是解释如何从邻接细胞发送和接收信号的一种方式。在细胞壁(质膜)的不同方面可以存在多个桥粒连接，以便在例如给定的癌细胞上方、下方和旁边连接到细胞，从而提供用于通信的连接网络。在替代方案中，其它类型的用于信号转导或传输的细胞附接也是可能的。

正常细胞通过经历细胞周期而繁殖，所述细胞周期通过有丝分裂过程导致相似细胞的繁殖，所述有丝分裂过程是指单个细胞分裂，然后分裂成两个子细胞(它们是母细胞的精确复制)。正常细胞它们可以通过有丝分裂繁殖的次数是有限的，这可能不超过70次。

癌症发生在正常细胞中，在所述正常细胞中，出生缺陷的染色体畸变和异常基因会导致缺陷细胞的形成，这表现出严重的有丝分裂(细胞分裂)紊乱。癌变细胞的重点在于通过在整个生命过程中不受控制地分裂成相似的子细胞来连续繁殖。一些种类的癌细胞可以每30分钟连续繁殖，而另一些种类的癌细胞则需要24小时或更长时间来繁殖。

癌细胞通过以下来继续繁殖：分裂(包含细胞核)成两个子细胞，所述子细胞自身分裂并生长为成年癌细胞，然后再在恶性肿瘤的一生中接连不断地分裂。这种被称为有丝分裂的细胞分裂过程仅产生子细胞，所述子细胞会扩大为大量的细胞，其被称为肿瘤。肿瘤的外缘上的指定癌细胞可以被释放，并通过被称为转移的过程移动到其它远处部位。一旦这种转移过程继续进行，癌症就会扩散到关键的身体部位，并通常预示着患者的总体转归很差。癌细胞通常是不受调节的、杂乱无章的，并且参与极快速的有丝分裂。当产生足够多的癌细胞时，它们会形成更大的肿瘤，这会干扰附近正常细胞的职责和营养。

癌症以复杂的方式造成损害，包含勒死或扭曲器官、血管和神经，以及以其自身方式侵入骨骼、大脑和肌肉。癌细胞不进行以任何方式促进机稳态(生命平衡)的功能。

如′835专利中所述，癌细胞已经开发出了通过多种手段来排斥或阻断人体免疫系统的方式，包含在质膜的外表面上竖立由癌细胞自身产生的电屏蔽。这种薄的电屏蔽被称为糖萼，并且生成负电荷以对抗动物或人类免疫系统(其也带负电)。两个负体相互排斥，在癌症的情况下，这意味着免疫系统无法攻击肿瘤而对其进行破坏。人体的天然免疫系统不能有效攻击癌症，就像其在攻击侵袭的细菌或病毒甚至是已受损的功能失常细胞(通常带正电)时一样。带正电的微生物或生病细胞容易受到杀伤T细胞和其它免疫系统攻击，因为带负电的免疫防御可以成功地接近其靶标。

另外，存在被称为凋亡的编程性细胞死亡。凋亡是生物医学术语，其指示存在天然或诱发的细胞重编程状态，使其进入自杀模式，从而使细胞死亡而没有任何炎性过程。此后，无生命的细胞被免疫系统的巨噬细胞吞噬并去除。凋亡可以作为去除机体中的不良细胞或缺陷细胞的一种方法在许多类型的细胞(例如，红细胞)中发生。通常，癌细胞被认为没有太多机会发生预编程性细胞死亡，因为那些细胞具有以适合癌化细胞的目的的方式继续繁殖和重新组织其细胞电化学系统的永生能力。

大约200个离子通道或更多离子通道遍布细胞质膜的所有侧面，这掩盖并遮蔽了癌细胞的内部运作。细胞(包含恶性细胞)被认为具有内部信号转导机制，以使它们能够运作细胞并保持生命，并参与更多癌细胞的不断繁殖的肿瘤生命过程。

还据信，肿瘤的细胞之间的信号转导使得可以知道何时释放成年细胞(使得它们可以转移到其它区域并开始新的肿瘤集落)。转移性癌细胞在血管或淋巴系统内移动，或跨器官、神经、腺体或肌肉推动自身以播种新的肿瘤部位。为了使各个癌细胞在其自身之间通信，它们似乎必须与邻近细胞建立连接。各个相邻癌细胞之间的这些连接特异性地相互关联，以允许信号的共享。通常，癌细胞不会与正常细胞进行通信，并且无法以任何方式影响健康的正常细胞，因此使未受影响的正常细胞免于受到任何直接运作攻击。

起始癌细胞从正常细胞开始，但发展成染色体和/或遗传混乱，这驱动了向恶性肿瘤的转化。普遍的癌症理论指责重要调节基因中的突变破坏了对注定会变为恶性的细胞的正常控制。这种理论不能归因于所有癌细胞中可见的实际染色体的损坏性改变。染色体畸变、断裂或弯曲可能使数千个基因失衡，并据信足以触发细胞不稳定，这可能导致严重的基因中断，从而将所谓的正常细胞转化为恶性细胞。尽管癌细胞可以保留其为正常细胞时所存在的其电化学信号转导和运作系统，但似乎发生了改变，以以新的方式重新布置其细胞机制，从而最终断开其与相邻正常细胞的通信能力并开始更多癌细胞的快速繁殖。

如′835专利中所述，与正常未受影响的细胞相邻的第一批癌细胞有时不会“连线到”到肿瘤的其余部分。也许这些第一批细胞仅仅是恶性与正常的分界线，而不必参与细胞通信系统。后来的细胞确实发展了桥核互连通信系统，所述系统允许每个细胞与其相邻邻近细胞进行通话。除桥粒外，癌细胞之间的其它通信手段是间隙连接、直接细胞连接和紧密连接。各个连接点与中间细丝相连，以提供在各种癌细胞之间传输信息的通路。

据信，正常细胞和恶性细胞都不能在没有功能电信号转导机制的情况下存活，所述功能电信号转导机制用于运作细胞骨架架子上搁置的电化学过程。细胞骨架是细胞内的框架，其提供了略微柔性的网格状框架，以维持细胞形状，为化学或电化学过程提供架子，并为细胞内的细胞器、细胞核和蛋白质制造元件留出空间。细胞内的液体被称为细胞质。存在细胞质流式过程，其引起作为半漂浮细胞器(功能性细胞组分)的局部输送手段的液体细胞质的定向移动。当它们靠近时，这可能使这些浮动结构在细胞膜和细胞核之间进行某种形式的通信。

如′835专利中所述，各个细胞通过电和化学过程自身进行运作，以维持生命并进行已为其构造给定细胞的功能。癌细胞被认为具有与正常细胞不同的电信号。

细胞在质膜内生成电能和通信信号。质膜还可以具有到相同类型的相邻细胞的电连接。细胞核被认为与质膜中发生的活动进行通信，就此而言，与细胞的所有其它活动进行通信。

细胞信号转导可以通过电和化学相互作用的组合来完成。不同类型的细胞应要求不同水平的信号转导质量。据信，给定细胞信号的产生或生成始于质膜中，其中从细胞外基质吸收原料和化学离子以生成电并建立信号格式。质膜是一种细胞壁，它经由其离子通道吸收所需的原料。离子通道开放和关闭，以允许传递进出细胞内部。电信号可能会在质膜中生成，然后经由细胞骨架发送，所有有关细胞的信号都将参与并有助于细胞运作。

细胞骨架还可以用作网格式圆顶，为成形和支撑细胞提供了框架。另外，细胞骨架充当其质膜中生成的细胞信号通过其在细胞内和细胞周围移动以完成其工作的通路。另外，与相邻癌细胞的通信可能通过诸如桥粒的连接发生，所述桥粒是桥联肿瘤的相邻细胞并允许其之间进行通信的延伸。

坏死、凋亡、自噬、淤滞、大自噬、细胞饥饿、肿瘤减少、线粒体的ATP产生的关闭、细胞质的内容物的消耗、初期饥饿、起泡、细胞萎缩、核碎裂、染色质凝聚、染色体DNA碎裂、固缩、核溶解、核崩裂。人体有复杂的每日细胞维护职责，每天要处理约5000万个破损的细胞。普通成年人运作着繁忙的凋亡和修复系统。关键元素如下简述。

坏死是由急性细胞损伤导致的创伤性细胞死亡的一种形式。细胞的坏死死亡可能是由于导致活组织中的细胞的过早死亡的感染或发烧引起的。未经治疗的坏死会导致在实际细胞死亡区域中死细胞的堆积和细胞碎片的分解。一个典型的实例是坏疽。死于坏死的细胞不会遵循通常的凋亡转导通路。

凋亡是最初的编程性细胞死亡技术，其有助于从出生开始且持续一生地修复和塑造身体。由于凋亡，每天有大约500亿个细胞死亡。例如，从胃粘膜到结肠的消化道内壁每3到5天经历一次凋亡，以更换消化管结构的整个内壁。红血细胞被编程为通过脾脏和骨髓制造新的血细胞，然后将它们释放回血管中以进行其携带氧气和二氧化碳的工作来进行杀灭而每90天更换一次。

凋亡事件期间出现的技术事件包含特性改变，其包含细胞萎缩、生成热量、缺氧事件以及钙浓度的升高，这会引起细胞核中的迅速的(snappy)信号转导，从而触发和协调即将发生的凋亡事件。

自噬来自希腊语，定义为“自食”。活细胞的细胞质内有被标识为自噬体的细胞器，所述自噬体在细胞周围移动，以清扫病毒、细菌和来自细胞自身的破损材料。自噬体会打包或浓缩细胞污泥、破损蛋白质和其它碎片，以由细胞质中漂浮的回收细胞器进行处理。通过将其通过质膜泵入细胞周围的细胞外液中，一些无法使用的废物被从指定的细胞离子孔口挤出。由于一些神经元的寿命与人体一样长，因此它们必须使用自噬来维持整体细胞健康的质量。自噬和线粒体可以共同作用来导致凋亡，以触发编程性细胞死亡，从而去除细胞的无法修复的不希望的细胞组分。与坏死不同，凋亡产生了被称为凋亡小体的细胞碎片，吞噬细胞能够吞入、吃掉、消化所述凋亡小体，然后以既定方法与自噬过程相结合地对其进行处理，以保持整个细胞系统的秩序。

固缩是参与坏死或凋亡的细胞核中染色质的不可逆浓缩。这之后是凝聚其细胞核，然后将其排出，成为网状红细胞。成熟的嗜中性粒细胞将参与形成气泡，所述气泡会一直留在细胞中，直到其寿命结束。气泡是细胞核和癌细胞形状的畸变。它是以前为对称的细胞核和整体细胞形状的突起或丘疹结构的形成。这之后是不断改变的细胞核在经历核崩裂的过程中的碎裂。在细胞核的气泡形成期间，某种丘疹的形成使细胞核具有不健康的外观，这种状况不会改善。

核崩裂是细胞核最终破裂成无法修复的多个碎片。细胞的细胞核代表并等同于任何生物的大脑，一旦被破碎成碎片，它也就完了。

核崩裂是一项重要的癌症杀伤技能，其通过将癌细胞核碎裂成凋亡小体(所述凋亡小体随后由一个或多个吞噬细胞吞入并消化)来实现。吞噬细胞是一种特殊的细胞，它定位并包围破碎的细胞组分，然后吃掉它们。在肝脏、骨髓和脾脏中存在活的固定吞噬细胞。这种吞噬细胞以嗜中性粒细胞和巨噬细胞为代表。而且，还存在自由移动的吞噬细胞，例如白细胞(白血细胞)，其在血流中循环以进行清理工作。细胞核的工作是控制所有细胞运作，并参与与附近细胞的通信和协调。如果细胞核碎裂，这就像人类或动物的大脑碎裂一样，生命无法在这种损伤下继续下去。

电信号转导可以起控制和调节化学活性、自噬、调节线粒体的ATP产生的作用，ATP是细胞的能量源并控制核糖体的蛋白质制造运作。另外，电码(electrical code)可以用作与相邻细胞的通信手段，包含何时释放用于转移运作的细胞以及其它职责。

遍及肿瘤的许多细胞移动的电信号流可以允许生成指令，以选择注定要转移到远处部位以扩散恶性肿瘤的集落的细胞。当这些细胞被释放到淋巴或血液循环系统中以移动到远处部位以开始新的转移性集落时，它们会变软并略微浮肿。

来自质膜的电信号可能会在中间丝的表面上移动并到达化学过程，并可能引起或刺激有助于繁殖、蛋白质制造或代谢运作的反应。在没有电活动和运作细胞质膜的分子装置的情况下，细胞无法正常运行。

外壁的电荷带有保护性负电荷，尤其是在被称为糖萼的非常薄的最外层细胞包衣上。癌症中的这种糖萼被认为具有连续的负电荷，从而保护恶性结构免受免疫系统的攻击，所述恶性结构也带有负电，从而排斥免疫系统攻击癌症，而无癌的糖萼包衣的保护性电荷为正电性。所有这些使正保护性电荷能够使带负电荷的免疫系统包围正电性细胞保护元件攻击侵袭者(例如，病毒或细菌)。对于带有负屏蔽的癌糖萼而言并非如此，当它们接近时会排斥免疫杀伤T细胞。

在肿瘤块的形成期间，许多问题会出错，包含但不限于不受控制的增殖、凋亡的丧失、组织侵袭以及转移和血管生成。尽管基本机制尚不清楚，但是可安全地假定存在源自一组细胞、单个细胞或亚细胞组分的某些信息(无论其性质如何)，但这种信息通过某种手段(传输线)传输，然后由能够对所接收的信息起作用的一组细胞、单个细胞或亚细胞组分来接收。还可安全地假定，从发起者到接收者的信息的中断将导致信息丢失，并且因此导致通信的中断。癌症增殖期间的信息通常被视为化学信息、遗传信息的而不是电磁信息。除了化学和遗传信息载体实体，证明还发生了电磁传输。这种信息的解码尚待实现。可以说，已经建立了电磁通信的所有基本原理。因此，将电磁传输的可能性加入到现有的对癌症加重(fueling)动力学的理解中是有用的。

生物细胞和细胞器的膜就像板状电容器一样起作用，其电容为：

其中x是板状电容器的一部分，ε和ε0是生物介质的电容率和自由空间的电容率，d是膜间的距离或空间，ρ是血小板的曲率半径。所存储的能量与建立的电压梯度除以距离有关。

生物分子的螺旋线圈产生由以下等式表示的电感：

L＝μμ

其中μ是生物介质的渗透率。

最后，有助于电荷存储以及由电子的跳跃或较重的带电物种(离子、阴离子、低分子量物种)的电导门控的各种分子之间的电阻的高度非线性的生物互连的动态电路系统产生了阻抗，其被描述为

Z＝(R

在ωL＝1/ωC的情况下，阻抗Z在Z＝R时最小。在这种条件下并且如果存在恒定的电场(如在代谢泵中所建立以及中间层中的线粒体离子堆积所例示，其因此代表了具有既定电压梯度的电源条件，则可以建立各种振荡条件。这些振荡条件的确考虑到了生物介质的互连性，其中许多成分各自共享边界条件并有助于整体的总能量连续性。这些生物振荡系统很复杂，并且需要应用、模拟、验证许多基本的电磁定律和热力学原理以获得其预测有效性。此外，导致电能的充电和储存以及随后在电磁能的形式下储存的能量的放电和衰减的生物系统内在条件的建立是可凭经验良好建立的。

图4A-1描绘了左侧a)常规的LRC电路，其能够以明确限定的频率下谐振和释放电磁能发射中的存储能量E；和右侧(b)具有代谢泵(MP)的等效生物电路、具有代表性电感(L)的线圈状分子(CM)、来自磷脂双层的电容层(CL)和高度互连的生物介质(BM)，从而完成电路。这种生物电路表现出与低能量存储(低Q)LRC相似的特性，并且可以在10

此外，取与生物介质有关的μ、ε和χ值，可以计算出谐振振荡器的频率。这些计算得出的频率在10

Chwirot，W.B.、Dygdala，R.S.和Chwirot，S.(1985)，《来自落叶松和欧洲落叶松的小孢子母细胞的白光诱导光子发射的光学相干性(optical coherence of white lightinduced photon emission form microsporocytes of Larix and Europeas Mill)》，《细胞生物学(Cytobios)》，44，239-249。

Frohlich，H.和Kramer，F.(1983)，《生物系统中的相干激发(Cohernet exciationin biological systems)》，施普林格出版社，海德堡。

Smith，C.W.、Jafary Asl，A.H.、Choy，R.Y.S.和Monro，J.A.，(1987)，《来自多个过敏患者和其它生物系统的低强度电磁辐射的发射(the emission of low intensityelectromagnetic radiation form multiple allergy patients and other biologicalsystems)》，《来自生物系统的光子发射(Photon Emission from Biological Systems)》，Jezowska-Trsebiatowska、B.Kochel、B.Slawinski，J.和Strek，W.(编辑)，世界科技，新加坡，第110-126页。

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因此，鉴于凭经验良好建立的生物光子能量和合理的理论理解，查看经典的癌症增殖步骤并标识各个增殖步骤(包含细胞增殖、凋亡的丧失，组织侵袭以及转移和血管生成)中的电磁能的存在以及可能的配合和作用是有用的。

受体由三个结构域(细胞外配体结合结构域、跨膜结构域和细胞内结构域)组成，如图所示：

配体与细胞外结构域的结合激活受体酪氨酸激酶，其通过将磷酸根加入细胞内部的蛋白质上的氨基酸酪氨酸的磷酸化来激活其它蛋白质。

考虑到伴随有利化学反应的吉布斯自由能的减少，配体与细胞外结构域的结合可能伴随有光发射。当配体结合到受体时，信号进入细胞内结构域，从而激活相关联的酶，并向细胞核发出一连串信号，告诉细胞生长并分裂或停止生长。这些信号实际上可以是电磁性的。

蛋白质激酶是一种激酶，其可以通过化学地向其加入磷酸根基团(磷酸化)来修饰其它蛋白质。磷酸化通常会通过改变酶活性、细胞位置或与其它蛋白质的缔合而导致靶蛋白质(底物)的功能改变。人类基因组含有约560个蛋白质激酶基因，它们约占所有人类基因的2％。所有人类蛋白质的多达30％可以通过激酶活性来修饰，并且已知激酶调节大多数细胞通路，尤其是参与信号转导的那些。

自分泌刺激：

恶性细胞生成许多其自身的生长信号，这使它们能够在减少外部生长刺激的情况下分裂，一些细胞能够产生其自身的生长因子并刺激其自身的生长。然后，这些生长因子被驱动或扩散至细胞膜，并释放到刺激某些配体的细胞外部环境。

自分泌过程可能是在应激下来自细胞或一组细胞内部的电磁辐射的结果。应激信号会刺激生物光子，这有利于某些分子(在这种情况下为生长因子)的过度生产并使系统失衡。例如：胶质母细胞瘤表达血小板衍生生长因子或PDGF，肉瘤表达肿瘤生长因子α或TGF-α和表皮生长因子受体或E-GFR。在一个实施例中，本发明可以通过具有被X射线能量激发并发射UV能量(其被调谐成使这些生长因子(例如，肉瘤和胶质母细胞瘤中所述的EGFR和PDGF)变性)的能量调制剂而干扰与增殖有关的信息的传输。UV能量靶向生长因子，以停止细胞内部和外部的生长因子。可以想到具有能量调制剂(足够小的大小)以迁移到细胞质中并发射对生长因子的全部或部分变性具有选择性的UV辐射。

在正常细胞中，细胞表面受体的产生受限于基因表达和蛋白质翻译的细胞约束。然而，在肿瘤细胞中，基因的突变和受体的编码破坏了这种精密调谐的调节，并且在被称为基因扩增的现象中产生了太多的基因拷贝。

受体的过度转录和产生导致以下事实：受体表达越多，配体可用的结合位点就越多。这是一种跑道状况。精密调谐的动力学的失衡导致肿瘤细胞具有更高的可能性通过将配体结合到装饰细胞壁的过量受体而被触发进入生长期。

生长因子受体的总体过表达可能导致非配体依赖性信号转导，其中受体在没有刺激分子的情况下是有活性的。受体的结构改变也可以导致非配体依赖性激活。包含修饰构象的这种结构改变可能由光触发，例如在许多细胞内结构域缺失或具有组成性活性的情况下的EGRF的截短形式。

EGF受体(例如，HER1或ErB-1)是一型受体酪氨酸激酶亚家族的成员。这些受体主要在来自以下的正常上皮细胞的膜中发现：皮肤、乳房、结肠和肺(以及其它)。EGF受体及其配体在调节细胞增殖分化和存活中起着核心作用。EGFR在例如结肠、直肠和头颈部引起的肿瘤中过表达。

当特定配体结合到其受体时，这会导致受体发生改变，其将特定信号传输到细胞中。例如，受体酪氨酸激酶被激活并引发特定于所述受体的信号转导通路。这种现象被称为信号转导。

信号转导通路的激活在细胞质或流体细胞内空间中产生复杂的事件链，最终进入细胞核，在所述细胞核中刺激调节细胞周期进程的基因转录，从而导致细胞增殖。

与癌症有牵连的主要级联中的一个是Ras Raf激活蛋白MAP激酶通路。另一个有趣的通路是磷光体3型激酶或PI3K/Akt/mTOR通路。这些通路彼此连接，并且认为在所有人类肿瘤中都存在细胞调节失控的其它信号转导通路或任何这些通路的正常控制的丧失。

一旦信号到达细胞核，转录因子即被激活。这些因子转录基因，所述基因被翻译成蛋白质(例如，生长因子)，这是使细胞继续增殖所必需的。疗法可以靶向负责肿瘤生长的因子，包含配体受体、细胞内第二信使和核转录因子。

配体在结合到受体之前可以被中和：这种的一个实例是安维汀，它是一种靶向循环血管内皮生长因子或VEGF的人源化单克隆抗体。

可以针对体内的不同细胞靶向血小板衍生生长因子或PDGF、纤维母细胞生长因子或FGF以及其它配体实例。如前所例示，基于光的疗法可以靶向这些化学成分的变性。

正常细胞和肿瘤细胞的表面上的受体可以被直接抑制。爱必妥就是这种的一个实例。它是一种嵌合抗体，其直接结合到表皮生长因子受体并竞争性抑制EGF和其它配体(例如，TGF-α)的结合。阻断受体功能的另一种方式是通过与其相关联的受体磷酸化的小分子抑制剂。例如，EGF受体具有酪氨酸激酶，其可以被分子(例如，吉非替尼(Iressa)或厄洛替尼(Tarceva))阻断。

凋亡：

凋亡是生物体限制细胞生长和复制的机制。如果未发生凋亡，将很难控制生长，并且组织稳态也将丧失(实际上，这是癌症背后的关键机制中的一个)。癌细胞中的遗传改变不仅导致细胞增殖和生长增加，而且还导致细胞凋亡的丧失(即，恶性组织中过度的细胞生长和很少的细胞死亡)。凋亡发生在正常细胞中以允许去除受损细胞并在再生组织中保持恒定数量的细胞，并且是胚胎发生的重要部分。在普通成年人中，每天平均有500到700亿个细胞发生凋亡。凋亡的特征是例如以下的改变：细胞萎缩、线粒体细胞色素C释放以及细胞DNA碎裂成180个碱基对的倍数。最后，细胞被分解成小的凋亡小体，从而通过吞噬作用被清除。吞噬作用是细胞吸收膜结合囊泡中的细胞碎片或微生物的过程。囊泡与含有蛋白酶的溶酶体融合，并且被吞入的材料被处理以进行回收。

有两种通路可以激活凋亡：

1-第一种是死亡受体或外在通路。它是由肿瘤坏死因子受体超家族的成员的激活触发的。

2-第二种是通过线粒体或内在通路。这是由DNA损伤引起的。

两种通路最终都会刺激一组被称为半胱天冬酶的酶，所述酶与凋亡蛋白抑制剂或IAP和Bcl-2蛋白质家族(其分别具有促凋亡和抗凋亡性质)相互作用。

在一些恶性细胞中，存在由于抗凋亡蛋白的过表达而导致的对细胞凋亡的抗性。例如，由于其基因的易位，Bcl-2在B细胞淋巴瘤中过表达。相反地，在一些胃肠道肿瘤和白血病中，可见具有促凋亡分子(例如，backs)的失活突变。已经开发出靶向抗凋亡分子的抗癌剂。例如，已经设计了与Bcl-2的RNA互补的DNA的短片段或反义寡核苷酸，以减少这种抗凋亡蛋白的翻译。

转录因子的激活可以导致凋亡抗性。例如，这会在某些肿瘤中过表达核因子κB或(NF-kB)转录因子家族的成员时发生，从而导致IAP和Bcl-2家族的转录抗凋亡成员的增加。泛素蛋白酶体通路调节转录因子和其它细胞周期蛋白的表达。某些分子可以抑制或减少NF-kB和IAP激活并抑制肿瘤促进。硼替佐米是一种蛋白酶体抑制剂，其已在多发性骨髓瘤中表现出令人鼓舞的结果。它抑制蛋白酶体，从而导致NF-kB抑制剂水平升高并因此减少抗凋亡蛋白。

组织侵袭和转移：

正常细胞以受控方式生长，其形成组织，所述组织形成具有特定功能的器官。恶性细胞通过其侵袭相邻结构以及散布或转移的能力来限定。恶性肿瘤可以随时转移。它们是通过让细胞从主通道脱落，进入血流和/或淋巴通道并移动到身体的其它部位，从而引发新的肿瘤来实现的。它们的侵袭能力最终会影响它们所生长成的正常组织的功能。转移是涉及肿瘤细胞之间复杂相互作用的多因子过程。

EGFR通路激活并调制转移。当适当的信号进入细胞时，就会引起细胞质内的复杂的事件链。这些事件最终进入细胞核，在所述细胞核中刺激调节细胞周期进程的基因转录和细胞生长。通过细胞激活过程产生的一种蛋白质是酶基质金属蛋白酶或MMP。当肿瘤细胞转移时，它会从主要肿瘤脱落并进入细胞外空间。肿瘤细胞分泌MMP(其降解胶原细胞外基质)或ECM(突破围绕肿瘤的基底膜)，从而使肿瘤细胞向血液或淋巴管迁移。

当MMP到达血管时，它们会通过酶促作用破坏血管周围的基底膜，从而打开进入血管内壁的上皮细胞的通道。然后，肿瘤细胞可以通过上皮细胞的紧密连接进入而迁移到血液和淋巴中。然后，肿瘤细胞通过血液和淋巴输送到其它组织。众所周知，转移性肿瘤细胞倾向于靶向某些器官(相较于其它器官)，但对其原因了解甚少。肿瘤细胞向器官的迁移非常像损伤之后的白血细胞向组织的募集。

最初，肿瘤细胞与内皮细胞的粘附较弱，这使肿瘤细胞沿血管内壁隐蔽，直至形成更牢固的结合。一旦转移细胞牢固地附接到内皮内壁，它们就会离开血管并进入组织。它们还留下开放的通路，这使侵袭性较小的肿瘤细胞侵袭组织并生长。

血管生成：

随着肿瘤的生长，它最终将达到需要具有另外的脉管系统以维持持续生长的大小。为了达到这个目的，肿瘤细胞在被称为血管生成的过程中分泌某些蛋白来刺激血管在肿瘤中及其周围生长。参与血管生成的主要通路中的一个涉及血管内皮生长因子或VGEF及其受体家族。存在七种亚型的VEGF和三种受体，所述受体各自以不同的方式结合。VGEF以多种方式影响位于血管内壁的内皮细胞。它可以通过激活细胞外激酶和MAP激酶信号转导通路来使它们增殖。它可以诱发可以破坏基底膜的蛋白质，以使内皮细胞迁移并侵袭这些蛋白质，包含基质金属蛋白酶或MMP、欧洲激酶纤溶酶原激活剂uPA及其受体uPAR以及组织型纤溶酶原激活剂。它使血管更具渗透性，从而使分子和液体泄漏出去。

当MMP分泌到细胞外空间时，它会降解细胞外基质，从而使促血管生成因子到达脉管系统。利用细胞外基质，包含VGEF的降解的促血管生成因子可以到达肿瘤周围的血管的内皮细胞上的受体，从而刺激血管中的血管生成信号。

VGEF还通过上调凋亡抑制剂来帮助新的内皮细胞存活。VEGF还激活内皮细胞以表达使新血管形成所必需的蛋白质。最终结果是新血管向肿瘤中生长。随着这种新血管向肿瘤中的生长，可以向肿瘤递送另外的滋养品。肿瘤中的新血管因此促进了进一步的肿瘤生长。靶向VEGF及其受体的策略已在临床实践中成功使用。安维汀是一种结合VEGF并阻止其与其受体结合的抗体。另一种疗法是Sutint，它是一种对VEGF和PDGF受体具有高结合亲和力的小分子抑制剂。利用补骨脂素化合物和UV能量调制剂，可以通过结合VEGF和PDGF的亲和力来获得相同的结果。另一种策略是针对确切的频率(来自UV-VIS)，以引起VEGF和PDGF的电离或变性。

尽管对这些各种生物过程了解很多并且对细胞间通信/信号转导的现象也了解很多，但仍需要利用细胞的信号转导能力来在受试者内影响和/或触发各种这些生物过程的方法和技术。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种用于治疗受试者中的病状、病症或疾病的方法，所述方法诱发未直接暴露于可以引起生物、化学、物理或治疗改变的试剂的靶向区域中的改变。所诱发的改变原位发生以治疗病状、病症或疾病。

本发明的另一目的是提供一种用于使用信号从受试者的第一或对照区域到第二或靶区域中的传输来实现靶区域中的预定改变而治疗受试者中的病状、病症或疾病的方法。

本发明的另一目的是提供一种用于使用细胞间通信来实现靶区域中的预定改变而治疗病状、病症或疾病的方法。

本发明的另一目的是提供可用于实施各个方法实施例的各种生物光子收集器和生物光子旁路。

通过发现一种治疗受试者的方法，满足了本发明的这些和其它目的，结合优选实施例(无论是单独的还是其组合)的以下详细描述，所述这些和其它目的将变得更加明显，所述方法包括：

提供耦合到所述受试者的生物材料的第一区域；

引发所述第一区域中的所述细胞的细胞环境的改变；和

由于所述第一区域中的所述细胞的生物或化学活性的改变，诱发所述受试者内部的第二区域中的生物改变。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，在更好地理解本发明的同时，将容易获得对本发明及其许多附带优点的更完整的理解，其中：

图1是示出了示例性细胞100的各种细胞组分的示意图。

图1A是示出了图1的细胞组分以及存在用于发射光以刺激或模拟生物光子辐射的生物光子和磷光体的示意图。

图2示出了图1中示出的细胞100的质膜100的结构的示意图。

图3示出了肿瘤细胞之间的附件的连接视图300。

图3A是示出了图3的连接图以及存在用于发射光以刺激或模拟生物光子辐射的生物光子和磷光体的示意图。

图4示出了细胞(例如，图1中示出的细胞100)的内部框架400的示意图。

图4A是示出了图4的内部框架以及存在用于发射光以刺激或模拟生物光子辐射的生物光子和磷光体的示意图。

图4A-1是常规的LRC电路和等效类型的生物电路的描绘。

图5是根据本发明的一个实施例的生物光子收集器500的描绘。

图6A-6C是根据本发明的一个实施例的电磁生物光子收集器600的描绘。

图7是根据本发明的一个实施例的分形天线的描绘。

图7-1是示出了根据本发明的一个实施例的波导710的截面的示意图，其具有高k介电材料712、低k介电材料714和中心金属716。

图7-2是示出了具有开放同心偏振构造720a的本发明的一个实施例的天线拾取区域的示意图。

图7-3描绘了根据本发明的一个实施例的天线732的阵列730。

图7-4示出了根据本发明的一个实施例的与天线732互连在一起图7-3中示出的基桩配置730的横截面。

图7-5是根据本发明的一个实施例的多尖(multi-up)阵列天线750的示意图。

图7-6是根据本发明的一个实施例的图7-5中示出的多尖阵列天线750的另一示意图，其示出了多尖阵列天线750的项表面下方的项层互连网络762。

图7-7是根据本发明的另一实施例的图7-5中示出的多尖阵列天线750的另一示意图，其示出了包含顶层互连网络762和底层互连网络764的完整互连网络。

图7-8是根据本发明的实施例的可以以不同方式排列的天线(包含正方形天线780a、矩形天线780b和菱形天线780c)的描绘。

图7-9是根据本发明的一个实施例的螺旋型包装天线布置790的描绘。

图7-10是根据本发明的一个实施例的窗室的描绘。

图7-11是根据本发明的一个实施例的由石英晶片制成的窗795的描绘，所述窗具有彼此独立的不同部分。

图8是根据本发明的一个实施例的中空光学生物光子旁路800的描绘。

图9是根据本发明的一个实施例的导电生物光子旁路900的描绘。

图10是根据本发明的一个实施例的另一种导电生物光子旁路1000的描绘。

图11是根据本发明的一个实施例的磁性生物光子旁路1100的描绘。

图12是根据本发明的一个实施例的基于DNA的生物光子旁路1200的描绘。

图13是根据本发明的一个实施例的活细胞生物光子辐射器1300的描绘。

图14是本发明的系统1400的描绘，所述系统用于将微波能量施加到靶区域以局部加热靶区域中的细胞并由此诱发生物光子发射。

图15是根据本发明的一个实施例的体内生物光子源1500的描绘。

图16示出了BP3、BP10和BP6磷光体的光谱发射。

图17是示出了来自BP3的光子能量倾向于产生比BP6或BP10更多的MA的图。

图18是示出了随距X射线源的距离和时间而变化的BP3光子能量下的MA形成的图。

图19是示出了随距X射线源的距离和时间而变化的BP3光子能量下的XL的图。

图20-24示出了来自证实光子能量暴露下的MA形成和/或XL的其它实验的结果。

图25是示出了通过混合两种磷光体看到的对MA的非线性影响的图。

图26是螺旋形“变构杠杆臂”的描绘，其被Strickland等人认为是耦合两种蛋白质的功能的机制。

图27是变构光激活阻遏剂的设计的描绘。

图28是UVR8标记的蛋白质的光触发解离的描绘。

图29是根据本发明的一个实施例的一种用于治疗受试者的方法的流程图。

图30是根据本发明的另一实施例的另一种用于治疗受试者的方法的流程图。

具体实施方式

与本文描述的那些类似或等同的所有方法和材料都可以用于本发明的实践或测试中，其中本文描述了合适的方法和材料。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考文献通过引用整体并入本文。在冲突的情况下，以本说明书(包含定义)为准。此外，除非另外说明，否则材料、方法和实例仅是说明性的，并不旨在是限制性的。

尽管不限于以下，但本发明及其天然生物光子辐射源及其人造生物光子辐射源可以改变细胞的结构或上述功能(包含电信号转导)，可以改变促进细胞生长(繁殖)或细胞死亡的化学泵送和离子输送过程，并可以改变各种细胞之间的“通信”或“耦合”，从而提供一种用于治疗受试者中的病状、病症或疾病的方法。

如本文使用，生物光子辐射以本领域认为这些“辐射”或超弱发射是不同的任何程度涵盖有丝分裂辐射。实际上，自20世纪以来，来自细胞系统的超弱发射现象一直是各种研究的话题。这个话题可以追溯到七十多年前俄罗斯生物家Gurwitsch AlexanderG.Gurwitsch的早期研究，他推测超弱光子发射会在细胞内传输信息[A.G.Gurwitsch、S.S.Grabje和S.Salkind，“导致细胞分裂的特定病原体的性质(Die Natur desspezifischen Erregers der Zellteilung)”，《生物发展力学档案(Arch.Entwicklungsmech.Org.)》，100，11-40，1923]。他的研究试图回答一个直到现在仍未完全解决的问题：“细胞分裂的原因是什么？”结合多个观察结果，Gurwitsch得出的结论是，这种事件需要两个因子的同时发生：(1)内部细胞“准备”分裂，和(2)外部冲动，即来自外部并“开启”(已经准备好的)有丝分裂的信号。他认为，外部冲动是非化学的(即，一种辐射)，并诱发位于细胞表面上的特殊分子受体的“集体激发”。这一著作以及最近的著作都表明，“诱发长度”(即，距发射生物光子辐射的细胞和对生物光子辐射作出反应的细胞的距离)非常短，约为几mm，一些人找到了最佳距离，即1-10mm。

在各个实施例中，本发明涵盖用于标识生物光子电磁能并在细胞内部(细胞内)以及在一组短距离邻近细胞之间(细胞间)以及最终在两组不同的细胞之间(在这种情况下为在肿瘤内部的一组患病细胞和肿瘤微环境(TME)中的一组未患病细胞之间)刺激这种天然产生和传输的电磁能的产生的方法和技术。在一些情况下，本发明涉及天然存在的生物光子电磁能的传输的刺激或中断。

在20世纪70年代，许多研究人员对这一研究领域进行了研究。后来，欧洲和日本的几个研究小组使用低噪声灵敏光子计数检测系统对来自各种细胞的生物辐射的存在进行了研究[B.Ruth和F.-A.Popp，“生物系统超弱光子发射的实验研究(ExperimentelleUntersuchungen zur ultraschwachen Photonenemission biologischer Systeme)”，《自然研究杂志，A：物理科学(Z.Naturforsch.，A：Phys.Sci.)》，31c，741-745，1976；T.I.Quickenden和S.S.Que-Hee，“酿酒酵母生长期间发射的发光的光谱分布及其与有丝分裂辐射的关系(The spectral distribution of the luminescence emitted duringgrowth of the yeast Saccharomyces cerevisiae and its relationship tomitogenetic radiation)”，《光化学与光生物学(Photochem.Photobiol.)》，23，201-204，1976；H.Inaba、Y.Shimizu、Y.Tsuji和A.Yamagishi，“用于生化应用的超弱化学发光和生物发光的光子计数光谱分析系统(Photon counting spectral analysing system ofextra-weak chemi-and bioluminescence for biochemical applications)”，《光化学与光生物学(Photochem.Photobiol.)》，30，169-175，1979]。Popp及其同事提出了与来自生物系统的超弱光子发射相关联的某一“信息特征”的证据，其通常被Popp称为“生物光子”。其它研究报告了来自各种物种(包含植物和动物细胞)的超弱光子发射[H.J.Niggli、C.Scaletta、Y.Yan、F.-A.Popp和L.A.Applegate，“使用纤维母细胞分化评估骨生长因子效率中的超弱光子发射(Ultraweak photon emission in assessing bone growth factorefficiency using fibroblastic differentiation)”，《光化学与光生物学杂，志B(J.Photochem.Photobiol.，B)》，64，62-68，2001；]。UV辐照的皮肤纤维母细胞的实验结果表明，与正常细胞相比，修复缺陷着色性干皮病细胞表现出超弱光子发射的有效增加。[H.J.Niggli，“人造阳光辐照在人类皮肤纤维母细胞中诱发超弱光子发射(Artificialsunlight irradiation induces ultraweak photon emission in human skinfibroblasts)”，《光化学与光生物学杂志B(J.Photochem.Photobiol.，B)》，18，281-285(1993)]。

在生物系统中也观察到延迟的发光发射[F.-A.Popp和Y.Yan，“相干态下生物系统的延迟发光(Delayed luminescence of biological systems in terms of coherentstates)”，《物理快报A(Phys.Lett.A)》，293，93-97(2002)；A.Scordino、A.Triglia、F.Musumeci、F.Grasso和Z.Rajfur，“阿特拉津水溶液的存在对地中海伞藻的体内延迟发光的影响(Influence of the presence of Atrazine in water on in-vivo delayedluminescence of acetabularium acetabulum)”，《光化学与光生物学杂志B(J.Photochem.Photobiol.，B)》，32，11-17(1996)；这种延迟发光用于蔬菜产品的质量控制[A.Triglia、G.La Malfa、F.Musumeci、C.Leonardi和A.Scordino，“延迟发光作为番茄果实质量的指标(Delayed luminescence as an indicator of tomato fruit quality)”，《食品科学杂志(J.Food.Sci.)》，63，512-515(1998)]或用于评估生物组织的质量或质量改变[Yu Yan、Fritz-Albert Popp、Sibylle Sigrist、Daniel Schlesinger、Andreas Dolf、Zhongchen Yan、Sophie Cohen、Amodsen Chotia，“植物的延迟发光的进一步分析(Furtheranalysis of delayed luminescence of plants)”，《光化学与光生物学杂志B：生物学(Journal of Photochemistry and Photobiology B：Biology)》，78，235-244(2005)]。

据报告，UV激发可以进一步增强超弱发射，并且使用一种用于检测UV-A-激光诱导的超弱光子发射的方法来评价癌细胞和正常细胞之间的差异。[H.J.Niggli等人，《激光-紫外线-A诱导的哺乳动物细胞中的超弱光子发射(Laser-ultraviolet-A-inducedultraweak photon emission in mammalian cells)》，《生物医学光学杂志(Journal ofBiomedical Optics)》，10(2)，024006(2005)]。

有些人坚持认为，身体的健康取决于某些易受化学或物理毒性因子影响的生物电振动。

Farhardi等人在“肠上皮细胞中的非化学、非电细胞间信号转导的证据(Evidencefor non-chemical，non-electrical intercellular signaling in intestinalepithelial cells)”，《生物化学(Biochemistry)》，71(2007)142-148，Science Direct(其全部内容通过引用并入本文)中同步报告，其中机械分离的邻近细胞(不能经由化学或电机制进行通信)仍然在邻近细胞(未经治疗)中表现出对经历凋亡的经治疗细胞的响应。Farhardi等人发现，与对照细胞(其中加入H

Matsuhashi等人在“嗜碳化物芽孢杆菌(Bacillus carbibiphilis)细胞响应来自同源性和异源性细菌的细胞的生长促进物理信号(Bacillus carbibiphilis cellsrespond to growth-promoting physical signals from cells of homologous andheterologous bacgteris)”，《普通与应用微生物学杂志(J.Gen.Appl.Microbiol.)》，42，315-323(1996)(其全部内容通过引用并入本文)中报告，细菌细胞自身可以发射在远至30cm的邻近细胞以及甚至由铁板隔开的细胞中刺激集落形成的信号。Matsuhashi等人得出的结论是，音波是在细胞培养物之间传播的可能信号。

测量生物光子辐射的波长光谱的尝试已报告了330-340nm波长范围(预期会在天然介质中吸收)中的190-250nm区域内的光谱，从而限制了生物光子辐射在受试者内部移动的距离。虽然天然生物光子辐射源也很弱并且在UV范围内，但它会以10到100Hz的频率在持续时间为大约10

其它人报告了来自皮肤细胞的生物光子发射，检测到的光子发射光谱为500到700nm，主要和次要发射峰分别在630-670nm和520-580nm处。

Shanei等人在2016年在线发表于www.jbpe.org上的《从细胞检测超弱光子发射(UPE)作为病理学研究的工具(Detection of Ultraweak Photon Emission(UPE)fromCells as a Tool for Pathological Studies)》(其全部内容通过引用并入本文)报告，众所周知，所有活细胞会发射超弱光子发射(UPE)，这被认为是由于细胞代谢中的化学反应的副产物引起的。Shanei等人报告，已经证明细胞中的活性氧(ROS)增强了UPE强度。Shanei等人报告，这种UPE的强度非常弱(即，几个到10

在Shanei等人进行的实验中，他们使用了9235B作为51mm(2”)直径的端窗式光电倍增管(ET企业有限公司，英国)来测量从HT-29细胞(一种常见的消化道癌症)发射的光子。他们的检测器在350nm处具有最大响应，在250nm到600nm的检测范围内的量子效率为30％。Shanei等人表明，将H

图1A示出了一个区域(未示出)通过例如“天然”生物光子辐射102(即，来自附近的活细胞的辐射)耦合到图1A中示出的区域中。在本发明的一个实施例中，通过将这些区域耦合在一起，由于第一区域中的细胞的生物或化学活性的改变，将诱发受试者体内部的第二区域中的生物改变。

如本文使用，耦合是指一个区域中的细胞诱发另一区域中的生物改变的多种方式。这种耦合可以利用有丝分裂辐射、生物光子辐射、电磁辐射、紫外辐射、可见光辐射和近红外辐射。不同区域之间的这种耦合可以是经由关联态的量子纠缠、磁耦合、经由电场传播耦合、经由生物原生质(bioplasma)态耦合、经由音波耦合、经由单光子型非经典光学器件耦合、经由相干光发射耦合、通过隧穿纳米管耦合、通过卫星DNA耦合、通过生物波导耦合、经由生物光子旁路耦合、经由生物光子辐射的刺激或模拟耦合以及以上描述和以下更详细描述的任何这些机制的组合。不管耦合机制如何，根据本发明的一个实施例，提供了一种治疗受试者的方法，其包括：提供耦合到所述受试者的生物材料的第一区域；引发所述第一区域中的所述细胞的细胞环境的改变；和由于所述第一区域中的所述细胞的生物或化学活性的改变，诱发所述受试者内部的第二区域中的生物改变。

可替代地，图1A、3A和4A中示出的磷光体104可以模拟“天然”生物光子辐射102，并诱发与天然生物光子辐射已经诱发的相同或相似的改变。来自磷光体104的光发射也可以用于刺激“天然”生物光子辐射102。

如本文使用，由于生物光子辐射的确切性质是未知的，并且由于它很可能包括许多不同种类的辐射，因此本发明的辐射收集器是能够收集来自从紫外光到可见光、红外和远红外频带的各种光谱的辐射的收集器(或一系列不同种类的收集器)。此外，在一个实施例中，辐射收集器被设计成收集从活生物细胞发射的电场和/或磁场辐射。此外，在一个实施例中，辐射收集器被设计成收集从活生物细胞发射的声波或音波，并将那些收集信号重定向和/或放大到治疗区域。

一种适合于收集生物光子的光学装置将是积分球。美国专利申请出版物第2017/019867号(其全部内容通过引用并入本文)描述了适用于本发明的积分球配置，只是′867申请中的窗元件将由容纳活组织样本的细胞代替。图5是根据本发明的一个实施例的生物光子收集器500的描绘。

如图5中所示，生物光子收集器500包含具有如下所述的高反射内表面的积分球502。生物光子收集器500在球502的基部包含图5中示出的活细胞容器504。生物光子收集器500包含用于传输来自球502的生物光子的输出窗506。生物光子收集器500任选地包含刺激窗508，所述刺激窗可以用于将容器504中的细胞暴露于可以刺激生物光子辐射的辐射。生物光子收集器500包含用于向容器504供应细胞或营养素或流出物的喷嘴510。通道512可用于供应和去除流出物。

在本发明的一个实施例中，生物光子收集器500将很可能通过用于将光从窗506传输到患者中的传输光学器件(未示出)设置在患者外部。积分球502将具有由高反射材料制成和/或涂覆有高反射材料的内表面。例如，积分球502可以由中空球形成，所述球的内壁涂覆有材料涂层(例如，硫酸钡层或二氧化钛等)。从容器504发射的生物光子光将在内表面上反射并定向到输出窗506。在本发明的一个实施例中，在容器504上具有薄生物材料层将避免自吸收效应并提供生物光子辐射源以被传输到患病部位。在本发明的一个实施例中，喷嘴502提供了一种向容器504加入诸如过氧化氢的流出物以诱发受控的细胞死亡或加入营养素以促进细胞生长的方式。

对于无线电波或微波光谱中的电磁辐射的双光子发射，可以使用天线。图6A-6C是本发明的一个实施例的电磁生物光子收集器600的描绘。

生物光子收集器600类似于美国专利申请出版物第20010/0032437号(其全部内容通过引用合并于此)中所述。生物光子收集器600包含用于存储物质的容器602。容器602设置有射频天线604。电路系统606可以包含芯片610、形成天线线圈的电路路径612以及用于将电路路径与芯片610连接的导线614。

如图6B和6C中所示，所述电路系统设置在容器602的外表面620上，并且在所示的实施例中环绕容器602。在容器602内部的是活细胞。在本发明的一个实施例中，可以向容器602加入诸如过氧化氢的流出物以诱发受控的细胞死亡或加入营养素以促进细胞生长。在本发明的一个实施例中，作为电磁辐射的双光子发射将被收集并从电路系统606传输到靶治疗区域。

在本发明的一个实施例中，作为电磁辐射的双光子发射将被检测，并且其波形特性将由芯片610存储。在本发明的一个实施例中，无线电波或微波生成器(或另一电磁辐射广播器)可以使用所存储的波形特性以生成/模拟双光子，从而传输到靶治疗区域。

图7是可以在本发明的一个实施例中用作电磁生物光子收集器600的天线的分形天线的描绘。

分形天线使用自重复设计，例如自重复设计702，或其它分形图案。它可以在总表面积中最大化天线材料的长度。通常，分形天线是紧凑的，并且具有宽的运作频带，因为分形天线会在许多不同的谐振下谐振，这意味着它可以充当许多不同电磁频率的天线。由于天线的分形性质充当了电容器和电感器的虚拟网络，因此产生了不同的谐振。

在本发明的一个实施例中，可以将分形天线印刷(或以其它方式形成)到容器602的外表面620上。在本发明的一个实施例中，可以将分形天线印刷(或以其它方式形成)在陪替氏培养皿上。在本发明的一个实施例中，可以将分形天线印刷到支持活细胞的生物相容性聚合物上。这些分形天线将用于收集生物光子电磁辐射。

无论使用哪种天线，都可以将天线连接到光谱分析仪，以评估从生物细胞捕捉的电磁辐射的频率特性。一旦测量，可以使用rf或微波生成器来复制测量光谱。

由于光的圆偏振，很难最大化耦合到光源的光纤，尤其是在光源很小和/或光强度非常弱的情况下(这通常被认为是天然存在的生物光子辐射源的情况)。在本发明的一个实施例中，非偏振光的电场的圆偏振最好通过具有不同定向的金属化基桩的光波导来捕捉。在一个实施例中，基桩的尺寸将为约1/4波长宽x3/4波长长，并且基桩将以所有可能的同心和球形辐射定向来进行定向。在本发明的一个实施例中，发生的生物光子活性是通过窗室(如下所述)体内测量或在孔板或容器中体外测量的。平面阵列多基桩配置提供了一种用于其它目的并且适合收集生物光子辐射的独特的天线。

在本发明的一个实施例中，生物光子辐射(包含光)的收集可以使用分形天线设计，其类似于上面针对在无线电或微波频率下收集电磁辐射集合所述，但是在本实施例中，其被设计成用于可见光范围或在可见光范围附近且比无线电或微波频率短得多的频率。在一个实施例中，重复图案不具有长度短于λ/8的基桩。优选地，天线基桩的长度在约λ/4到约3λ/4的范围内。因此，例如，如果预期光测量集中在300nm左右，则目标基桩长度将在75nm和225nm之间。

可以使用熟知的半导体方法来堆积小的金属特征(包含但不限于低k SiO

金属特征在电磁理论中被认为具有无限的介电常数，因此能够拾取生物光子的振荡电场。电磁能沿着最高介电常数的路径(在这种情况下为金属)传播。光可以并且将沿着具有高k SiO

可以在适当尺寸的石英晶片上进行图案化。如图7-2中所示，天线拾取区域优选地具有开放同心偏振构造720a。

金属基桩722从公共中心径向延伸。其它图案是可能的并且可以被使用，包含同样在图7-2中示出的开放同心偏振构造720b的更简单的表示。

图7-3描绘了配置在石英晶片(未示出)上的天线732的阵列730。取决于预期用途，各种图案都是可能的。作为一个实例，阵列天线各自具有同心且呈平面状的拾取基桩，如图7-3中所示。

天线基桩与内部柱相连接(参见图7-7中示出的内部柱766)，所述内部柱由与图7-1相同的材料设计制成，其配置具有金属芯，所述金属芯被形成光波导的高k SiO

图7-4中示出了与天线732互连在一起的图7-3中示出的基桩配置730的横截面。

图7-5是多尖阵列天线750的示意图。

图7-6是图7-5中示出的多尖阵列天线750的另一示意图，其示出了多尖阵列天线750的项表面下方的顶层互连网络762。

图7-7是图7-5中示出的多尖阵列天线750的另一示意图，其示出了包含项层互连网络762和底层互连网络764的完整互连网络。

图7-8是可以以不同方式排列的天线(包含正方形天线780a、矩形天线780b和菱形天线780c)的描绘。

图7-9是螺旋型包装布置790的描绘，其中每个天线瓣792以每圈0.618034(360°圆之外)放置，以尽可能好地暴露于细胞光。这种期望的螺旋布置由通常所说的斐波那契数列产生。

所得的多尖图案具有高密度和螺旋配置，类似于在松果和向日葵中发现的那种。本螺旋图案对于其所实现的包装来说是期望的。

可以将这种图案化天线构建在可以适合半导体设备能力的任何大小的石英晶片上。可以构建承载数千个天线(2,000到100,000个天线)的石英晶片。本石英晶片可以根据窗室模型来使用。类似地，配备有分形天线的石英晶片可以用于聚碳酸酯孔板内部。可以在具有嵌入式分形天线的石英晶片的顶部进行细胞接种。可以设想各种实验以阐明单个细胞内部或多个细胞之间的基于光的通信。使用分形天线在体内进行光子测量的能力使人们能够在体内或体外测量来自活组织的生物光子辐射。

如上面在其它实施例中所讨论，一旦被测量，这些信号可以被从其来源传输到治疗部位，或者可以被复制以模拟生物光子辐射。

窗室小鼠模型在保持透视的能力以进行直接观察和监测的同时进行体内医学研究方面已经获得了广泛认可。图7-10是根据本发明的一个实施例的窗室的描绘，其中窗区域795被构造成用于生物光子辐射通过其传输。

例如，窗室793可以配备有(相同或不同设计的)分形天线以允许光子活性的测量以及具有直接观察和监测的能力。对于分形天线，在窗795的至少一部分中的天线图案化可以通过将天线元件的尺寸设定为可见光的亚波长来进行，使得可以观察窗室793下方的生物区域。分形天线可以如上所述，或者可以是任何期望的分形天线配置。

图7-11是由石英晶片制成的窗795的描绘，所述窗具有彼此独立的不同部分。这种设计允许从受试者的不同分区测量光子活性。在一个实施例中，图7-11的窗795可以用于回答是否存在(ON)或不存在(OFF)光子活性的问题。可以收集和存储波长或光谱信息，而不管天线是否被分成多个部分。

图7-11还示出了本发明的一个实施例，其中将天线分成多个部分以使得可以从每个部分监测光子活性(或其不存在)。窗795中的每个分形天线可以连接到单独的光纤柱766，或者每个部分中的所有分形天线可以一起连接到一个公共光纤柱766。

文献公认的生物光子辐射微弱的问题的复杂化是进一步的问题，即这些弱信号(天然起源于受试者内部)在散射和吸收的条件下在频散介质中移动，从而使得生物光子辐射不能移动更远的距离。在体外测试细胞中，甚至mm级的距离也是显著的。本发明的解决方案：利用人造导管(即使存在任何散射和较低的吸收，也会很少)绕过自然界的频散光学通路(以下称为“生物光子旁路”)。

如果生物光子需要在相当长的距离上传输，例如从身体外部传输到身体中或从相较于靶区域更易于对照的身体的一个区域传输，则生物光子旁路可以具有纤维或纤维束的物理特性。

生物光子旁路可以具有光学薄片的物理特性，其中来自薄片的倏逝波穿透浅深度进入患病器官。

生物光子旁路可以是将对照区域与患病器官分开的简单的聚合窗，其按照Yevgeny专利申请美国专利申请出版物第2009号中所述的方式制造(以下更详细讨论)。

生物光子旁路可以是填充有蛋白质溶液的毛细管。在先前著作中，在窄毛细管中填充了稀释的蛋白质溶液，并将一端暴露于MGR(生物光子辐射的另一个名称)。在另一端未检测到辐射，直到蛋白质填充的毛细管与电场对准。因此，在一个实施例中，本发明的生物光子旁路可以是蛋白质填充的导管，其中所施加的电场可以“门控”以开启或关闭沿着蛋白质填充的导管的生物光子的传输。

在一个实施例中，从一个细胞发射的生物光子在自身产生其自身的生物光子发射的附近或靠近的细胞中诱发光辅助反应，从而导致从一个细胞到另一细胞的生物光子发射，表现为跨许多细胞的“通信”。

在一个实施例中，生物光子是从发光物种的激发态发射的。激发态的集合可以被认为是“生物原生质”。在本上下文中，生物原生质是衍生自生物电子学、分子生物学和固态等离子体物理学的术语，并且是指体内生物分子主要处于稳定、集体、激发态的状态。它被认为是“冷等离子体”，其在整个生物体中形成了充满活力的信息网络，涉及作为表现出复杂动力学的氧化还原(氧化-还原)化学振荡器的主要成分的半导电蛋白质的胶体。这类似于使用化学能、电能或磁能将其泵送成激发亚稳态的低功率激光器。

活态(living state)的生化反应之间的耦合是通过电磁进行的，其中波状的内部协调由外部发射的电磁波包围。外源性电磁场的生物效应归因于整个生物原生质的集体谐振性质，而不仅仅是其各个部分中的任何一个。

因此，在本发明的一个实施例中，这种生物原生质的集体态可以受到局部改变的影响。影响局部改变的一个候选项是施加电场，以改变细胞的偏振并关闭(或开启)化学反应。其它候选项在别处更详细描述，但包含向器官中的选定细胞部分提供超声、微波或局部冷却。

无论采用何种收集技术，能量传输结构(作为生物光子旁路)都可以将生物光子携带到靶部位。如果生物光子光在UV到近IR范围内，则可以使用光纤。在一个实施例中，对于生物光子旁路，真空/空气将是最可靠的介质。因此，中空腔光学器件可以用于本发明的生物光子旁路，以在中空腔光学器件内部传输UV到近IR范围内的生物光子，同时绕过待治疗的受试者的介质。图8是根据本发明的一个实施例的中空光学生物光子旁路800的描绘。美国专利第8,454,669号(其全部内容通过引用并入本文)描述了一种用于UV光线疗法的类似装置。在本发明的中空光学生物光子旁路800中，存在壁802，其限定了中空腔804，所述中空腔填充有空气、气体或可能在真空下，用于将UV光传输到受试者中，其可以在本发明中使用。内表面806将是高反射表面。在远端(或出射)端810处，将存在可以将生物光子光通量分散或集中到治疗部位中的光学器件。

如果生物光子是低频电信号(包含DC场)，则可以使用导线或导电迹线(作为生物光子旁路)来传输低频电波。图9是根据本发明的一个实施例的导电生物光子旁路900的描绘，其中低频电信号在其被传输，同时绕过待治疗的受试者的介质。图9中示出的导体902类似于美国专利第7,272,427号中所述的那些(其全部内容通过引用并入本文)，其中使用′427专利中的导体在患者处于MRI环境中时测量来自心肌的生物电信号。在此，在本发明的图9实施例中，导电生物光子旁路900具有导电部分902和布置在导电部分902上方的护套部分904。导电部分902和护套部分904由电介质906隔开。导电生物光子旁路900可以包含终止于连接器910上的多个导体902，以附接到待治疗的受试者。如果导线或导电迹线被用作生物光子旁路以将低频电信号从低频电信号源递送到靶部位进行治疗，则可以将连接器910导体附接到上面提到的活细胞和/或靶区域。在一个实施例中，如图9中所示，将具有多个护套(未示出)的多个导体902绞合在一起以减小高频噪声。

图10是根据本发明的一个实施例的另一导电生物光子旁路1000的描绘，其中生物光子作为高频电波在其中传输，同时绕过待治疗的受试者的介质。在图10的实例中，使用了同轴电缆1002。波导(作为生物光子旁路)也可以用于传输高频电波。这些装置(同轴电缆和波导)对于特定频率的辐射具有高度的选择性。如图10中所示，导电生物光子旁路1000包含同轴电缆1002，其具有外部塑料护套1010、编织铜屏蔽1012、内部介电绝缘体1014和铜芯1016。芯1016可以由其它金属或合金制成，但通常使用铜。同轴电缆与其它屏蔽电缆有所不同，因为电缆的尺寸受到控制以提供精确、恒定的导体间距，这是同轴电缆有效用作传输线所必需的。

图11是根据本发明的一个实施例的磁性生物光子旁路1100的描绘，其中生物光子作为时变磁场或静态磁场在其中传输，同时绕过待治疗的受试者的介质。如图11中所示，导磁材料形成磁路(作为生物光子旁路)，从而将时变磁场或静态磁场从源携带到靶标。磁性生物光子旁路1100利用双间隙设计。在一个间隙中，存在磁场源。如图11中所示，在一个间隙中，设置了含有活组织的细胞，即活细胞生物光子发射器1102，其是磁性生物光子源。磁轭1104和1108形成“电路”，其将电路中的磁场从活细胞生物光子发射器1102通过磁轭1104携带到靶或治疗区域1106，再由磁轭1108携带回活细胞生物光子发射器1102。

在本发明的另一实施例中，施加到第一区域的生物光子辐射能够在一个或多个细胞中(优选在100GHz到10THz区域中)触发代谢活性改变，从而触发所述一个或多个细胞经历改变的代谢活性，并且任选地进一步触发来自所述一个或多个细胞的随后的生物光子发射。可以使用微波广播器或微波波导结构将这些频率应用于靶结构。

在一个实施例中，天然存在于生物材料中的DNA的螺旋链用于传输100GHz到5THz频率范围内的辐射，或用于沿着传统上被认为是“卫星”或“垃圾”DNA(以下被称为“信号转导DNA”)的DNA进行电荷输送或信号转导。这种信号转导DNA对应于DNA链的大约98.5％，只有约1.5％的DNA链在遗传上起编码蛋白质或RNA等的作用。传统上据信仅由各种无功能的重复核苷酸碱基片段组成，但本发明人提出，这种信号转导DNA实际上可以(并且确实)充当人类以及其它动物中的细胞间通信或信号转导的一种组分。其它人也已假设信号转导DNA具有某种形式的功能(参见例如Jiin-Ju(Jinzhu)，“生物光子的物理性质及其生物功能(PHYSICAL PROPERTIES OF BIOPHOTONS AND THEIR BIOLOGICAL FUNCTIONS)”，《印度实验生物学杂志(Indian Journal ofExperimental Biology)》，第46卷，2008年5月)。

图12是根据本发明的一个实施例的基于DNA的生物光子旁路1200的描绘，其中100GHz到5THz的频率范围内的生物光子在其中被传输，同时绕过待治疗的受试者的介质。

在图12中，信号转导DNA 1202包含在波导型外部结构1204中。外部结构1204的长度和直径根据待传输的频率范围来确定大小。光刻和印刷方法可以用于在硅基板中生成沟槽，所述沟槽既可以容纳信号转导DNA，又可以形成波导结构，以使生物光子在100GHz到5THz的频率范围内跨过硅基板表面传播并到达治疗部位。本领域中已知的晶片变薄方法可以用于使硅晶片变薄，从而使得基于DNA的生物光子旁路1200可能是柔性的生物光子旁路。

因此，在本发明的各个实施例中，将生物光子辐射施加到靶结构上可以直接影响患病区域，或者可以增强从第一区域(其中正在人工诱发细胞死亡)到第二或治疗区域的生物光子发射。这种生物光子发射可以充当第一或对照区域中的“通信改变”的方式，从而在第二或靶区域中诱发改变。这种人造生物光子发射还可以起到增强天然存在的生物光子发射的作用。这种生物光子发射还可能导致对照区域和靶区域之间的量子耦合。

因此，在本发明的各个实施例中，第一和第二区域通过介质(无论是人造的还是天然的，或固有地存在于第一和第二区域的生物材料中)彼此“耦合”，所述介质以第一或对照区域中“通信改变”的方式将生物光子传输到靶区域，从而在第二或靶区域中诱发改变。

因此，在本发明的一个实施例中，容器中的活生物细胞可以用作生物光子辐射源。可以使用多种方式来形成这种类型的源。在一个实例中，受试者外部的陪替氏培养皿或容器可以含有活生物细胞。参见图5和6。在本发明的一个实施例中，陪替氏培养皿的基部将含有与活细胞几乎直接接触的辐射收集器。辐射收集器将具有薄钝化层(如果需要)，以确保辐射收集器的材料不与陪替氏培养皿中的溶液相互作用。从生物细胞发射的生物光子辐射将被光学收集器捕捉，然后传输到治疗部位，例如受试者内部。例如，可以在容器中用过氧化氢治疗癌症株(与患者相同或相似)以诱发细胞死亡。生物光子辐射将从容器收集，并在生物光子旁路(绕过患者的中间组织)中传输到患病区域，从而促进细胞死亡。

美国专利申请出版物第2009/0203530号(其全部内容通过引用并入本文)描述了一种用于经由进化核酸介导的化学生产具有适合于催化活性或结合活性的性质的聚合物的方法。如′530申请中所述并且适合于本发明，可以合成非生物聚合物(例如，DNA、RNA或蛋白质以外的聚合物)。这种聚合物包含但不限于肽核酸(PNA)聚合物、聚氨基甲酸酯、聚脲、聚酯、聚丙烯酸酯、聚亚烷基(例如，聚乙烯、聚丙烯)、聚碳酸酯、具有非天然立体化学的多肽、具有非天然氨基酸的多肽及其组合。在某些实施例中，聚合物包括至少10、25、75、100、125、150或更多个单体单元。这些聚合物可以用于封装活细胞生物光子辐射器的生物细胞。

在本实施例中，活细胞生物光子辐射器可以存在于患者外部，或者可以通过手术在患者内部设置于患病部位处。美国专利第8,999,376号(其全部内容通过引用并入本文)描述了包括纤维蛋白原(和/或纤维蛋白)的组织贴片。这种类型的纤维蛋白胶已获得FDA的批准，并且可以用于实施局部止血，提供在一些临床应用中适合的密封剂性质，并促进组织近似。纤维蛋白胶模拟了凝血级联的最终步骤。图13是根据本发明的一个实施例的活细胞生物光子辐射器1300的描绘，其中活细胞被作为活细胞层1320的一部分加入。

图13中示出的基体1310可以是具有基本上圆形的横截面几何形状的圆柱形盘1350的形式。在其它实施例中，基体1310(或整个组织贴片)可以具有其它横截面几何形状，诸如例如基本上椭圆形、多边形(例如，包含任意数量的侧面，例如三角形、四边形(例如，矩形或基本正方形)等形式)、不规则形状或任何其它合适的形状。

在本发明中，这些类型的贴片1310可以被应用于器官组织。例如，基体1310将被附接到器官(未示出)。在活细胞层1320中将含有与待使用生物光子辐射所治疗相类似的一种活细胞。将在活细胞层1320上施加密封剂层1330。在本发明的一个实施例中，密封剂层1330将含有促进细胞生长的物质或促进细胞死亡的物质，其将被可控制地释放到活细胞层1320中。

在本发明的一个实施例中，基体1310将是在膜1355中具有孔1350的多孔或半多孔结构，从而允许从活细胞层1320和器官进行生物和流体连接。

由于活细胞层1320中的细胞受到从密封剂层1330释放的物质的影响，因此实现了从活细胞层到器官的生物光子辐射。可替代地，密封剂层1330可以含有磷光体或其它元素，例如比碳重得多的金属，以优先吸收X射线(通过磷光体产生紫外线或可见光)或优先吸收微波(通过金属局部加热)。在一个实施例中，UV或可见光或局部加热将“压迫”活细胞层1320中的细胞，从而产生生物光子辐射。

美国专利申请出版物第2010/0120117号(其全部内容通过引用并入本文)描述了聚合物可以用于在细胞疗法应用中包被活细胞，因此将适合用作本发明中用于容纳活细胞生物光子辐射器的生物细胞的容器。′117出版物描述了一种聚合物包被的细胞构造，其包括活细胞和包括至少一个重复单元的聚合物，所述重复单元由选自由式(I)、式(II)和式(III)组成的群组的式表示

其中n为1或2；其中x和y各自是约1到约500的整数；其中Z是任选的连接基团，其包括约零到约20个碳原子、约零到约5个氧原子、约零到约五个氮原子、约零到约5个硫原子以及约零到约五个磷原子；并且其中每个W独立地选自由以下组成的群组：生物素、脂肪酸、荧光染料、抗体、肽、靶向配体、多糖和带负电基团，所述聚合物非共价附接到活细胞外部的至少一部分。

′117出版物进一步描述了一种用于包被活细胞的方法，其包括将活细胞与包含如上所示的至少一个由选自式(I)、(II)和(III)的式表示的重复单元的聚合物相互混合，其中聚合物与活细胞相互混合的量足以有效地至少部分地包被活细胞的外部。

与在′117出版物中所描述相似，在针对活细胞生物光子辐射器的本发明的一个实施例中，多种患病细胞可以被上述聚合物包被的细胞构造所含有或携带。这些患病细胞可以包含表现出神经系统疾病(例如，帕金森氏病、多发性硬化症)、心血管疾病(心肌缺血、梗死心肌的修复和再生)、肝病(肝衰竭)、糖尿病、皮肤和肾衰竭(慢性肾衰竭、急性肾衰竭)的细胞和癌组织。

在本发明的一个实施例中，待用本发明的活细胞生物光子辐射器治疗的靶组织可以是器官，例如心脏、大脑、肾脏、皮肤、肝脏、肌肉、脾脏、肺、脊髓和骨髓。可以对这种类型的组织或来自这些器官的组织进行活检、培养，然后返还到患者的疾病部位处。取决于所考虑的治疗，这些细胞可以含有促进细胞死亡或细胞生长的治疗剂。随着这些治疗剂的作用，生物光子发射会辐射未含在聚合包衣中的相邻细胞，从而诱发相邻细胞的改变。

按常规来说，基于细胞的疗法存在四个基本问题。这些问题是细胞的动员、归巢到靶部位、整合到天然组织或器官中以及植入细胞的存活。在本发明的一个实施例中，至少在可以使用来自聚合物包裹的细胞的生物光子辐射之前，聚合物包衣帮助活细胞生物光子辐射器的细胞整合到天然组织中并帮助植入细胞的存活。通过用聚合物包被细胞，可以在血液中保护细胞数小时。聚合物包被的细胞也可以被保护免受宿主的免疫响应。这些包衣可以保护细胞治疗剂，同时允许重要营养素(包含氧气)通过。

细胞类型的选择取决于所治疗的疾病、所包被的细胞类型和活细胞生物光子辐射器的形成部分。例如，将骨骼肌细胞注射到心肌梗塞后的瘢痕组织中；将神经元细胞施用到患有帕金森氏病的患者的大脑。可以用于本发明的活细胞生物光子辐射器的细胞源包含胚胎干(ES)细胞、成年干细胞、祖细胞(例如，骨骼肌母细胞、胎儿和新生儿心肌细胞)和脐带血。

作为本发明的活细胞生物光子辐射器的上述聚合物中含有的细胞的一个实例，心血管和肺组织也可以含有祖细胞或干细胞，在正确的条件下可以诱发所述祖细胞或干细胞增殖并修复细胞损伤。例如，最近的发现表明，在成年肺中存在胎儿增殖性肺泡上皮干细胞的亚群。此外，其它组织(例如，皮肤、肝脏、大脑和肌肉)具有祖细胞或干细胞群，其可以为细胞疗法提供另外的细胞源。

为了缺血性心肌的新血管化，可以将本发明的活细胞生物光子辐射器的内皮祖细胞注射到靶区域中，以促进新血管生长。细胞是从骨髓或外周血的单核细胞部分分离的。细胞可以是完整的分离细胞，或者细胞可以首先在培养中进行扩增。本发明的活细胞生物光子辐射器的其它实例包含用代替移植物治疗皮肤疾病。骨骼干细胞植入可以用于骨再生。软骨细胞可以用于修复关节软骨。可以使用本发明的活细胞生物光子辐射器用干细胞/祖细胞治疗急性和慢性肾衰竭。

本发明的活细胞生物光子辐射器的细胞源可以是自体源或非自体源。在一些实施例中，可以对细胞进行遗传修饰。在由于疾病或其它状况而无法从患者获得足够的细胞供应的情况下，可以使用非自体源。非自体细胞包含同种和异种细胞。非自体源必须克服天然宿主免疫排斥过程。根据实施例的聚合物包衣提供了针对宿主免疫响应的保护。

自体细胞的使用通常涉及获得患者自己的细胞，在数周内大量扩增体外细胞，和以部位特异性方式重新引入细胞。

用于施用本发明的活细胞生物光子辐射器的细胞的多种方式对于本领域技术人员而言将是显而易见的。这种方法包含将细胞注射到受试者中的靶部位中。可以将细胞插入递送装置中，所述递送装置有助于通过注射或植入而引入到受试者中。这种递送装置可以包含用于将细胞和流体注射到受体受试者的身体中的管(例如，导管)。在一个优选实施例中，所述管另外具有针(例如，注射器)，实施例的细胞可以通过所述针在期望位置处引入到受试者中。在一个优选实施例中，将细胞调配成用于经由导管施用到血管中(其中术语“导管”旨在包含用于将物质递送到血管的各种管状系统中的任何一种)。细胞可以被制备成以多种不同形式递送。例如，细胞可以悬浮在溶液或凝胶中。细胞可以与药学上可接受的载体或稀释剂混合，其中实施例的细胞保持活力。药学上可接受的载体和稀释剂包含盐水、缓冲水溶液、溶剂和/或分散介质。此类载体和稀释剂的使用在本领域中是熟知的。所述溶液优选是无菌的和流体的，并且通常是等渗的。优选地，所述溶液在制造和储存条件下是稳定的，并且通过使用例如对羟基苯甲酸酯、氯丁醇、苯酚、抗坏血酸、硫柳汞等而保存以抵抗诸如细菌和真菌的微生物的污染作用。

聚合物包被的细胞的施用方式包含但不限于全身性心内、冠状动脉内、静脉内或动脉内注射以及在预期活性部位直接注射到组织中。所述制剂可以通过任何方便的路径施用，例如通过输注或推注注射，并且可以与其它生物活性剂一起施用。施用优选是全身性的。最优选地，施用部位接近或最接近预期活性部位。在一些实施例中，响应于由于损伤而产生的趋化因子，聚合物包被的细胞将迁移或归巢到需要治疗的组织或器官，而无需对聚合物包被的细胞进行特异性修饰以用于靶向。

聚合物包衣的改性可以使本发明的活细胞生物光子辐射器的细胞归巢到靶部位。可以使用蛋白质靶向剂(例如，与特异性膜部位结合的抗体或蛋白质)来将聚合物包被的细胞靶向靶器官或组织。在本文描述的方法的一些实施例中，聚合物包被的细胞在植入个体之前被修饰，以促进其靶向需要治疗的组织或器官。例如，聚合物可以包含与在靶部位(即患病或需要治疗的组织或器官的部位)丰富的抗原结合的抗体。

例如，已知特异性靶向癌细胞的单克隆抗体。这些中的许多是针对优先在癌细胞的表面上表达的生长因子受体的抗体。这些包含靶向HER-2/neu癌基因的人源化单克隆抗体曲妥珠单抗(赫赛汀)(Sato等人(2005)，《国际放射肿瘤学生物物理杂志(Int.J.Radiation Oncology Biol.Phys.)》，第61(1)卷：203-211)。HER-2/neu癌基因存在于卵巢癌、肺癌、胃癌、口腔鳞状细胞癌、乳腺癌和食道癌中。已经表明，BLCA-38单克隆抗体靶向前列腺癌和膀胱癌(Russell等人(2004)，《癌症免疫现状(Cancer ImmunolImmunother)》，第53卷：995-1004)。其它单克隆抗体是已知的，并且选择适合于待治疗的癌症或其它疾病或损伤的单克隆抗体在本领域技术水平内。

本发明的活细胞生物光子辐射器的聚合物包被的细胞向靶组织的迁移可以通过遗传修饰来增强，例如将编码归巢分子的外源性核酸引入到细胞中。归巢分子的实例包含对靶组织具有特异性的受体，例如趋化因子受体、白介素受体、雌激素受体和整联蛋白受体。

在各个实施例中，可以将受体配体(例如，运铁蛋白或表皮生长因子)包含在聚合物中以归巢到癌细胞。这些配体将特异性靶向肿瘤细胞上的受体。因此，包被的细胞的递送被局限在需要治疗的区域以实现最大的有效性。

将细胞(例如，干细胞)归巢到受伤组织的另一种方法是通过在受伤组织中增加损伤相关多肽(例如，细胞因子或粘附蛋白)的量来进行的。与不存在外源性损伤相关多肽或编码这种多肽的核酸的情况下的受伤组织区域中的干细胞的数量相比，所述方法增加了所述区域中的干细胞的数量。例如，损伤相关多肽(例如，生长因子)的标识激活了心脏中的内源性修复机制，例如心脏祖细胞的增殖和分化。这些作用可以引起生物光子辐射，从而补充相邻细胞的愈合。使受伤组织与编码诸如细胞因子或粘附蛋白的蛋白质的核酸接触。可替代地，将表达编码细胞因子或粘附蛋白的外源性核酸分子的细胞(例如，纤维母细胞)引入损伤部位。

在本发明的活细胞生物光子辐射器的一个实施例中，细胞任选地可以含有编码基因产物的外源性核酸，其增加细胞的内分泌作用(例如，编码激素的基因)或细胞的旁分泌作用。例如，对干细胞进行遗传修饰以含有编码骨形态发生因子的外源性核酸，并移植到骨、软骨或牙齿组织中，例如以治疗牙周炎。

本发明的活细胞生物光子辐射器的细胞任选地还包含编码其它生物活性或治疗性蛋白质或多肽(例如，血管生成因子、细胞外基质蛋白、细胞因子或生长因子)的核酸。例如，待移植到胰腺组织中的细胞含有编码胰岛素或胰岛素前体分子的核酸。所述细胞还任选地包含编码降低移植排斥(例如，CTLA4Ig CD40配体)或降低移植动脉硬化(例如，诱发型一氧化氮合酶(iNOS))的发展的基因产物的核酸。

组织特异性是基因疗法的基本问题，因为在靶细胞中具有治疗性的蛋白质也可能对正常组织有害。因此，转基因的非细胞特异性表达具有诱发在长期内可能导致病理的代谢和生理机制的可能性。局部注射可以提供靶向载体的某种程度的局部表达，但是，仍然可能溢出到循环中，这将会影响其它细胞和器官。在一些实施例中，可以使用转录靶向载体，其可以通过使用组织特异性启动子而将治疗性蛋白质的表达主要限制于靶细胞。

一旦植入了本发明的活细胞生物光子辐射器的细胞，细胞的维持就取决于向植入细胞的足够的营养素和氧气递送。根据实施例的聚合物细胞包衣可以允许氧气和其它营养素进入包被的细胞。

在本发明的一个实施例中，器官中细胞的选择部分可能会经受应激。因此，在本实施例中，多种应激源可以用于将化学和物理应激中的至少一种引入器官中的细胞的选择部分。例如，集中在器官的特定区域上的超声波可能诱发机械应激(例如，细胞膜的压缩和/或伸长)，从而改变营养素跨膜的输送，从而压迫那些细胞以诱发生物光子发射。

在另一实例中，器官的一部分中的组织的局部冷却将在细胞中产生应激以诱发生物光子发射。在另一实例中，器官的一部分中的组织的局部加热将在经历局部加热的细胞中产生应激以诱发生物光子发射。

在本实例中，微波高热治疗系统，例如美国专利第9,079,011号(其全部内容通过引用并入本文)中所述的那些，可以用于局部加热器官的一部分中的组织，从而在那些细胞中产生应激以诱发生物光子发射。按常规来说，高热已被用于出于多种目的升高组织的温度，包含：(i)通过施加热量破坏组织(例如，肿瘤)，(ii)增加加热组织对化学或放射疗法的易感性，和(iii)触发热激活或释放药物。使用微波电磁辐射进行高热治疗是众所周知的。

图14是本发明的系统1400的描绘，所述系统用于将微波能量施加到靶区域以局部加热靶区域中的细胞并由此诱发生物光子发射。

本发明的系统1400可以具有天线固定器1412，所述天线固定器支撑围绕治疗区1415的多个天线1414。在一个实施例中，治疗区可以由基本上半球形的壳体1416限定，所述壳体的内表面可以含有容纳并支撑患者头部的顶部的颈圈1418。颈圈可以填充有去离子水，所述去离子水可以通过具有冷却器/泵1421的连接软管1420循环，所述冷却器/泵提供患者头部的大约15摄氏度的皮肤冷却，以最小化来自天线14的微波能量对皮肤的表面加热。

天线1414优选地将微波能量向内定向到治疗区1415，并且例如可以是微波喇叭或贴片天线或本领域已知类型的其它天线，并且其间隔开以提供小于六厘米的基本上均匀的间隔。

每个天线1414可以连接到射频电源1422，所述射频电源提供对施加到天线的射频功率的独立的相位(

射频电源1422可以由治疗控制器1428经由接口板1426控制，例如提供从治疗控制器1428输出相位和幅度值的多路复用A/D转换器。治疗控制器1428可以包含处理器1430，所述处理器与存储器1432通信，所述存储器保存有所存储的程序1434和治疗计划数据1436，所述治疗计划数据描述了待在治疗期间施加到天线14的微波频率的变化的相位和幅度的治疗计划表。

治疗计划数据1436可以在治疗控制器1428上开发，但是也可以在单独的工作站1440上离线开发，所述工作站具有显示器1442，所述显示器用于显示由通信标准台式计算机1444生成的用于医师输入的治疗图(如将描述)，所述台式计算机还具有处理器1446、所存储的存储器1448，所述存储器保存有治疗计划程序1451和治疗计划数据1436(后者可以被转移到治疗控制器1428)。台式计算机1444还可以根据用于医师输入的众所周知的技术(如将描述)通过接口1452与输入装置1450通信。将理解，根据众所周知的技术，本发明所需的处理和数据存储可以在一个或多个处理器和不同类型的计算机之间自由地分布。

微波具有许多优势，包含穿过一些身体结构(例如，头骨)以治疗大脑能力，以及集中以例如对被组织包围的肿瘤进行局部治疗并减少了对周围组织的损害的能力。然而，在本发明的本实施例中，器官中的细胞的选择部分的局部和集中加热优先在没有细胞死亡的地方中止，因为死细胞不会发射生物光子辐射。相反，治疗计划压迫靶向区域中的活细胞发射生物光子辐射。

在另一实例中，使用“管接”到受试者中的外部UV光源(使用例如上述的中空波导)或在高能量或X射线辐照下使用磷光体，可以通过UV光以非致命剂量水平施加应激，以在器官内部产生局部应激。

今天，市场上至少有一种商业生物光子源，即韩国公司Biolight制造的BEP-AN15。据报告，Biolight源辐射超弱光子发射，从而通过可见光的调制生成能量；并且以类似于“自愿吸收的生物光子”的频率递送能量。

Joohyeong Lee等人在“生物光子生成器下的卵母细胞成熟改善了通过单性生殖和体细胞核转移衍生的猪胚胎的植入前发育(Oocyte maturation under a biophotongenerator improves preimplantation development of pig embryos derived byparthenogenesis and somatic cell nuclear transfer)”，《韩国兽医研究杂志(KoreanJ Vet Res)》，(2017)57(2)，第89-95页(其全部内容通过引用并入本文)报告了上述人造生物光子辐射源(即，Biolight制造的BEP-AN15)的使用。他们所报告的著作表明，体外成熟期间的生物光子治疗改善了单性生殖和体细胞核移植衍生胚胎的“发育能力”。Lee等人在他们的论文中描述，在先前著作中，已经表明“从外部源泄漏的非常少量的光子”会改变超弱光子发射和细胞间通信。

因此，在本发明的一个实施例中，使用人造离体(或体内)生物光子生成器来产生生物光子辐射或影响超弱光子发射和细胞间通信。

一种可能的人造生物光子辐射源包含Biolight Patent Holding AB(丹德吕德，瑞典)拥有的美国专利第5,800,479号(其全部内容通过引用并入本文)中描述的一种或多种装置。′479专利描述了一种借助光进行外部医疗的装置，其包含发光元件，所述发光元件旨在靠在或紧贴在个体的身体上的伤口或疮伤上。发光元件包含发光二极管等装置，并且被构造成(1)在第一阶段中在第一预定时间长度内发射红外光，随后在第二阶段中在第二预定时间长度内发射可见光。

另一种可能的人造生物光子辐射源包含Biolight Patent Holding AB(丹德吕德，瑞典)拥有的美国专利第6,238,424号(其全部内容通过引用并入本文)中描述的一种或多种装置。′424专利描述了一种用光进行外部医疗的设备。′424专利中的发光装置被提供为非常靠近个体的身体，并且包含发光二极管或适于发射第一波长的单色光的相对应元件。发光装置由驱动布置驱动，所述驱动布置使发光装置在第一状态下在第一预定时间段内发射单色光，随后选择性地在可能的第二状态下再第二预定时间段内发射与第一波长不同的波长的单色光。驱动布置使发光装置在相应时间段内根据预定脉冲频率或一系列脉冲频率使所发射的光脉动，并使发光装置发射具有脉冲长度的脉动光，所述脉冲长度在两个相互顺序的脉冲的相应起始边缘之间的时间的约60％到约90％的间隔内。

另一种可能的人造生物光子辐射源包含Biolight Patent Holding AB(丹德吕德，瑞典)拥有的美国专利第6,537,303号(其全部内容通过引用并入本文)中描述的一种或多种装置。′303专利描述了一种通过沿着哺乳动物身体内的淋巴通路排空淋巴来治疗哺乳动物的方法。在′303专利中，使用红外发光装置来以低脉冲重复频率发射脉动红外光。使发光装置与身体接触，并沿着淋巴通路在朝向淋巴腺的方向上移动，所讨论的淋巴管的通路通向所述淋巴腺。

在本发明的一个实施例中，这些人造源将被衰减以产生具有模拟天然生物光子辐射器的占空比和波长的弱或超弱光发射。例如，可以将UV发射发光二极管与上述可见光和红外发光二极管一起使用。UV发光二极管描述与美国专利第8,907,320号(其全部内容通过引用并入本文)中，其包含n型半导体层、设置在n型半导体层上的有源层、设置在有源层上并由p型AlGaN形成的p型半导体层、和设置在p型半导体层上并由掺杂有p型掺杂剂的石墨烯形成的p型石墨烯层。

在本发明的一个实施例中，首先分析待治疗的靶细胞以确定其生物光子发射特性。如果靶细胞是已知的癌症株，则可以分析代表性癌症系。可替代地，活检可以去除癌性肿瘤的小区域。这些代表性的或活检样本可能会遭受细胞死亡，并且可以观察到天然生物光子辐射。一旦已知或推断或估计了特性(例如，波长、占空比、总发射率)，则可以使用LED阵列元件的配置和驱动来模拟天然生物光子光谱。

根据上述文献结果，在本发明的一个实施例中，模拟光谱可以具有以下一个或多个特性：

190-250nm波长范围内的发射；

330-340nm波长范围内的发射；

190-250nm和330-340nm波长范围内的发射的组合；

跨250nm到600nm范围的发射；

红外范围内的发射；

在10到100Hz的重复频率下大约一毫秒的短爆发中的发射的持续时间；和

从几个到1000个光子/(sec.cm

这些特性仅是示例性的，并且将在如上所讨论的一个实施例中进行设计，以模拟待治疗的靶细胞的天然生物光子光谱。

来自外部生物光子辐射器的光将使用上述生物光子旁路耦合到患病或恶性部位。

本发明可以使用任何期望的能量转换器，包含但不限于具有晶体、多晶或非晶体微结构的能够发荧光和/或发磷光的有机荧光分子或无机颗粒。

具有高量子产率的有机荧光化合物包含但不限于：

萘、芘、苝、蒽、菲、对-三联苯、对-四联苯、反式-二苯乙烯、四苯基丁二烯、均二苯乙烯、2，5-二苯基噁唑、4-甲基-7-二乙基氨基香豆素、2-苯基-5-(4-联苯基)-1，3，4-噁二唑、3-苯基喹诺酮、1，3，5-三苯基-2-吡唑啉、1，8-萘-1′，2′-苯并咪唑、4-氨基-正苯基-萘二甲酰亚胺。

无机荧光和/或磷光材料涵盖多种材料。此外，这些材料可以掺杂有特定离子(激活剂或激活剂的组合)，所述离子在晶体或多晶材料的情况下占据晶格结构中的一个格位，并且可以占据非晶体材料中的网络形成格位或桥接和/或非桥接格位。这些化合物包含但不限于(未按偏好或效用顺序排序)：

CaF

另外的实例包含涵盖各种衍生物的ZnS型磷光体：ZnS:Cu，Al(Cl)、ZnS:Cl(Al)、ZnS:Cu，I(Cl)、ZnS:Cu、ZnS:Cu，In。

还包含化合物IIIb-Vb磷光体，其包含周期表的IIIb和Vb族元素。这些半导体包含BN、BP、BSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb，并且这些材料可以包含共同作用以诱发发光二极管的供体和受体。这些供体包含但不限于Li、Sn、Si、Li、Te、Se、S、O，并且受体包含但不限于C、Be、Mg、Zn、Cd、Si、Ge。进一步包含主要的GaP发光二极管，其包含但不限于GaP:Zn，O、GaP:NN、Gap:N和GaP，其分别发射红色、黄色、绿色和纯绿色。

所述材料可以进一步包含诸如GaAs的材料，其具有以下种类的组成变化：In

还包含碳化硅SiC，其在蓝色发光二极管中作为发光平台具有商业相关性。这些包含具有供体(例如，N和Al)和受体(例如，Ga和B)的多型体3C-SiC、6H-SiC、4H-SiC。

另外的实例包含多频带发光材料，包含但不限于以下组合物(Sr，Ca，Ba)

还包含通常用于荧光高压汞放电灯的材料。它们可以用X射线激发，并以如下家族名称例示：磷酸盐(Sr，M)(PO

通过主体化合物进行的另一种分组包含卤代磷酸盐磷光体、磷酸盐磷光体、硅酸盐磷光体、铝酸盐磷光体、硼酸盐磷光体、钨酸盐磷光体和其它磷光体中的化学组合物。卤代磷酸盐包含但不限于：3Ca

铝酸盐磷光体包含但不限于LiAlO

硼酸盐磷光体包含：Cd

钨酸盐磷光体包含但不限于：CaWO

各种掺杂的磷光体的激活剂包含但不限于：Tl

发光中心Sb

发光中心Tb

使用X射线激发的另外的目标磷光体化学包含但不限于这些磷光体的k边缘。低能量激发可以在具有低k边缘的材料中产生强烈的发光。下面列出了这些化学中的一些和相对应的k边缘：

这些材料可以单独使用或两种或两种以上组合使用。可以制备多种组合物以获得期望的输出波长或波长光谱。

在本发明中，可以选择磷光体选择，使得在X射线或其它高能量源辐照下，从磷光体发射的光将模拟待治疗的靶细胞的天然生物光子光谱，类似于上文所述，其中示例性特性可以包含：

190-250nm波长范围内的发射；

330-340nm波长范围内的发射；

190-250nm和330-340nm波长范围内的发射的组合；

跨250nm到600nm范围的发射；

红外范围内的发射；

在10到100Hz的重复频率下大约一毫秒的短爆发中的发射的持续时间；和

从几个到1000个光子/(sec.cm

因此，在本发明的一个实施例中，紫外线和可见光发射可以用于本发明的体内生物光子源。

图15是体内生物光子源1500的描绘，其中靠近细胞的磷光体1510被高能量(例如，X射线或电子束)激发以生成模拟从靶细胞的生物光子辐射已知或测量的特性的生物光子辐射1530。

在图15的描绘中，生物光子1530可以穿透细胞并与细胞的内部组分(例如，细胞中的线粒体和细菌)相互作用。在本发明的一个实施例中，生物光子1530可以通过传输通过连接细胞的隧道纳米管而被传输到供体细胞。稍后将对隧穿纳米管进行更详尽的讨论。在本发明的一个实施例中，生物光子辐射可以通过将电荷置于隧穿纳米管的内壁上的光致电离事件改变沿着隧穿纳米管的化学和电荷输送。

因此，在本发明的一个实施例中，来自本发明的生物光子源的光子通量可以是但不一定是低光子通量源(在单光子的范围内，因此不能作为经受散射和吸收的经典光波前运作)。可以以仍然会产生有益结果的预期使用更高的通量，尤其是在受试者中的天然吸收/散射会在治疗区域内产生合适的光子通量的条件下。

在体内使用点生物光子生成器的情况下，X射线单元的占空比将确定所产生的生物光子辐射的占空比，磷光体选择或磷光体的组合将确定波长发射特性，并且磷光体上的外部涂层可以减弱靶部位处发射的光的水平。

此外，由于生物光子的光发射水平低，因此生物光子辐射治疗对患者的X射线剂量可以显著低于其它辐射治疗。

在本实施例中，下转换能量调制剂(例如，下转换磷光体)可以包括选自由以下组成的组的无机颗粒：金属氧化物；金属硫化物；掺杂金属氧化物；和混合金属硫族化合物。在本发明的一方面，下转换材料可以包括以下中的至少一种：Y

在本发明的一方面，下转换能量调制剂可以包括诸如以下的材料：ZnSeS:Cu，Ag，Ce，Tb；CaS:Ce，Sm；La

在本发明的其它方面，下转换能量调制剂可以是诸如以下的材料：氟化钇钠(NaYF

在本发明的其它方面，下转换能量调制剂可以是近红外(NIR)下转换(DC)磷光体，例如KSrPO

在本发明的一方面，也可以使用上转换能量调制剂，例如以下中的至少一种：Y

在本发明的一方面，能量调制剂可以单独使用或与其它下转换或上转换材料组合使用。

表1示出了其它合适的磷光体的列表：

表1

在本发明的一个实施例中，除了如上所述的YTaO

表2

“BP”磷光体可从肯尼索，乔治亚州的PhosphorTech公司，从BASF公司或从Phosphor Technology有限公司(Norton Park，Norton Road Stevenage，Herts，SG1 2BB，England)获得。

其它有用的能量调制剂包含半导体材料，包含例如生物相容的TiO

在本发明的各个实施例中，以下发光聚合物也适合作为能量调制剂：聚(亚苯基亚乙炔基)、聚(亚苯基亚乙烯基)、聚(对亚苯基)、聚(噻吩)、聚(吡啶基亚乙烯基)、聚(吡咯)、聚(乙炔)、聚(乙烯基咔唑)、聚(芴)等以及其共聚物和/或衍生物。

作为非限制性列表，以下也是合适的能量调制剂：Y

表3

在一个实施例中，在本发明中用作能量调制剂的磷光体可以包含磷光体颗粒、离子掺杂的磷光体颗粒、单晶或多晶粉末、单晶或多晶整料、闪烁体颗粒、封装磷光体的表面的至少一部分的金属壳体、封装磷光体的表面的至少一部分的半导体壳体和封装磷光体的表面的至少一部分的绝缘体壳体以及分布颗粒大小的磷光体。

在本发明的一个实施例中，可以将用于体内使用点生物光子生成器的磷光体涂覆上述的′117出版物聚合物，以将用于体内使用点生物光子生成器的磷光体归巢到靶部位。

通过在体内产生或在体内递送指定光波长的能力，本发明可以利用生物光子辐射和“激活”辐射都可用于治疗的混合方法。激活辐射将是特定波长的辐射，以激活光可激活药物(例如，补骨脂素或香豆素)。

可激活药剂的选择取决于多个因子，例如期望的细胞改变、期望的激活形式以及可能适用的物理和生化约束。示例性可激活药剂可以包含但不限于可以通过光子能、电磁能、声能、化学或酶促反应、热能或任何其它合适的激活机制激活的试剂。可激活剂可以是小分子；生物分子，例如蛋白质、核酸或脂质；超分子组装体；纳米颗粒；或一旦被激活具有药物活性的任何其它分子实体。

当被激活时，可激活药剂可以实现细胞改变，包含但不限于凋亡、代谢通路的重定向、某些基因的上调、某些基因的下调、细胞因子的分泌、细胞因子受体反应的改变或其组合。

可激活药剂可以实现其期望效果的机制没有特别限制。这种机制可以包含对预定靶标的直接作用以及经由对生化通路的改变的间接作用。优选的直接作用机制是通过使所述试剂与关键细胞结构(例如，核DNA、mRNA、rRNA、核糖体、线粒体DNA或任何其它功能上重要的结构)结合。间接机制可以包含在激活后释放代谢物以干扰正常的代谢通路、在激活后释放化学信号(例如，激动剂或拮抗剂)以改变靶向细胞响应以及其它合适的生化或代谢改变。

在一个实施例中，可激活药剂能够以治疗有效量化学地结合到DNA或线粒体。在本实施例中，可激活药剂(优选光可激活试剂)暴露于从能量调制剂(例如，磷光体)发射的激活能，所述能量调制剂继而从引发能量源(例如，X射线源)接收能量。

可激活剂可以源自天然或合成来源。可以由合适的激活信号源激活以实现预定的细胞改变的任何这种分子实体可以在本发明中有利地采用。

合适的光活性剂包含但不限于：补骨脂素和补骨脂素衍生物、芘胆固醇油酸酯、吖啶、卟啉、荧光素、若丹明、16-重氮可的松、乙锭、博来霉素的过渡金属络合物、去糖博来霉素的过渡金属络合物、有机铂络合物、咯嗪(例如，7，8-二甲基-10-核糖醇基异咯嗪(核黄素)、7，8，10-三甲基异咯嗪(光黄素)、7，8-二甲基咯嗪(光色素)、异咯嗪-腺嘌呤二核苷酸(黄素腺嘌呤二核苷酸[FAD])、咯嗪单核苷酸(也被称为黄素单核苷酸[FMN]和核黄素-5-磷酸酯))、维生素K、维生素L、它们的代谢物和前体、以及萘醌、萘、萘酚及其具有平面分子构象的衍生物、卟啉、染料(例如，中性红、亚甲蓝、吖啶、甲苯胺、黄素(盐酸吖啶黄素))和吩噻嗪衍生物、香豆素、喹诺酮、醌和蒽醌、四磺酸酞菁铝(111)、血卟啉和酞菁、以及优先吸附核酸而对蛋白质没有影响或几乎没有影响的化合物。术语“咯嗪”包含异咯嗪。

内源性衍生物包含内源性光激活的分子的合成衍生类似物和同系物，它们可能具有或缺少其衍生来源的光敏剂的较低(1到5个碳)烷基或卤素取代基，并且保留了功能和基本无毒。内源性分子是固有地无毒的并且在光辐射后可能不会产生有毒的光产物。

在本发明的一个实施例中，使用了混合治疗。在混合治疗的一个实施例中，将含有磷光体的患者内部的对照区域暴露于X射线，其光谱的紫外光和可见光激活上述可激活剂中的一种。光激活的试剂诱发凋亡，从而使癌细胞发射天然生物光子辐射。同时，模拟天然生物光子辐射的磷光体以相同的X射线暴露，并且也发射生物光子辐射。

在本发明的一个实施例中，由于由光激活的试剂诱发的细胞死亡发生的持续时间长于X射线暴露，因此生物光子辐射的原位同时生成可以被视为“信号转导”未受细胞死亡事件的光激活的试剂影响的相邻细胞。

在本发明的一个实施例中，光激活的X射线治疗可以通过首先用磷光体给患病部位剂量以进行光激活，然后随后用磷光体给患病部位剂量以进行生物光子生成来进行体内生物光子生成。由于生物光子的光水平较低，因此生物光子辐射给患者的X射线剂量可能显著低于光激活的试剂的激活剂量。

在本发明的一个实施例中，使用光源并不是为了模拟待治疗的靶细胞的天然生物光子光谱，而是为了刺激天然生物光子辐射。已知，整个范围的可见光都可以刺激生命系统发射生物光子信号。还已知，非损坏性紫外辐射也刺激生命系统发射生物光子信号。例如，已经观察到，300到450nm波长范围内的光可以诱导超弱光子发射。当以350nm刺激活细胞时，观察到最强的发射。在另一实例中，“白光”也诱导生物光子发射。

因此，在本实施例中，可以重新混合/重新选择以上体内双光子生成器实施例所述的磷光体和组合，使得X射线或其它高能量源辐照下的磷光体选择将从磷光体发射光，这将刺激受试者中的活组织以生成自身的天然双光子辐射。

在本发明的一个实施例中，由于活细胞自身(在刺激下)自然会生成相干发射，因此实现了受激发射相干性。例如，在没有化学毒素或高能量辐射的情况下，人们可以诱发癌细胞(通过暴露于“白光”或350nm光)以发射生物光子，就好像它们自身正在经历凋亡。然后，邻近癌细胞将对这种“信号转导”作出响应并死亡，并且在导致死亡的应激下将与细胞死亡相关联的实际生物光子信号重播给其邻近细胞。由于“重播”来自活细胞，因此将获得天然相干性。

如果在距相干发射一定距离处，相长干涉可能会促进生物、物理或化学反应，则相干性被认为是有利的。如果在距相干发射一定距离处，应促进和/或控制长程动态顺序，则相干性被认为是有利的。例如，含有电荷的生物分子的电极性结构在它们振动时会生成电磁场，从而以相干模式产生生物体的内源性电磁场。与此相关的是，大多数蛋白质是通常浸入水(一种高极性液体)中的电极性结构。当代谢能超过临界水平时，这些极性结构会处于非线性振动的稳定状态，并且能量以高度有序的方式存储作为相干激发。这种顺序自身表达为长程相位相关。生物系统中的顺序不仅被认为是空间上的，而且还被认为是动态的，并且可以包含整个生物体内的长程相干性。

整个细胞质中，活细胞的细胞骨架包含微管、树状结构。这些微管是可以被激发的电极性结构，并有望生成内源性相干电场，所述电场可能具有指导分子和电子在整个细胞内的输送的主导作用。而且，使整个身体内的细胞相互连接的具有由胶原蛋白构成的细胞外基质的结缔组织是集体生物原生质态的另一种可能的网络。

其它人已预测了100-1000GHz之间的电磁光谱的微波区域中生物场的谐振频率。因此，在另一实施例中，本发明的生物光子刺激器是在本频率范围内运作以“驱动谐振”或以其它方式影响这种生物原生质集合系统的行为的微波源。

可以用本发明治疗的示例性病状、病症或疾病可以包含但不限于癌症、自身免疫疾病、心脏消融(例如，心律不齐和心房颤动)、光致血管生成病状(例如，从头动脉粥样硬化、再狭窄)、内膜增生、动静脉瘘、黄斑变性、牛皮癣、痤疮、斑秃、红斑痣、脱发、类风湿性和炎性关节炎、关节病状、淋巴结病状以及认知和行为病状。

尽管不旨在受任何特定理论的束缚或以任何方式受到其它方式的限制，但是提供了以下科学原理和定义的理论讨论以帮助读者获得对本发明的了解和理解。

如本文使用，术语“受试者”不旨在限于人类，而是还可以包含动物、植物或任何合适的生物体。

如本文使用，短语“疾病或病状”是指可以包含但不限于癌症、软组织和骨组织损伤、慢性疼痛、伤口愈合、神经再生、病毒性和细菌性感染、脂肪沉积(抽脂)、静脉曲张、前列腺肥大、视网膜损伤和其它眼部疾病、帕金森氏病以及行为、知觉和认知障碍的病状、病症或疾病。示例性病症还可以包含神经(大脑)成像和刺激、用光直接控制脑细胞活性、控制细胞死亡(凋亡)以及细胞生长和分裂的改变。其它示例性的病状、病症或疾病可以包含但不限于心脏消融(例如，心律不齐和心房颤动)、光致血管生成病状(例如，从头动脉粥样硬化、再狭窄)、内膜增生、动静脉瘘、黄斑变性、牛皮癣、痤疮、斑秃、红斑痣、脱发、类风湿性和炎性关节炎、关节病状和淋巴结病状。

预定细胞改变的性质将取决于期望的药物转归。示例性细胞改变可以包含但不限于凋亡、坏死、某些基因的上调、某些基因的下调、细胞因子的分泌、细胞因子受体响应的改变、细胞色素c氧化酶和黄素蛋白的调节、线粒体的激活、刺激抗氧化保护通路、细胞生长和分裂的调制、神经放电(firing)模式的改变、氧化还原性质的改变、活性氧的生成、细胞中的细胞内组分的活性、数目或数量的调制、由细胞产生、排泄或与其相关联的细胞外组分的活性、数目或数量的调制或其组合。预定细胞改变可能会或不会导致靶结构的破坏或失活。

在一个实施例中，可以将本发明的治疗用于诱发针对恶性细胞(包含实体肿瘤中的那些)的自身疫苗作用。在任何快速分裂的细胞或干细胞可能会受到全身性治疗的损害的程度上，最好可以将任何信号、化学剂、生物剂或阻断剂直接引导到第一区域中，从而防止直接损害第二(或治疗)区域中的正常健康的细胞或干细胞，这可以通过在受试者外部或受试者内部以适当的激活能量激活化学发光、磷光或生物发光化合物来诱发。

候选项可以是1)器官组织的体内受激再生长，2)可能通过促进TNT进行的神经细胞间通信的替代通路的生成，以及3)抗炎性响应。

光生物调制，传统上也称为低水平激光疗法(LLLT)、冷激光疗法和激光生物刺激，是一种新兴的医学和兽医技术，其中暴露于低水平激光可以刺激或抑制细胞功能，从而带来有益的临床效果。波长、强度、持续时间和治疗间隔的“最佳”组合非常复杂，有时会因需要不同治疗参数和技术的不同疾病、损伤和功能障碍而引起争议。

在本发明的一个实施例中，可以将生物光子辐射的波长施加到第一区域或从第一区域内部发射生物光子辐射的波长，例如可以帮助组织再生，解决炎症，减轻疼痛并增强免疫系统。观察到的预期的生物和生理作用包含细胞膜通透性的改变以及三磷酸腺苷和一氧化氮的上调和下调。根据本发明的一个实施例，第一区域的生物材料中的所有这些改变可以负责在第二或治疗区域中诱发相对应的改变。

适于引起或引发本发明的第一或靶区域的生物材料的改变的光生物调制的临床应用包含例如治疗软组织和骨损伤、慢性疼痛、伤口愈合以及神经和感觉再生/恢复，并且可能甚至解决病毒性和细菌性感染，治疗神经系统疾病和精神疾病(例如，癫痫和帕金森氏病)(例如，Zhang F等人，《自然(Nature)》，446:617-9(2007年4月5日；Han X.等人，《公共科学图书馆·综合(PloS ONE)》，2(3):e299(2007年3月21日)；Arany PR等人，《伤口修复与再生(Wound Repair Regen.)》，15(6):866-74(2007)；Lopes CB等人，《光医学与激光手术(Photomed.Laser Surg.)》，25(2):96-101(2007))。另一种合适的临床应用是炎症的治疗，其中位置和剂量特定的激光辐照的抗炎性作用产生与NSAID相似的转归，但没有潜在的有害副作用(Bjordal JM、Couppé C、Chow RT、Tunér J、Ljunggren EA(2003)，“针对来自慢性关节病症的疼痛的低水平激光疗法的系统评价(A systematic review of low levellaser therapy with location-specific doses for pain from chronic jointdisorders)”，《澳大利亚物理治疗杂志(The Australian journal of physiotherapy)》，49(2)：107-16)。因此，在本发明的一个实施例中，可以将来自上述生物光子辐射源的生物光子辐射施加到第一或靶区域的生物材料，从而诱发第二或靶区域中的改变，这可以在第二区域中治疗软组织和骨损伤、慢性疼痛、伤口愈合以及神经和感觉再生/恢复，并且可能甚至解决病毒性和细菌性感染，并治疗神经系统疾病和精神疾病。

已标明，NIR光治疗可防止培养的神经元(脑)细胞的细胞死亡(凋亡)(Wong-Reiley MT等人，《生物化学杂志(JBC)》，280(6)：4761-71(2005))。特定波长的光可以促进细胞增殖以激活线粒体(其是经由细胞色素c氧化酶在细胞内产生能量的细胞器)。NIR治疗可以增强线粒体功能并刺激抗氧化保护通路。NIR治疗可以增强线粒体功能并刺激抗氧化保护通路的证据来自使用帕金森氏病(PD)实验室模型(人多巴胺能神经元细胞培养物)进行的光生物调制实验(Whelan H.等人，《国际光学工程学会(SPIE)》，《新闻编辑室(Newsroom)》，第1-3页(2008))。因此，在本发明的一个实施例中，可以施加来自上述生物光子源的生物光子辐射和NIR光或使其在第一或靶区域的生物材料中内部生成，从而诱发第二或靶区域中的改变以解决上述病症。

当用单色可见光辐照可激发细胞(例如，神经元、心肌细胞)时，也认为光受体是呼吸链的组分。从实验数据(Karu，T.I.，(2002)，《低功率激光疗法(Low-power lasertherapy)》，《CRC生物医学光子学手册(CRC Biomedical Photonics Handbook)》，T.Vo-Dinh总编辑，CRC出版社，博卡拉顿(美国)中可以清楚地看出，辐照可以经由线粒体中的吸收引起非色素可激发细胞的生理和形态改变。后来，结合低功率激光疗法对神经元进行了类似的辐照实验。其标明，在80秒内，He-Ne激光辐照会改变神经放电模式；还发现，用HeNe激光进行的经皮辐照模拟了行为反射的外周刺激作用。据发现，这些发现与疼痛疗法有关(Karu TI等人，(2002))。因此，在本发明的一个实施例中，可以施加低功率激光疗法，并且施加来自上述生物光子源的生物光子辐射或使其在第一或靶区域的生物材料中内部生成，从而诱发第二或靶区域中的改变以解决上述病症。

当光受体吸收光子时，发生电子激发，然后发生从低激发态(第一单重态和三重态)开始的光化学反应。还已知，吸收中心的电子激发改变了它们的氧化还原性质。迄今为止，文献中已经讨论了五个主要反应(Karu TI等人，(2002))。它们中的两个与氧化还原性质的改变有关，并且两种机制涉及活性氧(ROE)的生成。而且，可以诱发吸收生色团的局部瞬时加热(非常短的时间)。这些机制的细节可以在(Karu TI等人，(2002)；Karu TI等人，(1998)，《低功率激光疗法的科学(The Science of Low Power Laser Therapy)》，戈登和布里奇科学出版社，伦敦)中找到。因此，在本发明的一个实施例中，第一或靶区域的生物材料中(例如，来自上述生物光子源)的光子的吸收可以有助于第一区域中的改变，从而诱发第二或靶区域中的改变以改变上述通路。

经由激活呼吸链进行的光生物作用被认为是细胞中发生的一般机制。这种类型的细胞代谢激活的关键事件是由于细胞氧化还原电势向更氧化的方向移位以及由于ATP的额外合成而发生的。辐照的易感性和激活能力取决于所辐照细胞的生理状态：整体氧化还原电位移位到更还原状态的细胞(例如：一些病理状况)对辐照更为敏感。最终的光生物响应的特异性不是以呼吸链中的初级反应的水平确定的，而是以细胞信号转导级联期间的转录水平确定的。在一些细胞中，通过这种机制仅发生部分细胞代谢激活(例如：淋巴细胞的氧化还原引发)。因此，在本发明的一个实施例中，第一区域或靶区域的生物材料中(例如，来自上述生物光子源)的光子的吸收可以诱发第一区域中的改变，从而诱发第二或靶区域中的改变以影响上述呼吸链

已表明，远红和NIR辐射可促进伤口愈合，例如感染、缺血和缺氧伤口(Wong-Reley，WTT，《生物化学杂志(JBC)》，280(6)：4761-4771(2005))。红到NIR辐射还在甲醇毒性啮齿动物模型中保护视网膜免受甲醇衍生的甲酸的毒性作用，并且可以增强视网膜损伤和其它眼部疾病(假定线粒体功能障碍起一定作用)的恢复(Eells JT.，《美国科学院院报(PNAS)》，100(6)：3439-44(2003))。光生物调制的另一临床应用是通过IR激光辐照修复软组织和骨组织(Martinez ME等人，《医学中的激光(Laser in Med.Sci.)》，2007)。侵入性激光辅助抽脂是最近开发的一种方法，其中将激光光纤通过管引入皮肤，并直接进入脂肪细胞，从而使细胞作为液体捕捉并排出(Kim KH，《皮肤外科(Dermatol.Surg.)》，32(2)：241-48(2006))。所述区域周围的组织被凝固。另外，光生物调制的另一种应用是非手术静脉曲张治疗(静脉内激光疗法)，其中将激光穿过切口和整个静脉曲张的长度(Kim HS，《血管与介入放射学杂志(J.Vasc.Interv.Radiol.)》，18(6)：811(2007))。当缓慢撤回激光时，热量会被施加到静脉壁上，从而导致静脉永久闭合并消失。因此，在本发明的一个实施例中，第一或靶区域的生物材料中的红和IR光子的吸收以及生物光子辐射可以引起第一区域中的改变，从而诱发第二或靶区域中的改变以促进伤口愈合(例如，感染、缺血和缺氧伤口)和/或有助于修复上述软组织。

另外，光生物调制的另一个应用领域是用光直接控制脑细胞活性。所述技术基于NIR光谱，并且比其它方法(例如，功能性磁共振成像和正电子发射断层扫描)更易于使用且成本更低。

每当大脑的某个区域被激活时，大脑的所述部分就会使用更多的氧气。本技术通过测量大脑中的血液流动和氧气消耗来起作用。NIR激光二极管发射的光通过光纤被携带到人的头部。光穿透颅骨，在其中评估大脑的氧气水平和血液容量。然后，散射的光由光纤收集，发送到检测器，并由计算机进行分析。通过检查有多少光被散射以及有多少光被吸收，可以绘制大脑的部分和有关大脑活性的确切信息。通过测量散射，确定神经元在哪里放电。这意味着，科学家可以同时检测血液充盈和神经活性。所述技术可以用于许多诊断、预后和临床应用。例如，它可以用于发现儿童中的血肿，研究睡眠呼吸暂停期间大脑中的血液流动，并每天(甚至每小时)监测中风患者的恢复情况(用MRI来做是不切实际的)。为了验证所述技术，比较了通过NIR光谱和通过功能性MRI(目前大脑研究的“黄金标准”)同时获得的大脑中血红蛋白氧浓度。使用两种方法来生成手指运动和休息的周期性刺激期间的大脑运动皮层的功能图。与手指运动有关的运动皮层中的血红蛋白信号和MRI信号之间的空间一致性得到了证明。研究人员还证明了血红蛋白氧水平与大脑活性引起的散射改变之间的搭配。与快速神经元信号相关联的散射改变来自完全相同的位置。因此，在本发明的一个实施例中，耦合到大脑组织的第一或靶区域的生物材料中的NIR的吸收以及上述生物光子源的生物光子辐射可以直接引起第一区域中的改变，从而在实际大脑组织中诱发第二或靶区域中的改变，以如上所述控制大脑细胞活性。

低强度激光-氧癌症疗法是光生物调制的另一种应用。光氧效应(LOE)涉及通过生物系统中溶解的分子氧的直接光激发(使得其转化为单重态，即通过来自细胞中溶解的O2的分子单重态氧的光生产，类似于光动力效应)由光学辐射以低光学剂量激活或损坏生物系统(Zakharov SD等人，《量子电子学(Quantum Electronics)》，29(12)：1031-53(1999))。其表明，在存在或不存在光敏剂的情况下，He-Ne激光辐射都会破坏肿瘤细胞。可以通过小光学剂量来激活LOE，所述剂量比在以光动力效应(PDE)的形式与熟悉的类似物进行比较的情况下所发现的剂量要低4-5个数量级。因此，在本发明的一个实施例中，耦合到癌组织的第一或靶区域的生物材料中的He-Ne激光辐射的吸收以及上述生物光子源的生物光子辐射可以引起第一区域中的改变，从而在实际癌组织中诱发第二或靶区域中的改变。

一种光刺激技术涉及离子通道和受体的化学修饰，以使其具有光响应性。细胞中一些最基本的信号转导机制涉及Ca

用光直接控制脑细胞活性是实验神经回路的一种新颖方式，并且可能会产生针对一些病症的疗法。这一成就是朝着在毫秒级的时间尺度上绘制神经回路动力学(以查看在这些动力学方面的损害是否是严重的精神病症状的基础)的目标迈出的一步。了解不同神经元所具有的作用最终可以帮助研究人员弄清楚健康和不健康的大脑回路的工作方式。例如，如果使用所述技术可以表明特定种类的神经元的活性改变是症状的基础，那么这种见识将允许开发靶向遗传或药物治疗来修复这些神经元。可想象的是，直接用光控制神经元活性本身有朝一日可能会成为一种疗法。在此，本发明的磷光体配置可以被编程、指示或配置成递送光以直接控制神经元活性。

在活生物体中，科学家已经能够使蠕虫(秀丽隐杆线虫)停止游动，同时将其遗传改变的运动神经元暴露于通过显微镜增强的黄光脉冲。在一些实验中，暴露于蓝光会使蠕虫以不受干扰的情况下不移动的方式摆动。当灯关闭时，蠕虫恢复其正常行为。

同时，在从小鼠提取的活脑组织的实验中，研究人员能够使用所述技术使神经元在毫秒级的时间尺度上进行信号转导或停止，就像它们自然所做的那样。其它实验表明，细胞似乎没有受到暴露于光的不良影响。一旦暴露结束，小鼠将恢复其正常功能。

光学神经元控制的最直接应用是对神经回路进行实验，以确定不健康的神经回路为什么会失效以及健康的神经回路是如何工作的。

例如，在患有帕金森氏病的患者中，研究人员已经表明，细胞的电“深度大脑刺激”可以帮助患者，但他们不知道确切的原因。通过允许研究人员选择性地刺激或抑制大脑中的不同神经元，光刺激技术可以帮助确定哪些特定的神经元从深度大脑刺激受益。这可能会使具有一些不希望的副作用的电治疗更具靶向性。

本发明的另一实施例是神经通信的刺激。因为神经元通过生成信号模式进行通信——时而开，时而关，就好像二进制计算机代码的0和1那样——在这些模式中频闪的蓝光和黄光可能会迫使神经元发射与实际神经指令相对应的消息。本发明可以用于测试和调节复杂的神经元行为。人工刺激神经信号的能力，例如使用本发明的运动指令，可以允许医生为受损脊柱中的阻塞搭桥，从而可能使瘫痪患者的四肢恢复一些功能。

因此，在本发明的一个实施例中，被设计成用于第一或靶区域的生物材料中的光刺激的光子的吸收以及来自上述生物光子源中的一个的生物光子辐射可以经由光刺激引起或诱发第一区域中的改变，从而诱发第二或靶区域中的改变，以刺激和/或控制神经通信和其它神经元活性。

在一个实施例中，内部光源可以用于本发明中以刺激生物活性(如以上和其它地方所讨论)和/或模拟天然生物光子源。在一个实施例中，用于本发明的内部光源可以包含持久余辉磷光体材料，其发射可见光到近紫外光和紫外光范围内的光。这些内部光源可以是患者内部的光源，也可以是含有待暴露于光的生物材料的人造构造内部的光源，其中光源包括上转换或下转换磷光体或荧光剂，并且优选是下转换磷光体或荧光剂，其在暴露于X射线(或其它高能波或粒子)时会以这些磷光体和荧光剂的已知发射频带发射紫外线和/或可见光。这些内部光源可以是上面针对体内使用点生物光子生成器和生物光子刺激器所描述的那些。

在一个实施例中，使用Eu掺杂的铝酸锶作为内部光源，其中深UV光或X射线或电子束使光致发光“带电”，使得这些磷光体可以例如在患者外部带电然后注射到将发射UV光子的靶或患病部位中。在另一实施例中，铝酸钆锶镁用作内部光源，其中深UV光或X射线或电子束使光致发光“带电”，使得这些磷光体可以例如在患者外部带电，然后注射到将发射UV光子的靶或患病部位中。美国专利申请出版物第20070221883号(其全部内容通过引用并入本文)具体描述了钆激活的铝酸锶镁，其最大激发在约172nm处，并且在约310nm处以窄带UV发射发光。′883出版物还描述了用于本发明的其它有用的内部光源，并记录了Sr(Al，Mg)

在一个实施例中，可以使用Xiong等人描述的磷光体，其为具有400nm的发射峰和持续时间大于10小时的CaAl

在一个实施例中，通过交换体液或例如通过将持久性磷光体和光可激活药物供应到患者的血流中，可以将所述的持久性磷光体离体激活并与补骨脂素(或其它光可激活药物)一起引入患者。

在一个实施例中，可以通过将磷光体注射到患病部位(或待治疗的部位)中而体内激活所述持久性磷光体，然后将其暴露于X射线下，从而产生持久性内部光源。

在另一实施例中，可以将组合电磁能采集器分子用作内部光源，例如在《美国化学学会杂志(J.Am.Chem.Soc.)》，2005，127，9760-9768(其全部内容通过引用并入本文)中公开的组合光采集器。通过在分子结构中组合一组荧光分子，可以使用谐振能量转移级联来采集宽频带的电磁辐射，从而导致窄频带的荧光能量的发射。在另一实施例中，选择在级联中布置的发射源或一系列发射源的斯托克斯位移，以将诸如X射线的较短波长能量转换为诸如光学或UV-A的较长波长荧光发射。

在一个实施例中，将能够强烈发光的镧系元素螯合物用作内部光源。在另一实施例中，生物相容的内源性荧光团发射体可以用作内部光源。

在一个实施例中，本发明的内部光源可以包含可见光和UV光发射生物发光材料。在一个实施例中，可以使用生物发光材料，例如腔肠动物型荧光素类似物，包含已知在480nm下发光的酰胺单阴离子和已知在395nm下发光的氧荧光素。

在本发明的另一实施例中，机械发光材料可以用作内部光源。

机械发光材料将超声或机械能(例如，物品(例如，电动机)上天然存在的振动或来自换能器驱动的振动)转换为可见光。在此，例如，机械发光材料将被放置在患病部位附近或放置在待用内部生成的光治疗的一个或多个部位处。

在本发明的上下文中，短语“在......附近”及其变型包含患病部位或待治疗的一个或多个部位的附近(near/adjacent)或内部(within/inside)。

适用于本发明的各种机械发光材料包含ZnS:Mn

在一个实施例中，铕-钬共掺杂的铝酸锶可以用作机械发光材料(即，内部光源)。铕-钬共掺杂的铝酸锶和其它机械发光材料将音能或声能转换为光子发射，其可以被放置在患病部位附近或放置在待用内部生成的光治疗的一个或多个部位处。

Yanim Jia在“基于压电/电致发光复合物的新型机械发光传感器(NovelMechano-Luminescent Sensors Based on Piezoelectric/ElectroluminescentComposites)”，《传感器(巴塞尔)(Sensors(Basel))》，2011；11(4)：3962-396(其全部内容通过引用并入本文)中描述了一种由压电材料和电致发光材料制成的机械发光复合物。在本复合装置中，当应力施加到压电层上时，由于压电效应，将在压电层的项面和底面都感应出电荷。由于电致发光效应，这些感应出的电荷将导致从电致发光层输出光。

在此，在本发明的一个实施例中，这种由压电材料和电致发光材料制成的复合物，以下称为“复合机械发射器”，提供了一种结构，所述结构在受到机械或振动能(例如，来自声学或超声换能器)的刺激后将光发射到患病部位或待用内部生成的光治疗的一个或多个部位。

本发明在各个实施例中可以将具有晶体、多晶或非晶体微结构的能够发荧光和/或发磷光的有机荧光分子或无机颗粒用于本发明的内部光源，从而在患病部位或待用内部生成的光治疗的一个或多个部位处生成光。

可以用于以下所述的电致发光和磷光材料的无机分子的列表包含但不限于以下无机电致发光磷光体材料：

SrS:Ce

CaGa

SrS:Cu

CaS:Pb

BaAl

ZnS:Tb

ZnMgS:Mn

SrGa

CaAl

BaAl

ZnS:Mn

MgGa

(Ca，Sr)Y

BaAl

可以在电场的影响下发磷光的有机分子在本申请中也是令人关注的。通过说明，具有高量子产率的有机荧光化合物包含：

萘、

芘、

苝、

蒽、

菲、

对-三联苯、

对-四联苯、

反式-二苯乙烯、

四苯基丁二烯、

均二苯乙烯、

2，5-二苯基噁唑、

4-甲基-7-二乙基氨基香豆素、

2-苯基-5-(4-联苯基)-1，3，4-噁二唑、

3-苯基喹诺酮、

1，3，5-三苯基-2-吡唑啉、

1，8-萘-1′，2′-苯并咪唑、

4-氨基-正苯基-萘二甲酰亚胺。

在此详细描述的无机荧光和磷光材料是多种多样的，并且通过说明而非限制的方式给出了各个实例，并且可以将其用于本发明的内部光源，从而在患病部位或待用内部生成的光治疗的一个或多个部位处生成光。

此外，这些材料可以掺杂有特定离子(激活剂或激活剂的组合)，所述离子在晶体或多晶材料的情况下占据晶格结构中的一个格位，并且可以占据非晶体材料中的网络形成格位或桥接和/或非桥接格位。这些化合物可以包含(未按偏好或效用顺序排序)以下材料实例：

CaF

进一步包含碱土硫族化合物磷光体，其又由以下非包含性列表例示：

MgS:Eu

实例包含涵盖各种衍生物的ZnS型磷光体：

ZnS:Cu，Al(Cl)、ZnS:Cl(Al)、ZnS:Cu，I(Cl)、ZnS:Cu、ZnS:Cu，In。

包含周期表的IIIb和Vb族元素的化合物IIIb-Vb磷光体是合适的磷光体。这些半导体包含BN、BP、BSb、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb，并且这些材料具有共同作用以诱发发光二极管的供体和受体。供体包含Li、Sn、Si、Li、Te、Se、S、O，并且受体包含C、Be、Mg、Zn、Cd、Si、Ge。作为一个实例，GaP发光二极管包含GaP:Zn，O、GaP:NN、Gap:N和GaP，其分别发射红色、黄色、绿色和纯绿色。

复合材料进一步包含诸如GaAs的材料，其具有以下种类的组成变化：In1-y(Ga1-xAlx)yP(提供了一个简单的实例)。

作为发光平台的碳化硅SiC在蓝色发光二极管中具有商业相关性，并且在适当地从外部供电的情况下可以用作内部光源。SiC发光平台可以包含具有供体(例如，N和Al)和受体(例如，Ga和B)的多型体3C-SiC、6H-SiC、4H-SiC。

适合于转换器材料的多频带发光材料包含例如以下组合物：

(Sr，Ca，Ba)

适合于在患病部位或待用内部生成的光治疗的一个或多个部位处生成光的本发明的内部光源的其它材料包含通常用于荧光高压汞放电灯的那些材料，但其可以用X射线激发，并以如下家族名称例示：

磷酸盐(Sr，M)(PO

适合于内部光源的转换器材料的另一种材料分组包含卤代磷酸盐磷光体、磷酸盐磷光体、硅酸盐磷光体、铝酸盐磷光体、硼酸盐磷光体、钨酸盐磷光体和其它磷光体中的化学组合物。

通过说明，卤代磷酸盐包含：

3Ca

铝酸盐磷光体包含：

LiAlO

硼酸盐磷光体包含：

Cd

钨酸盐磷光体包含：

CaWO

与各种掺杂的磷光体有关的激活剂包含以下列表：

Tl

在各个实施例中，发光中心Tl+可以与诸如以下的化学组合物一起使用：

(Ca，Zn)

类似地，发光中心Mn2+可以与诸如以下的化学组合物一起使用

MgGa

此外，发光中心Sn

Sr

发光中心Eu

SrB

发光中心Pb

(Ba，Mg，Zn)

发光中心Sb

3Ca

发光中心Tb3+可以与诸如以下的化学组合物一起使用：

CeMgAl

发光中心Eu

Y

发光中心Dy

YVO

发光中心Fe

LiAlO

发光中心Mn

6MgO·As

发光中心Ce

Ca

发光中心WO

CaWO

发光中心TiO

BaO TiO

在本发明的各个实施例中，X射线激发中利用的磷光体化学可以用于本发明的内部光源，从而在患病部位或待用内部生成的光治疗的一个或多个部位处生成光。

特别感兴趣的是这些磷光体的k边缘。低能量激发可以在具有低k边缘的材料中产生强烈的发光。这些化学中的一些和相对应的k边缘如下包含：

在本发明的一个实施例中，来自这些材料的光(例如，由包含X射线、伽马射线、质子和电子的高能量颗粒激发)可以使其发射起本发明的内部光源的作用，从而在患病部位或待用内部生成的光治疗的一个或多个部位处生成光。

用于电致发光的各种材料可以用于本发明的内部光源，从而在患病部位或待用内部生成的光治疗的一个或多个部位处生成光。电致发光材料可以包含但不限于：

4，4′，4″-三[苯基(间-甲苯基)氨基]三苯胺(m-MTDATA)

N，N′-双(3-甲基苯基)-N，N′-二苯基联苯胺(TPD)

4，4′，4″-三[苯基(间-甲苯基)氨基]三苯胺(m-MTDATA)

N，N′-双(3-甲基苯基)-N，N′-二苯基联苯胺(TPD)

三(8-羟基喹啉)铝

2，4，6-三(2-吡啶基)-s-三嗪(TPT)

2，2′，2″-(1，3，5-苯三基)-三(1-苯基-1-H-苯并咪唑)Alq

2，2′，2″-(1，3，5-苯三基)-三(1-苯基-1-H-苯并咪唑)TPBI

2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉，BCP2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉，BCP

在本发明的一个实施例中，由上述源(例如，上述的体内使用点生物光子生成器、生物光子刺激器以及体内和体外内部光源(以及本文中所述的荧光材料和磷光体))生成的光子辐射可以用作光源以刺激生物活性(如以上和其它地方所讨论)和/或模拟天然生物光子源。

Lodola等人在题为“共轭聚合物光学调节内皮集落形成细胞的命运，共轭聚合物在可见光激发下用于获得细胞命运的光学控制(Conjugated polymers opticallyregulate the fate of endothelial colony-forming cells，conjugated polymerswere used with visible light excitation to gain optical control of cellfate)”的先前著作，《Science Advances(Science Advances)》，2019年9月27日：第5卷，第9期(其全部内容通过引用并入本文)中评价了内皮祖细胞(EPC)(特别是内皮集落形成细胞(ECFC))的光学调节。可以从骨髓和血管干细胞生态位动员ECFC，以重构被缺血性损伤破坏的血管网络并恢复局部血液灌注。ECFC可以从外周血收集，并且已知其表现出稳健的克隆形成潜力，在体外表现出成管能力并在体内生成血管状结构。

Lodola等人的这一著作表明，ECFC生长的第一步期间的聚合物介导的光学激发可以通过Ca

Lodola等人的这一著作提供了从基板侧入射、最大发射波长为525nm的通过发光二极管(LED)源进行的光学激发。使用基于30毫秒激发脉冲然后是70毫秒黑暗条件(光激发密度为40mW/cm

更重要的是，这一著作假定，P3HT聚合物在与光相互作用时会诱发P3HT的激发态，从而产生带电氧态O

病变已用靶光敏分子(被称为光敏剂(PS))进行治疗。当用光辐照时，PS会生成活性氧(ROS)，其与任何附近的生物分子迅速发生反应，最终可以通过凋亡或坏死杀灭细胞。所述技术(被称为生色团辅助光灭活(CALI))已用于治疗癌前病变和浅表肿瘤。

在本发明的一个实施例中，由待治疗的介质中内部生成的光生成的刺激活性使用待治疗的介质中的紫外线和/或可见光发射中的至少一种促进新血管的形成。在此，内部光源生成紫外线和/或可见光，含有内皮祖细胞的天然或人造组织细胞内或附近的光敏材料(例如，上述P3HT聚合物)暴露于所述紫外线和/或可见光。在一个实施例中，在光敏材料内生成的紫外线和/或可见光生成活性氧，其可以促进含有内皮祖细胞的天然或人造组织细胞内的血管生成过程。在一个实施例中，当发光材料暴露于X射线时，通过光敏材料(例如，上述P3HT聚合物)内设置的发光材料的磷光或荧光生成了介质中内部生成的光。

在一个实施例中，磷光或荧光发光材料设置在不一定是光敏性的生物相容性聚合物中。生物相容性材料被涂覆或将位于内皮祖细胞附近。本复合生物相容性聚合物的X射线曝光从磷光或荧光发光材料生成UV光发射，所述光发射离开复合生物相容性聚合物并在内皮祖细胞周围的介质中生成ROS，从而刺激血管生长。

在其它先前著作中，佐治亚理工学院的Andrés García及其团队已通过在皮肤上照射光来使血管生长。在发表于《自然材料(Nature Materials)》，第14卷，第352-360页(2015)中的题为“粘附肽的光触发体内激活调节生物材料的细胞粘附、炎症和血管形成”(Light-triggered in vivo activation of adhesive peptides regulates celladhesion，inflammation and vascularization of biomaterials)”的这一先前著作(其全部内容通过引用并入本文)中，将RGB肽(用于信号转导细胞以在新组织上生长)和光响应性阻断剂浸渍到水基凝胶或水凝胶中，随后由来自外部源的UV光将其激活。UV光释放了阻断剂，并且观察到细胞生长。然而，来自外部源的UV光的穿透深度限制了本方法的实用性。

在本发明的一个实施例中，将水基凝胶或水凝胶用RGB肽和上述内部光源中的一个的材料浸渍，使得例如通过X射线暴露进行的激活在水凝胶内生成紫外线和/或可见光。当生成来自水凝胶中的内部光源的UV光时，UV光会导致释放阻断剂并使RGB肽变得有活性。

在一个实施例中，将具有浸渍的RGB肽、阻断剂和内部光源材料的水凝胶到患者并暴露于X射线通量，这在水凝胶内生成UV光，所述UV光会导致释放阻断剂并使RGB肽变得有活性。

在另一实施例中，将具有浸渍的RGB肽、阻断剂、内部光源材料和刺激新血管生长的血管内皮生长因子蛋白的水凝胶植入患者并暴露于X射线通量，这在水凝胶内生成UV光，所述UV光会导致释放阻断剂并使RGB肽和血管内皮生长因子蛋白变得有活性。

因此，在本发明的一个实施例中，提供了一种用于使用人造或体内活细胞内的内部光源来使患者中的器官的细胞再生长而进行再生医学的方法，其中内部光源的光刺激或以其它方式促进器官的细胞的再生长/再生，例如其中血管生成(血管再生长)由于例如活性氧的再生或例如去除阻止内皮祖细胞生成新细胞的阻断蛋白)而进行。

在其它先前著作中，Berkowitz等人及其在约翰·霍普金斯的研究团队在2014年11月17日首先发表于《北美国家科学院学报(Proceedings of the National Academy ofSciences in North America)》，第11卷，第50期，第17977-17982页中的题为“黑视蛋白介导血管中的光依赖性松弛(Melanopsin mediates light-dependent relaxation inblood vessels)”的文章(其全部内容通过引用并入本文)中已经发现，向血管递送光可以阻止血管疾病。因此，在本发明的另一实施例中，来自血管内部的内部光源的光可以刺激血管。Berkowitz得知，黑视蛋白(视蛋白4)是一组非成像光受体，其存在于人体其它部位的血管中，有助于设置昼夜节律，从而影响人体的生理、心理和行为改变的日循环。Berkowitz等人报告了Opn4在调节血管功能中的生理作用，特别是在光松弛的情况下。

Berkowitz等人进一步报告，视蛋白4(经典G蛋白耦合受体)在血管中表达。Berkowitz等人报告，血管舒张具有波长特异性，其在低强度蓝光(380-495nm)下在血管处具有最大响应；据Berkowitz等人报告，所述低强度蓝光对应于小鼠Opn4受体的最佳吸收波长。简而言之，Berkowitz等人发现，血管暴露于蓝光会增加血液流动。

总的来说，到目前为止，已使用并开发了多种不同的微生物视蛋白和遗传修饰视蛋白进行光遗传操作。在本领域中，术语视蛋白描述了一种光响应性蛋白，其与它的生色团类型(例如，视黄醛、黄素)、作用方式(例如，磷酸化、离子传导)或功能(例如，趋光性、视觉)无关。

通常，区分两个超家族：(1)微生物视蛋白(I型)，包含来自原核生物、真菌和藻类的视蛋白，和(2)动物视蛋白(II型)，其在真后生动物中发现。

尽管两种视蛋白类型都是跨膜蛋白，并且可能具有共同的起源，但它们彼此之间存在显著差异。微生物视蛋白主要是光激活离子泵或通道，它们直接将电磁信号转换为电流。另一方面，所有II型视蛋白都属于G蛋白耦合受体(GPCR)家族，其引发蛋白质间的相互作用以及随后的细胞内信号转导级联。

I型微生物视蛋白利用全反式作为生色团，其在光异构化之后与视蛋白共价结合；而II型视蛋白则使用视黄醛(retinal/retinaldehyde)的顺式到反式异构化来传输光刺激。到目前为止，所有被研究的脊椎动物组织已经含有足够量的视黄醛以构成蛋白质，使得无需供应另外的视黄醛。

在建立通道视紫红质2(ChR2)(一种来自绿藻ChR2的蓝光门控阳离子选择离子通道)作为兴奋性光遗传学工具后，描述了第一抑制工具。使用NpHR(一种来自法老嗜盐碱单孢菌的氯化物泵)在体外和体内沉默神经元。NpHR在600nm附近具有激发最大值。除了调节氯化物泵的视蛋白外，控制向外质子泵的视蛋白(即，细菌视紫红质，例如eBR、Arch和Mac)也表现出它们抑制神经元放电的能力。这些能力提高了光遗传学疗法可以治疗眼部退行性疾病、听力损失和脊髓损伤的可能性，并在深度大脑刺激疗法中发挥作用。

通常，已知光门控致动剂可控制神经元活性。据发现，作为动物视力的基础的光转导机制中的特定光敏元件是被称为视紫红质的膜嵌入光色素，每个视紫红质分子由被称为视蛋白的蛋白质(属于G蛋白耦合受体或GPCR家族)与生色团(一种与维生素A有关的化合物，其被称为视黄醇或一种其衍生物)共价结合而组成。在照射后，结合的视黄醇分子发生异构化，这会诱发视蛋白骨架的构象改变并激活G蛋白信号转导通路。实际上，第一光致动控制系统被设计成用来调制神经元放电。

在本发明中，来自上述内部光源材料(例如，磷光体、荧光剂等)的光可以用于治疗不同类型的疾病和病症，例如上述那些。在一个实施例中，来自上述内部光源材料的光可以用于治疗眼部退行性疾病、听力损失和脊髓损伤，并且在深度大脑刺激疗法中发挥作用。在一个实施例中，来自上述内部光源材料的光可以用于通过发射触发血管中的光受体的特性波长的光来治疗血管疾病，包含外周动脉疾病、动脉瘤和雷诺氏病(由于向皮肤供应血液的小动脉的狭窄而导致人的手指和脚趾感到麻木和发冷的病状)。具体地，在一个实施例中，可以将沿血管排列的内皮细胞暴露于从上述内部光源生成的蓝光(380-495nm)，使得在患者暴露于x射线时，从内部光源发射的蓝光将影响血液流动。

在本发明的一个实施例中，诸如上述那些的磷光或荧光或发光材料(例如，X射线诱发的持久性磷光体)将被对蓝光透明的生物相容性涂层包裹，并被引入血流中或血管的主体中或血管附近。在暴露于X射线时，磷光或荧光或发光材料将发射蓝光，所述蓝光将被吸收在血管壁中，从而例如通过在血管壁中触发黑视蛋白(视蛋白4)的响应来影响血液流动的改变。

在其它工作中，工作人员试图光学控制Ca

在本发明的一个实施例中，以上给出的实例只是说明本发明用于光遗传学的能力。更具体地说，本发明提供了向视蛋白和其它光驱动致动剂蛋白提供光的能力，以影响从膜电压和钙浓度到代谢的许多生理参数。

已经发现，隧道纳米管TNT存在于相邻细胞之间。此外，最近的研究发现，TNT是细胞之间的动态连接，从而为细胞间通信提供了路径。TNT被认为在信号、分子、细胞器和病原体的细胞间交换中起作用。TNT可以有多种细胞类型，包含神经元细胞、上皮细胞和几乎所有免疫细胞。在骨髓细胞(例如，巨噬细胞、树突细胞和破骨细胞)中，经由TNT的细胞间通信被认为有助于它们的分化和免疫功能。TNT被认为是骨髓细胞与靶向邻近或远处细胞以及与其它细胞类型通信的一种方式，因此产生了多种多样的细胞交换。TNT也可能导致病原体扩散，因为它们被认为是从一个细胞到另一个细胞的“走廊”。

Vignas等人在“通过隧穿纳米管进行细胞连接：线粒体运输对靶细胞代谢、稳态和疗法响应的影响(Cell Connections by Tunneling Nanotubes：Effects ofMitochondrial Trafficking on Target Cell Metabolism，Homeostasis，and Responseto Therapy)”，《干细胞国际(Stem Cells Int.)》，2017；2017：6917941(其全部内容通过引用并入本文)中描述，TNT可以是被设计成允许长距离细胞间接触的细胞之间的通信手段。本论文报告，最初在大鼠嗜铬细胞瘤(PC12-)衍生细胞和免疫细胞中报告了这些细胞之间的隧穿纳米管(TNT)的形成。这些TNTS是长管状结构，其直径在50和1500nm之间，可能跨越几十到数百微米，将两个细胞连接在一起。以一种特性方式，在2D培养中，TNT不会被束缚到细胞外基质，而是漂浮在培养基中。本论文报告，隧穿纳米管允许连接细胞之间质膜和细胞质的连续性，从而允许将许多细胞组分从一个细胞运输到另一个细胞。

此外，本论文报告，免疫系统的细胞(特别是巨噬细胞、树突细胞(DC)、NK和B细胞)广泛使用TNT进行通信。根据本论文，已经表明，抗原信息通过TNT从游走DC到淋巴结驻留DC的转移对免疫响应的诱发至关重要。在神经CAD细胞(儿茶酚胺能来源的小鼠细胞系)中以及从骨髓来源的树突细胞到原代神经元中也描述了TNT的形成。

Rustom于2018年9月3日在http：//rsob.royalsocietypublishing.org/的“缺失的环节：基于隧穿纳米管的超细胞性是否提供了对慢性病和生活方式疾病的新理解？(Themissing link：does tunneling nanotube-based supercellularity provide a newunderstanding of chronic and lifestyle diseases？)”(其全部内容通过引用并入本文)中描述了多种用于TNT形成的方式。所述论文指出，一般来说，氧化应激被定义为自由基的产生与反应性代谢物(例如，H

所述论文指出，为了应对应激，“应激细胞”将分布“呼救”信号以确定非应激细胞在周围环境中的位置。所述论文描述，尽管这些信号的性质仍在争论中，但候选分子是高级糖基化终产物(AGE)。

在本论文中，局部应激导致来自应激细胞的ROS水平和AGE分布增加(a-1)。AGE和AGE受体(RAGE)在靶细胞处的相互作用经由基于肌动蛋白的丝状伪足样细胞突起导致cROS增加(a-2)和AC-TNT形成，以便通过细胞间材料交换恢复氧化还原/代谢稳态(a-3)。ROS水平的进一步增加导致MT-TNT的形成(b-1)，从而允许应激细胞的有效氧化还原/代谢拯救，例如经由运动蛋白介导的线粒体沿着微管的细胞间转移(b-2)。最后，过高的ROS水平会诱发凋亡(c-1)。注意，在凋亡之前，切断其余的TNT连接，以便从集合体分离并去除“退化”细胞(c-2)——可能由胆固醇/氧化胆固醇稳态的改变所控制。

因此，在本发明的一个实施例中，上述生物光子源和/或生物光旁路可以用于刺激TNT生长的形成。例如，上述活生物光子源可以被应激(以多种常规方式)，或者器官的选择部分可以被应激，如在其它地方所述。然后，应激细胞将发射“呼救信号”(无论来源和性质如何，其都会刺激TNT的形成。例如，人造生物光子源或上述生物光子刺激器将以一定频率和剂量水平发射光，这可以刺激TNT的形成。例如，Wang等人在“线粒体经由隧穿纳米管的转移拯救了凋亡PC12细胞(Transfer of mitochondria via tunneling nanotubes rescuesapoptotic PC12 cells)”，《细胞死亡与分化(Cell Death Differ.)》，2015年7月；22(7)：1181-1191(其全部内容通过引用并入本文)中表明，UV光大概是通过由UV光在细胞上诱发的应激而诱发了TNT形成。

在本发明的一个实施例中，由细胞通信诱发的TNT网络将允许健康细胞加强其与其它健康细胞的相互连接，从而提供对来自其它患病细胞的感染的抵抗。

在本发明的一个实施例中，诱发的TNT网络将允许经历凋亡的癌细胞以更高的速率经历细胞死亡，从而控制肿瘤生长。

在本发明的一个实施例中，诱发的TNT网络将允许受炎症影响的器官建立其与其它附近细胞的相互连接，从而通过允许间充质干细胞(MSC)转移来提供减轻炎症的机制。已知此类细胞有助于组织修复和免疫抑制性质。一旦在炎症部位处，MSC就会阻止细胞破坏和对周围组织的损害。MSC免疫抑制是通过分泌可溶性因子(例如，吲哚胺2，3-双加氧酶(IDO)、IL-10、TSG-6(TNF-α刺激的基因/蛋白质6)、前列腺素E2(PGE2)、TGF-β-1、诱发型一氧化氮合酶(iNOS)和人白细胞抗原(HLA-G))介导的。

本发明利用了几个基本构成要素，通过它们可以影响物理、化学和/或治疗性改变或治疗区域。以下是对作为有关实施上述程序和工具的指南的这些构成要素的非限制性和非排他性讨论。

一个构成要素涉及上面讨论的细胞间通信现象，其中不同区域中的不同细胞即使彼此之间不必进行物理或流体接触也彼此“通信”。如上所讨论，文献中有许多关于细胞间通信如何工作的机制。上面讨论并在本发明中利用的一种机制是通过省略生物光子(也被称为有丝分裂辐射)。上面讨论并在本发明中利用的其它机制是通过电磁辐射或声辐射的发射。以上讨论并在本发明中利用的另一种机制是通过相干量子态耦合，其中一个位置处的所述状态的改变造成了另一位置处的量子态的伴随改变。上面讨论并在本发明中利用的另一种机制是通过细胞生物原生质中的激发态的耦合。

与后两种效应密切相关的是量子纠缠。在生物活介质中对绿色荧光蛋白进行的实验已经表明，从分离的分子发射的光子与“纠缠对”相关，其中光子的偏振纠缠在一起，使得通过确定一个发射器的偏振，就可通过推理知晓与另一发射器纠缠的量子的偏振。在此，本发明中用来在邻近细胞中诱发效应的细胞间通信很可能是量子纠缠现象。

另一个构成要素涉及影响细胞的生物结构的量子或物理状态的能力。例如，如上所讨论，与细胞中的膜相关联的细胞过程由诸如孔大小、膜的厚度和膜的极性的因子控制。这些孔大小和厚度在纳米尺度上，因此容易受到所施加的辐射、所施加的电磁场和/或所施加的局部电场的影响，即使在量子尺度上，其扩散和输送的物理性质也可能影响材料通过膜的输送或抗体与细胞膜的附接。

本发明使用的另一构成要素是认识到光合作用型反应(发生在植物领域)也是动物活细胞内部起作用的机制。在此，光不仅可以诱发如上所讨论的生物光子的生成，而且可以促进细胞中的反应，例如细胞代谢增加、细胞分裂或细胞死亡

本发明使用的另一构成要素是认识到在细胞之间的通信之前有许多通路，包含物理连接的通路，例如上面讨论的隧穿纳米管(TNT)。这些通路可以用于生产性用途和有害用途。在本发明中，关闭选择通路的机制可以用于控制/限制病毒、细菌或癌症从身体的一个区域到另一区域的传播。在本发明中，促进某些通路的机制可以用于促进细胞再生(例如，在患病心脏内部的健康心脏组织的再生中)。

本发明使用的又一个构成要素是认识到外部刺激(例如，生物光子)对表观基因组的影响。例如，已经表明，出生时具有相同DNA的同卵双胞胎的DNA可能因环境因子而改变。在此，体内光或原位递送光(诸如例如生物光子)可以用于与细胞中编码的DNA直接相互作用，以实施治疗性改变。

在本发明的一个实施例中以及在下面描述的其它实施例中，光子能量可以参与并控制单个细胞或一组细胞中的各种代谢过程。在一个区域(对照区域)中对代谢过程的控制可以与另一区域(例如，患者内部的治疗部位，其中所述耦合可以在另一区域或治疗部位处在受试者中诱发生物、化学、物理或治疗性改变)耦合。可替代地，在本发明的一个实施例中，光子能量(例如，如下文所述)可以直接在治疗部位处引起生物、化学、物理或治疗学改变

在本发明的一个实施例中，hv

在本发明的一个实施例中，hv

因此，在本发明的一个方面，光子能量可以用于在一些情况下促进反应(hv

使用聚(脱氧腺苷-脱氧胸苷)酸钠盐(聚dAdT)和8-甲氧基补骨脂素(8-MOP)进行的以下实例证明了本发明的这一方面，并示出了光子能量经由量子化作用促进生物驱动反应的作用。

在以下实例中，能量促进剂(即下面指定为BP3、BP10和BP6的磷光体)吸收X射线能量，并发射从UVA到可见光范围的光子能量，如下所列出(名称，发射峰)：

图16示出了BP3、BP10和BP6磷光体的光谱发射

将磷光体BP3、BP6和BP10加入8-MOP和聚dAdT的溶液中，并使其暴露于各种X射线条件。将板放置在距X射线源以下距离处：100mm和200mm。这具有改变剂量率的作用。X射线参数包含固定时间段内的320kV和10mA。本实例表明，例如通过UV光可以促进单加合物(MA)形成，即使在较低的通量或强度下，较高能量的光也促进更多的MA的形成。

光子能量比较：

hv

强度比较：

I

如以下详细说明的磷光体的在单加合物(MA)形成方面的比较表明：

MA

此外，观察到的MA形成倾向于遵循光子能量排序，而不是遵循从X射线到UV或可见光的能量转换强度。

类似地，进行了其它实验组，从而进一步证明了光子能量对MA和双加合物形成(例如，交联(XL))的影响。使用高效液相色谱(HPLC)进行MA和双加合物形成(XL)的测量，以标识暴露于光子能量后的这些化合物的存在。

图17是示出了来自BP3的光子能量倾向于产生比BP6或BP10更多的MA的图。图18是示出了随距X射线源的距离和时间而变化的BP3光子能量下的MA形成的图。有些令人惊讶的是，MA形成随距X射线源的距离的增加而增加。这表明，正确的反应对剂量率很敏感。在这种情况下，较低的剂量率可能更有益。无论如何，结果示出了BP3光子能量下的MA形成。图19是示出了随距X射线源的距离和时间而变化的BP3光子能量下的XL的图。在此，XL随距X射线源的距离的增加而减少并随时间增加。值得注意的是，XL反应是可逆的。

图20-24示出了来自证实光子能量暴露下的MA形成和/或XL的其它实验的结果。图25是示出了通过混合两种磷光体看到的对MA的非线性影响的图。实际上，相较于仅使用BP3或仅使用BP7时所观察到，至少33％到67％的BP7的混合物表现出更高的MA形成。下表总结了结果：

类似地，实验已表明，与单独的单种磷光体相比，磷光体组合可以促进更高的XL。

活细胞拥有复杂的分子机制和控制系统。活细胞将食物转化为能量，例如ATP，它驱动着数百万个使我们保持生命所必需的生化过程。用于将诸如葡萄糖的底物转化为产物的通路统被称为代谢通路。这些代谢通路的驱动剂是通过构建或分解分子来协助化学反应的酶。酶蛋白不以恒定的速率驱动反应。实际上，根据细胞的需要，反应速率可以加快或减慢，甚至完全中止。所述细胞被认为是自我调节的，并且产物的供应不会超过需求。如果形成产物的速率快于其可以使用的速率，则可以通过被称为抑制反馈的过程(变构调节的一部分)来降低速率或完全中止。变构调节在许多代谢通路中发挥作用，并且被认为在保持稳态的同时使一切平稳高效地运行。

变构调节：存在酶蛋白和非酶蛋白。酶催化反应，例如诸如在DNA聚合酶和淀粉酶的情况下。非酶蛋白具有许多功能和作用，包含但不限于受体/离子通道、输送、运动和抗体。

酶具有底物组合的活性位点以及酶调节剂可以结合的变构位点。存在两种类型的调节剂：增加酶活性的变构激活剂和降低酶活性的变构抑制剂。建立反馈回路，由此下游产物调节上游反应。因此，针对细胞的特定需要来定制酶活性的增加或降低。

不响应变构调节的突变酶已与疾病状态(例如，癌症)相关。我们体内的许多过程都依赖分子反馈抑制来维持稳态。

在本发明中，光子能量可以用于促进增加酶活性的变构激活剂和/或促进降低酶活性的变构抑制剂，因此靶向患病细胞以减少跑道生长状况

如上所述，在一个实施例中，可以使用光子能量来激活和失活信号转导蛋白。在本实施例中，诸如BP3、BP6和/或BP10的能量转换器将位于细胞附近或内部，以生成光子能量，例如UV或可见光，以促进信号转导蛋白的功能或抑制。

设计变构蛋白中的光激活DNA结合已经由Devin Strickland、Keith Moffat和TobinR.Sosnick，生物化学与分子生物学系和生物物理动力学研究所，芝加哥大学(929East 57th Street，Chicago，IL 60637)报告，其由David Baker(华盛顿大学，西雅图，华盛顿州)编辑，并以“设计变构蛋白中的光激活DNA结合(Light-activated DNA bindingin a designed allosteric protein)”(其全部内容通过引用并入本文)于2008年5月12日被批准(于2007年10月9日接受审查)。

在从细胞生物学到蛋白质设计和信号转导网络的领域中，对高度进化系统中如何发生变构(远距离功能性位点的构象偶合)的理解具有相当大的兴趣。α螺旋结构域连接子的刚性和限定几何结构被认为使其可以有效地用作变构信号的导管。Strickland等人研究了所述想法，其是通过设计来自燕麦向光素1的天然光活性光-氧-电压感应结构域LOV2结构域和大肠杆菌trp阻遏剂之间的十二种融合而测试的。当用光子能量照射时，融合中的一种会选择性结合到操纵子DNA，并保护其免受核酸酶消化。螺旋形“变构杠杆臂”被Strickland等人考虑为耦合两种蛋白质功能的机制。这在图26中示出。

在图26中，上面以各种状态描绘了LOV结构域(含有代表三环FMN生色团的三个点)、橙色的TrpR结构域和操纵子DNA。共享螺旋H在(A)中示出为与LOV结构域接触，在(B)-(D)中示出为与TrpR结构域接触。三环FMN生色团在上面的(A)和(D)中以及在(B)和(C)中当被光激发时处于基态。(A)在黑暗DNA解离状态下，共享螺旋H与LOV结构域接触，从而填充了TrpR结构域的非活性构象。(B)光激发破坏了共享螺旋H和LOV结构域之间的接触，从而填充了TrpR域的活性构象。(C)LovTAP结合DNA。(D)LOV结构域返回到黑暗状态。LovTAP从DNA解离，共享螺旋H和LOV结构域之间的接触被恢复，并且系统返回到初始状态。

Strickland等人得出的结论是，变构杠杆臂和双稳态能量表面的成功设计以及对天然类似物的观察表明存在将模块化结构域连接到功能集成的整体中的一般但很大程度上无法识别的模式。连接子的α-螺旋结构将这种模式与其它模式(在此些模式中，变构是由未限定结构的连接子连接的结构域之间的分子内结合导致的)区分开来。由于规则的螺旋抵抗弯曲和扭曲，因此它可以用作变构杠杆臂，以传输结构域间接触所产生的力以生成双稳态系统。

图27提供了变构光激活阻遏剂的设计的描绘。如图27中所示，(A)代表变构杠杆臂的概念模型。跨末端α-螺旋连接两个结构域产生了双稳态系统，其中空间重叠(星)通过共享螺旋和结构域中的一个或另一个之间的接触的中断而缓解。诸如配体结合或光激发的扰动(Δ)会改变系统的能量表面(黑线)，从而有助于具有不同功能性质的新构象整体(虚线)。

在此，在本发明中，例如来自上述能量转换器的光子能量可以用于光激发这些类型的反应以促进光激活的DNA结合。

此外，在本发明中，光子能量可以用于激活阻遏剂。以下参考文献(所有参考文献均通过引用整体并入本文)描述了阻遏剂：

Freeman，S.、Hamilton，H、Hoot，S.、Podgorski，G.、Ryan，J.M.、Smtill，S.S.和Weigle，D.S(2002)，《生物科学(Bilogical Science)》(第1卷)，上萨德尔里弗，新泽西州：Prentice Hall。

Gerhart，J.C.和Pardee，A.B.(1962)，《通过反馈抑制进行控制的酶学(Theenzymology of control by feedback inhibition)》，《生物化学杂志(J Biol Chem)》，237，391-896。

Tansey，J.T.、Baird，T.、Cox，M.M.、Fox，K.M.、Knight，J.、Sears，D.、Bell，E.(2013)。《“生物化学和分子生物”专业的基础概念和基础理论(Foundational conceptsand underlying theories for majors in“biochemistry and molecular biology”)》，《生物化学与分子生物学教育(Biochemisty and molecular bology education)》，41(5)，289-296。

Webb，B.A.、Forouhar，F.、Szu，F.E.、Seetharaman，J.、Tong，L.、Barber，D.L.(2015)。《人类磷酸果糖激酶-1的结构以及癌症相关突变的原子基础(Structures of humaphosphofructokinase-1 and atomic basis of cancer associated mutations)》，《自然(Nature)》，523(7558).111-114。

Oana I Lungu、Ryan A Hallett、Eun Jung Choi、Mary J.Aiken、Klaus M Hahn和Brian Kuhlman，生物化学和生物物理学系，药理学系，北卡罗来纳大学教堂山分校(NC27599，USA)于2012年4月20日在《化学与生物学(Chemistry&Biology)》，19，507-517中发表了题为“使用AsLOV2结构域设计光可开关肽(Designing Photoswitchable Peptidesusing the AsLOV2 Domain)”的文章

其每一个的全部内容通过引用并入本文。

Lungu等人描述了肽可以通过充当竞争性抑制剂、变构调节剂和定位信号来调节多种生物过程。肽活性的光控制代表了进行细胞功能的精确空间和时间控制的工具。

Lungu等人表明，燕麦向光素1(AsLOV2)的遗传编码光-氧-电压感应结构域LOV2结构域可以用于可逆地光调制肽对其结合伴侣的亲和力。使用序列分析和分子建模来将两个肽嵌入AsLOV2结构域的Jα螺旋中，同时在黑暗中保持AsLOV2结构，但当Jα螺旋在光下展开时允许与效应子蛋白结合。ipaA和SsrA肽的笼状形式(LOV-ipaA和LOV-SsrA)分别在光下以49倍和8倍增强亲和力结合其靶标。这些开关可以用作进行依赖于光的共定位的通用工具，这由Lungu等人用酵母中的光可激活基因转录证明。

在Daniel Chen、Emily S.Gibson和Matthew J.Kennedy，药理学系，科罗拉多大学丹佛医学院，奥罗拉，CO 80045的另一篇题为《光触发的蛋白质分泌系统(A light-triggered protein secretion system)》的参考文献(其全部内容通过引用并入本文)中，Chen等人证实了光在各种细胞功能中的重要性。

Chen等人使用UVR8(一种形成光不稳定的同型二聚体的植物光受体蛋白)来工程化改造第一光触发的蛋白质分泌系统。UVR8融合蛋白被有条件地隔离在内质网中，并且短暂的光脉冲触发了通过分泌通路到达质膜的稳健向前运输。UVR8对用于对青色、绿色或红色荧光蛋白变体进行成像的激发光没有响应，从而在其穿过细胞分泌通路时实现细胞标志物和分泌蛋白货物的多色可视化。Chen等人表明，这可以用作神经元的工具，以证明树突状分支点附近分泌性货物的局限性局部运输。

通常，使用光控制基本的细胞功能已经改变了实验生物学。一些第一方法依靠第二信使、第二信使螯合剂或神经递质的光不稳定小分子类似物来用紫外(UV)光控制细胞生理和信号转导通路。这些“笼状”化合物已被用于通过前所未有的空间和时间控制来剖析管控细胞生理的众多分子通路。最近，来自植物的外源表达光受体已被用于通过有条件地用光门控蛋白质间的相互作用来控制细胞生物化学。这种方法已经成为一种新型且强大的方式，其可在不需要小分子的情况下以良好的空间精度在快速的时间尺度上控制细胞过程。描述了细胞功能的工程化光学控制的一些第一研究使用了植物光受体植物色素B。当被红色(660nm)光光激发时，PhyB与基本螺旋-环-螺旋转录因子的植物色素相互作用家族(PIF)的成员结合。值得注意的是，PhyB/PIF相互作用可以通过近红外(730nm)激发逆转，从而实现PIF结合的快速和局部切换。

然而，基于PhyB的系统需要加入酵母、苍蝇、蠕虫或哺乳动物中通常不存在的外源性藻蓝素生色团，从而与最近开发的完全遗传编码的系统相比，其实施起来更加困难。这些系统依赖于蓝光光受体隐花色素2(Cry2)(其响应于蓝光结合到与隐花色素相互作用的基本螺旋-环-螺旋1(CIB1))以及与光、氧、电压(LOV)结构域光受体(其在光激发时经历较大的构象改变)。UVR8具有许多独特的性质，包含光不稳定同型二聚体的组成型形成、缓慢的逆向动力学以及UV-B吸收谱，这使得能够对广泛使用的荧光蛋白进行多色成像而无需激活光受体。UVR8可以用于有条件地隔离ER中的分泌性货物。此外，光触发了到达质膜的稳健向前运输。

图28示出了UVR8标记的蛋白质的光触发解离。与异戊二烯基化GFP(UVR8-memGFP)融合的UVR8定位到质膜，其在质膜上募集UVR8-mCh。UV-B光对UVR8二聚体的解离将UVR8-mCh释放到细胞溶质

在此，在本发明中，来自例如上述能量转换器的光子能量可以用于光激发这些类型的反应。

在以正确的顺序堆叠氨基酸时，构成给定蛋白质的各个单元会进入能量上有利且稳定的构型。据报告，水的存在通过待堆叠的氨基酸附近的各种水分子的影响而实现正确折叠。适当的堆叠和折叠会产生生物上相容的功能性分子。如果使用水以外的溶剂，蛋白质的折叠会偏离轨道为生物不相容的分子。能量上有利的堆叠和折叠过程是通过将多余的能量拨移到掌控堆叠过程的微环境(在这种情况下为细胞)。多余的能量释放可以采用各种形式，包含电磁辐射。实际上，这可以解释细胞环境中一些低强度光子的存在。可以想象的是，这些光子对所堆叠的氨基酸和它们被折叠的构型具有特异性。因此，各种蛋白质的合成可能伴随着电磁辐射的发射。这种电磁辐射又可以在引导其它现有的(已经制造出的)蛋白质的构象改变中发挥作用。

众所周知，细胞、其蛋白质和基因对光敏感。Neves-Petersen，M.T.等人(2012)，“UV光对蛋白质的影响：从光化学到纳米药学(UV Light Effects on Proteins：FromPhotochemistry to Nanomedicine)”，《分子光化学的各个方面(MolecularPhotochemistry-Various Aspects)》，Satyen Saha博士(编辑)，ISBN∶978-953-51-0446-9，InTech(其全部内容通过引用并入本文)已对本领域进行了综述。

人类细胞中光引发过程的仅几个实例包含：(1)视觉过程，其在光受体细胞被光激活(光异构化)时引发；(2)近UV(290nm)暴露的朊病毒蛋白无法形成淀粉样原纤维(Thakur，A.K.和Mohan Rao Ch.(2008)，“UV光暴露的朊病毒蛋白无法形成淀粉样原纤维(UV-LightExposed Prion Protein Fails to Form Amyloid Fibrils)”，《公共科学图书馆·综合(Plos one)》，第3卷，第7期(2008年7月)，第E2688页，eISSN 1932-6203)。

阳光可以激活维生素D3的形成。有趣的是，维生素D3的前体是胆固醇。细胞还会产生大量的胆固醇硫酸盐，这是维生素D3的重要前体。由于阳光渗透到人体的深度的缺乏，因此维生素D3的光诱导生物合成仅限于皮肤区域。

维生素D3的益处实际上源于胆固醇硫酸盐，并产生对糖尿病、心血管疾病和某些癌症的预防。

考虑到将X射线转换为UV光的能力，现在存在可以在人体或动物体内任何位置进行体内维生素D3生物合成的技术。可以将能量转换颗粒(通过注射)放置在胆固醇富含区域附近，并帮助将此类胆固醇转换为水溶性维生素D3。

在本发明的一个实施例中，来自上述能量转换器的光子能量可以用于光激发这些类型的反应以促进光激活生物合成。这可以用作增加受试者中的维生素D3水平，降低受试者中的总胆固醇水平或同时实现两者的方法。当然，可以通过控制入射高能量辐射(例如，X射线)的量来控制维生素D3产生的水平，而高能量辐射的量又将控制体内UV产生的量。

在本发明的另一实施例中，光子能量不必来自下转换磷光体。通过将上转换磷光体、UV或可见光发光二极管、发光等离子体胶囊等在靶区域中注射到身体中以光激发促进维生素D3产生和/或其它光激活生物合成的反应，可以使用在体内生成紫外线或可见光的其它手段。

活细胞中的核酸与多种蛋白质相关联。据认为，紫外(UV)辐照会导致DNA和与其接触的蛋白质之间的反应，例如这些相关蛋白质中的氨基酸和DNA中的碱基之间的交联，这视乎是光激发的DNA和蛋白质在体内以及体外DNA-蛋白质复合物中经历的过程。已知有二十二(22)种常见氨基酸与尿嘧啶光化学结合(在254nm激发时)，其中最具反应性的是苯丙氨酸、酪氨酸和半胱氨酸。具有在UV范围内吸收的侧链的三个氨基酸残基是芳香族残基色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)。

蛋白质中的一种光化学机制涉及在Trp和Tyr侧链的UV激发下的二硫桥的还原。如Neves-Petersen等人(2012)所讨论，色氨酸或酪氨酸的UV激发可以导致其光致电离并生成溶剂化电子。所生成的溶剂化电子随后可以与其母体分子进行快速成对复合，或者它们可以被亲电物种捕捉，例如分子氧、H3O+(在低pH下)和胱氨酸(二硫桥中的每个桥接半胱氨酸的名称)，这也可能导致二硫桥的断裂。如此形成的游离硫醇自由基/基团然后可以与其它游离硫醇基团反应以产生新的二硫桥。如Neves-Petersen等人(2012)所详述，这种现象导致了一种蛋白质固定化的新技术(LAMI，光辅助分子固定化)，因为所产生的硫醇基团可以结合硫醇反应性表面，从而导致定向共价蛋白质固定化。

UV激发芳香族残基时，即使没有分子氧，蛋白质中的分子内二硫桥的断裂也有许多潜在通路。二硫桥的断裂可以导致蛋白质的构象改变，不一定导致蛋白质失活。

Neves-Petersen等人(2012)报告，在酸性pH值下，溶剂化电子的平均寿命较短，这与H3O+捕捉溶剂化电子的事实有关。此外，与溶液中单独的Trp相比，蛋白质系统中的溶剂化电子的寿命显著缩短，因此指示蛋白质提供了涉及捕捉溶剂化电子的其它通路。Neves-Petersen等人(2012)还报告，数据已表明，pH越高，溶剂化电子与母体分子复合(成对复合)或与另一种电子清除剂分子(例如，H3O+)复合所需的时间就越长。可以解释观察到的寿命随pH的增加，因为pH越低，H3O+的浓度越高，因此溶剂化电子与水合氢离子复合的可能性就越大。此外，对于蛋白质而言，溶液的pH越高，失去了正电荷并变为中性的碱性可滴定残基的数量越多(His、Lys、Arg)，而获得负电荷的酸性可滴定残基的数量越多(不桥接的Asp、Gly、Tyr、Cys)。这意味着，pH的升高会导致蛋白质中正电荷的损失，以及蛋白质中的中性和带负电残基的增加。这可能导致蛋白质中携带负静电电位的区域的增加。因此，pH的增加将由于静电排斥而降低电子与分子的复合效率。这可以导致溶剂化电子寿命的增加。

DNA微阵列的最新发展已经证明了固定化技术的重要性，其中多个寡核苷酸或cDNA样本以空间可寻址的方式固定化在固体表面上。这些阵列通过使对活生物体中的基因表达的全局分析更加容易成为可能而彻底改变了遗传学研究。已经开发出用于蛋白质分析的类似方法。可以测定与微阵列结合的蛋白质的功能或结构性质，从而有可能以前无法实现的规模和速度下进行筛选。最简单的蛋白质固定化类型通常使用表面对蛋白质的高固有结合亲和力，例如通过使用许多弱接触，包含范德华力和氢键合相互作用。分子也可以通过疏水或离子相互作用被动地固定化在载体或固体表面上，或通过附接共价地固定化在表面基团上。由于固定化对固相化学和生物筛选的重要性，因此对所述技术的分析用途进行了广泛的探索。所述技术在生物技术的不同领域中发现了特别广泛的应用，包含但不限于诊断、生物传感器、亲和色谱法和测定(例如，ELISA测定)中的分子固定化。

还已经探索了光诱导固定化技术，导致将醌化合物用于光化学连接到含碳载体(参见例如EP0820483)。在用非电离UV和可见光辐照后发生激活。可以使用掩膜来激活载体的某些区域，以用于随后的生物分子附接。在照射后，光化学活性化合物蒽醌将作为自由基反应并与聚合物表面形成稳定的醚键。由于在天然生物分子中未发现蒽醌，因此必须将适当的配体引入生物分子中。在美国专利US 5,412,087和US 6,406,844中公开了光诱导固定化技术的进一步发展，其每一个均通过引用整体并入本文。

大多数已知的固定化方法使用一个或多个热化学/化学步骤，有时会使用危险化学物质，其中一些可能会对结合蛋白的结构和/或功能产生有害影响。可用的方法通常是侵入性的，由此将外来基团引入蛋白质中以充当官能团，这可以导致蛋白质变性，并降低其生物活性和底物特异性。Neves-Petersen等人(2012)提出，这可以通过光辅助分子固定技术(LAMI)解决。本技术提供了一种光子学方法，用于通过稳定键(共价键或硫醇-Au键)将蛋白质或肽耦合在载体上，同时保留耦合蛋白质或肽的天然结构和功能性质。

LAMI技术利用了蛋白质和肽的固有天然性质，由此在激发芳香族氨基酸后破坏了紧邻芳香族氨基酸残基定位的蛋白质或肽中的二硫桥。然后，通过光诱导的蛋白质或肽中的二硫桥断裂产生的硫醇基团将蛋白质或肽固定化到载体上。然后，蛋白质中形成的游离硫醇基团可以将蛋白质附接到硫醇反应性表面(例如，金、硫醇衍生化玻璃和石英，甚至是塑料)上。新的蛋白质固定化技术导致了活性生物传感器微阵列的开发和硫醇反应性纳米颗粒的生物功能化，从而旨在工程化改造药物输送系统。

图29是本发明一种用于治疗受试者的方法的流程图。在2601，本方法提供耦合到受试者的生物材料的第一区域。在2603，本方法引发第一区域中的细胞的细胞环境的改变。在2605，由于第一区域中的细胞的生物或化学活性的改变，本方法诱发受试者内部的第二区域中的生物改变。

根据本发明的各个实施例，第一区域可以是受试者内部的靠近第二区域的区域，或者它可以是受试者内部的远离第二区域的区域。在一个实施例中，第一区域可以是受试者外部的物理地耦合到第二区域的区域，或者它可以是受试者内部的与第二区域重叠的区域。

此外，在2601，可以通过人造材料将第一区域的生物材料与第二区域隔离。人造材料可以包括能够将由生物材料产生的化学剂从第一区域传输到第二区域中的可渗透材料。人造材料可以包括能够通过其传输生物光子的材料。人造材料可以包括能够通过其传输音波的材料。人造材料可以包括能够通过其传输紫外光或可见光的材料。人造材料可以包括能够通过其传输红外光的材料。人造材料可以包括能够通过其传输电信号的材料。在2605，第一区域和第二区域可以是量子纠缠区域，从而允许发生耦合。

此外，在2603，引发改变可以引起第一区域的生物材料的细胞死亡，或者引发改变可以引起第一区域的生物材料的细胞生长。通过在第一区域中施加电场以促进离子泵送通过第一区域的生物材料中的细胞，或通过在第一区域中施加电场以阻止离子泵送通过第一区域的生物材料中的细胞，可以引起所引发的改变。此外，通过改变试剂通过第一区域的生物材料中的细胞膜细胞的输送速率，例如通过改变试剂通过细胞膜隧穿的可能性，可以引起所引发的改变。在一个实例中，通过施加电场以促进或阻止试剂通过第一区域的生物材料中的细胞膜的传输来改变隧穿的可能性。在另一实例中，通过向试剂施加光子通量以增加试剂的能量来改变隧穿的可能性。在另一实例中，通过施加使细胞膜变厚的药物来改变隧穿的可能性。在另一实例中，通过施加使细胞膜中的孔扩张或收缩的药物来改变隧穿的可能性。在一个特殊实例中，可以仅将影响细胞膜的药物分离到第一区域，使得药物的毒性不影响受试者。

此外，在2603，引发改变可以改变生物材料中发生的酶促反应的速率或可以改变生物材料中发生的催化反应的速率。在2603，引发改变可以改变生物材料中发生的光合作用的速率。在2603，引发改变可以改变改变第一区域中的生物材料的基因组学。第一区域中的这种基因组学改变可以诱发第二区域中的治疗性改变。

此外，在2605，通过经由DNA分子的相互作用沿着从第一区域到第二区域的通路耦合到第二区域而在受试者内部的第二区域中诱发生物改变。在本实施例中，所述通路可以包括信号转导DNA作为部分或全部通路。在一个实施例中，通过沿着信号转导DNA输送电荷来提供耦合。在一个实施例中，通过去除通常结合到第一区域的生物材料中的信号转导DNA的蛋白质而诱发生物改变。

在以上这些步骤和动作中，来自第一区域的生物光子或有丝分裂辐射被传输(或以其它方式耦合)到第二区域，从而在第二区域中诱发改变。当这种耦合经由紫外线或可见光时，在特殊情况下，光子通量是单个光子发射和传输，并且可能用其它生物光子辐射源相干地发射和传输。

任选地，在上述步骤和动作中，生物光子发射被人造源刺激，使得第一区域中的活组织产生生物光子辐射。

任选地，在上述步骤和动作中，产生了人造或模拟生物光子发射，并将其耦合到第二或治疗区域。

在以上这些步骤和动作中，第一区域中的细胞活力的改变在受试者的第二区域中产生相似的改变。

此外，在2601，通过手术从受试者中的患病器官限定(分离、分开、部分去除)第一区域的生物材料，对已经通过手术限定的第一区域施加治疗以促进细胞死亡(或可替代地，细胞生长)，从而诱发细胞死亡(或细胞生长)作为受试者第二区域(或治疗区域)中的生物改变。通过这种方法，可以例如通过在通过手术限定的第一区域中化学地诱发细胞死亡或通过辐射在通过手术限定的第一区域中化学地诱发细胞死亡来选择性地治疗通过手术限定的第一区域以诱发细胞死亡。这种辐射的一个实例可以包含紫外光。其它实例包含X射线、伽马射线、质子或其它高能量源。

图30是本发明的另一种用于治疗受试者的方法的流程图。在2701，本方法提供生物光子或有丝分裂辐射源。在2703，本方法将生物光子辐射源耦合到患者内部的治疗部位。在2705，所述耦合在治疗部位处在受试者中诱发生物、化学、物理或治疗性改变。

图30中的这些步骤或动作可以与以上针对图29所述的任何其它步骤和动作一起发生。

人们可以标识促进代谢泵的活性的光子能量hv

另一策略被称为光子构造方法，并且包括刺激生物电路系统以生成健康的生物光子签名，所述生物光子签名又与肿瘤微环境(TME)通信以保持健康的进程，而不是参与不期望的突变，从而导致癌传播。从健康组织收集生物光子签名并将其与癌组织进行比较的能力将因此提供激活生物电路系统以促进正确的光子签名所必需的反馈回路。可以通过增加代谢泵功能来刺激生物电路系统。

通过将患病组织与身体的任何器官中的健康组织区分开来，可以定期实施光子刺激方案，直到患病细胞恢复正常行为并随后受到免疫系统的调节。首先应采取这种构造方法，以限制突变细胞逃避免疫系统的监控。一旦细胞不再具有逃避免疫系统的对策，便可以通过免疫系统启用的现有(且复杂)事件链快速有效地纠正疾病。

由于可以通过增加代谢泵功能来刺激生物电路系统，因此可以刺激门控离子通道路径的蛋白质并引起离子吸收的增加，以至于如此微弱地堆积更多的电压(因此，更多的能量存储)，这会导致经由光子能量的所述存储能量的衰减和耗散。

细胞水平的光子能量与测量超弱光子的能力相结合是本发明的一个优选实施例。还认识到，光子签名可以携带本文未描述的类型的信息。然而，使用光子在细胞水平上相互作用的能力开辟了无数的医学可能性和基于细胞光通信的新颖疗法。

以下是本发明的优选实施例的列表，这不是穷举的：

实施例1.一种治疗受试者的方法，其包括：

提供耦合到所述受试者的生物材料的第一区域；

引发所述第一区域中的所述细胞的细胞环境的改变；和

由于所述第一区域中的所述细胞的生物或化学活性的改变，诱发所述受试者内部的第二区域中的生物改变。

实施例2.根据实施例1所述的方法，其进一步包括为所述第一区域限定所述受试者内部的靠近所述第二区域的区域。

实施例3.根据实施例2所述的方法，其中所述受试者内部的所述区域由所述受试者自己的组织形成。

实施例4.根据实施例2所述的方法，其中所述受试者内部的所述区域是所述受试者内部植入的生物材料。

实施例5.根据实施例1所述的方法，其进一步包括为所述第一区域限定所述受试者内部的远离所述第二区域的区域。

实施例6.根据实施例5所述的方法，其中所述受试者内部的所述区域由所述受试者自己的组织形成。

实施例7.根据实施例5所述的方法，其中所述受试者内部的所述区域是所述受试者内部植入的生物材料。

实施例8.根据实施例1所述的方法，其进一步包括为所述第一区域限定所述受试者外部的物理地耦合到所述第二区域的区域。

实施例9.根据实施例1所述的方法，其进一步包括为所述第一区域限定所述受试者内部的与所述第二区域重叠的区域。

实施例10.根据实施例1到9中任一项所述的方法，其中提供包括通过人造材料将所述第一区域的所述生物材料与所述第二区域隔离。

实施例11.根据实施例10所述的方法，其中所述人造材料包括能够将由所述生物材料产生的化学剂从所述第一区域传输到所述第二区域中的可渗透材料。

实施例12.根据实施例10所述的方法，其中所述人造材料包括能够通过其传输生物光子的材料。

实施例13.根据实施例10所述的方法，其中所述人造材料包括能够通过其传输音波的材料。

实施例14.根据实施例10所述的方法，其中所述人造材料包括能够通过其传输紫外光的材料。

实施例15.根据实施例10所述的方法，其中所述人造材料包括能够通过其传输红外光的材料。

实施例16.根据实施例10所述的方法，其中所述人造材料包括能够通过其传输电信号的材料。

实施例17.根据实施例1到16中任一项所述的方法，其中所述第一区域和所述第二区域是量子纠缠区域。

实施例18.根据实施例1到17中任一项所述的方法，其中引发改变包括引起所述第一区域的所述生物材料的细胞死亡。

实施例19.根据实施例1到17中任一项所述的方法，其中引发改变包括引起所述第一区域的所述生物材料的细胞生长。

实施例20.根据实施例1到19中任一项所述的方法，其中引发改变包括在所述第一区域中施加电场以促进离子泵送通过所述第一区域的所述生物材料中的细胞。

实施例21.根据实施例1到19中任一项所述的方法，其中引发改变包括在所述第一区域中施加电场以阻止离子泵送通过所述第一区域的所述生物材料中的细胞。

实施例22.根据实施例1到19中任一项所述的方法，其中引发改变包括改变试剂通过所述第一区域的所述生物材料中的细胞膜细胞的输送速率。

实施例23.根据实施例22所述的方法，其中改变输送速率包括改变所述试剂通过细胞膜隧穿的可能性。

实施例24.根据实施例23所述的方法，其中改变隧穿的可能性包括施加电场以促进或阻止所述试剂通过所述第一区域的所述生物材料中的所述细胞膜的传输。

实施例25.根据实施例23所述的方法，其中改变隧穿的可能性包括向所述试剂施加光子通量以增加所述试剂的能量。

实施例26.根据实施例23所述的方法，其中改变隧穿的可能性包括施加使所述细胞膜变厚的药物。

实施例27.根据实施例23所述的方法，其中改变隧穿的可能性包括施加使所述细胞膜中的孔扩张或收缩的药物。

实施例28.根据实施例26或实施例27所述的方法，其中仅将所述药物分离到所述第一区域，使得所述药物的毒性不影响所述受试者。

实施例29.根据实施例1到19中任一项所述的方法，其中引发改变包括改变所述生物材料中发生的酶促反应的速率。

实施例30.根据实施例1到19中任一项所述的方法，其中引发改变包括改变所述生物材料中发生的催化反应的速率。

实施例31.根据实施例1到19中任一项所述的方法，其中引发改变包括改变所述生物材料中发生的光合作用的速率。

实施例32.根据实施例1到19中任一项所述的方法，其中引发改变包括改变所述第一区域中的所述生物材料的基因组学。

实施例33.根据实施例32所述的方法，其中所述改变所述第一区域中的基因组学诱发所述第二区域中的所述治疗性改变。

实施例34.根据实施例1到33中任一项所述的方法，其进一步包括经由DNA分子的相互作用沿着从所述第一区域到所述第二区域的通路耦合到所述第二区域。

实施例35.根据实施例34所述的方法，其中耦合包括使所述通路包括信号转导DNA。

实施例36.根据实施例34或35中一项所述的方法，其中耦合包括沿着所述信号转导DNA输送电荷。

实施例37.根据实施例1到36中任一项所述的方法，其中引发改变包括去除通常结合到所述第一区域的所述生物材料中的信号转导DNA的蛋白质。

实施例38.根据实施例1到37中任一项所述的方法，其中所述第一区域中的所述细胞的活力的改变产生了所述受试者的所述第二区域中的相似的改变。

实施例39.根据实施例1到18或20到38中任一项所述的方法，其中提供包括：

通过手术从所述受试者中的患病器官限定所述第一区域；

对所述第一区域施加治疗以促进细胞死亡；和

从而诱发细胞死亡作为所述受试者的所述第二区域中的所述生物改变。

实施例40.根据实施例39所述的方法，其中施加治疗包括：

选择性地治疗所述通过手术限定的第一区域以诱发细胞死亡。

实施例41.根据实施例40所述的方法，其中所述选择性地治疗包括在所述通过手术限定的第一区域中化学地诱发细胞死亡。

实施例42.根据实施例40所述的方法，其中所述选择性地治疗包括通过辐射在所述通过手术限定的第一区域中诱发细胞死亡。

实施例43.根据实施例42所述的方法，其中所述辐射是紫外光。

实施例44.根据实施例42所述的方法，其中所述辐射是x射线、伽马射线、质子或其它高能量源。

实施例45.一种生物光子收集器，其包括：

活细胞容器，其用于容纳能够发射生物光子的活细胞；

积分球，其围绕所述活细胞容器以用于收集所述生物光子；和

出射窗，其用于从所述积分球传输所述生物光子。

实施例46.根据实施例45所述的收集器，其进一步包括用于向所述活细胞提供辐射以刺激所述生物光子的生物光子辐射的刺激窗。

实施例47.根据实施例45所述的收集器，其进一步包括用于向所述活细胞容器供应流出物的喷嘴。

实施例48.一种生物光子收集器，其包括：

活细胞容器，其用于容纳能够发射生物光子的活细胞；

天线，其围绕所述活细胞容器以用于收集电磁辐射作为所发射的生物光子。

实施例49.根据实施例48所述的收集器，其进一步包括用于存储所述电磁辐射的波形特性的微处理器。

实施例50.根据实施例48所述的收集器，其中所述天线包括分形天线。

实施例51.一种生物光子旁路，其包括：

中空腔光学器件，其用于将生物光子从所述生物光子源传输到治疗部位，同时绕过待治疗的所述受试者的介质；

出射光学器件，其附接到所述中空腔光学器件的端部，所述出射光学器件将所述生物光子从所述中空腔光学器件分散到待治疗的所述受试者的所述介质中。

实施例52.根据实施例51所述的旁路，其中所述中空腔光学器件填充有气体或处于真空中。

实施例53.根据实施例51所述的旁路，其中所述中空腔光学器件包括反射性内壁。

实施例54.一种导电生物光子旁路，其包括：

导体，其用于将低频电信号从所述生物光子源传输到治疗部位，同时绕过待治疗的所述受试者的介质；

护套，其覆盖所述导体并通过介电垫片与所述导体分离；

连接器，其附接到所述导体，用于将所述导体连接到待治疗的所述受试者的所述介质。

实施例55.根据实施例54所述的旁路，其中所述导体包括多个导体，每个导体具有相应的护套。

实施例56.根据实施例55所述的旁路，其中具有所述相应护套的所述多个导体绞合在一起以减小高频噪声。

实施例57.一种导电生物光子旁路，其包括：

导体，其用于将高频电信号从所述生物光子源传输到治疗部位，同时绕过待治疗的所述受试者的介质；

护套，其覆盖所述导体并通过介电垫片与所述导体等距离地间隔开；

连接器，其附接到所述导体，用于将所述导体连接到待治疗的所述受试者的所述介质。

实施例58.一种磁轭生物光子旁路，其包括：

磁轭，其用于将磁信号从所述生物光子源传输到治疗部位，同时绕过待治疗的所述受试者的介质；

双间隙构造，其包括用于将所述磁信号引入所述磁轭的第一间隙和用于将所述治疗部位暴露于所述磁信号的第二间隙。

实施例59.一种体内生物光子生成器，其包括：

一种或多种磷光体，其设置在器官中或治疗部位处；

控制器，其被配置成控制所述磷光体的高能量激发，以在所述器官中或所述治疗部位处从所述磷光体产生模拟来自细胞的生物光子发射的光发射。

实施例60.根据实施例59所述的生成器，其中所述控制器控制到所述磷光体的电子束或x射线通量。

实施例61.一种活细胞生物光子生成器，其包括：

活细胞层，其包括活细胞；

基体，其用于将所述活细胞层附接到器官或治疗部位；

密封剂层，其密封所述活细胞层。

实施例62.根据实施例61所述的生成器，其中所述密封剂层被配置成向所述活细胞层提供控释物质。

实施例63.根据实施例61所述的生成器，其中所述密封剂层包括磷光体或金属。

实施例64.一种基于DNA的生物光子旁路，其包括：

信号转导DNA，其能够将电磁信号作为生物光子从所述生物光子源传输到治疗部位，同时绕过待治疗的所述受试者的介质；

波导结构，其容纳所述信号转导DNA，

其中所述信号转导DNA和所述波导结构将所述电磁信号传输到治疗部位。

实施例65.一种活细胞生物光子生成器，其包括：

系统，其用于局部加热器官或治疗部位中的细胞；

控制器，其被配置成将所述局部加热控制到在所述细胞中诱发应激并由此在应激下诱发来自所述细胞的生物光子发射的量。

实施例66.根据实施例65所述的生成器，其中所述系统包括微波高热治疗系统。

实施例67.一种用于在受试者中体内生物合成维生素D3的方法，其包括：

使所述受试者的胆固醇富含区域与能够将施加的引发能量转换为UV的一个或多个能量转换器接触；

用所施加的引发能量辐照所述受试者的所述胆固醇富含区域和所述一个或多个能量转换器，其中所施加的引发能量是选自由以下组成的群组的至少一个成员：x射线、伽马射线和粒子束；

其中所施加的引发能量通过所述一个或多个能量转换器转化为UV能量，其与所述胆固醇富含区域中的胆固醇相互作用，从而将所述胆固醇转化为维生素D3。

实施例68.根据实施例67所述的方法，其中所述接触是通过将所述一个或多个能量转换器注射到所述受试者的所述胆固醇富含区域中来进行的。

实施例69.根据实施例67所述的方法，其中所述接触是通过将所述一个或多个能量转换器系统地灌注到所述受试者的血管中来进行的，其中所述受试者的所述胆固醇富含区域是所述受试者的血流。

实施例70.根据实施例1到29或实施例35到46中任一项所述的方法，其中所述第二区域中的所述生物改变包括神经元活性的改变。

实施例71.根据实施例70所述的方法，其中神经元活性的所述改变是神经通信的刺激和/或控制。

实施例72.一种用于再生医学的方法，其包括：

在有需要的受治疗者中在内部生成一种或多种波长的光，其足以引起所述受治疗者中的细胞或组织的再生长/再生。

实施例73.根据实施例72所述的方法，其中所述光是通过在用于细胞或组织的再生长/再生的区域附近施用至少一种能量调制剂并向所述受试者施加引发能量而在内部生成的，所述引发能量通过所述至少一种能量调制剂在所述受试者内在内部被转化为所述一种或多种波长。

实施例74.根据实施例72所述的方法，其中所述光是通过激活所述受试者外部的长寿命持久性磷光体并在用于细胞或组织的再生长/再生的区域附近向所述受试者施用所激活的长寿命持久性磷光体而在内部生成的。

实施例75.根据实施例72到74中任一项所述的方法，其中细胞或组织的再生长/再生包括血管生成。

实施例76.根据实施例72到75中任一项所述的方法，其进一步包括向所述受试者施用浸渍有与光响应性阻断剂耦合的RGB肽的水凝胶，使得在所述受试者中在内部生成光时，所述光响应性阻断剂由所述在内部生成的光释放，从而激活所述RGB肽以引起细胞或组织的再生长/再生。

实施例77.根据实施例76所述的方法，其中与光响应性阻断剂耦合的所述RGB肽进一步包括与其复合的血管内皮生长因子蛋白，使得在释放所述光响应性阻断剂后，所述RGB肽和血管内皮生长因子蛋白中的每一个在所述受试者内被激活。

鉴于以上教导，本发明的许多修改和变型是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，可以以不同于本文具体描述的方式实践本发明。