不可逆電穿孔技術(shù)消融腫瘤研究進(jìn)展

孫 鋼

目前臨床上有多種微創(chuàng)消融方法用于治療良惡性腫瘤，目的是既可最大限度消除腫瘤，又不影響正常組織。化學(xué)消融、射頻消融、冷凍消融及間質(zhì)性激光凝固治療具有良好的近、中期療效。然而，這些方法對治療區(qū)域的組織破壞缺乏選擇性，可能損害鄰近的膽囊、膽管、腸道、尿道和神經(jīng)等，同時(shí)血液循環(huán)產(chǎn)生的熱沉效應(yīng)對局部治療溫度影響較大［1］。近年來，不可逆電穿孔（irreversible electroporation，IRE）消融腫瘤技術(shù)顯示出廣泛的臨床應(yīng)用前景，其治療腫瘤溫度＜50℃，無熱沉效應(yīng)，適用于大血管周圍腫瘤的消融治療。該技術(shù)對于含膠原較多的組織結(jié)構(gòu)如血管、膽道及神經(jīng)不易產(chǎn)生損傷，并且治療時(shí)間短（＜5 min）。該技術(shù)于2011年10月獲美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床，同時(shí)還通過了歐洲共同體質(zhì)量（CE）認(rèn)證。本文就IRE技術(shù)原理、臨床應(yīng)用及發(fā)展方向進(jìn)行綜述。

1 電穿孔原理

電穿孔是高壓電場以微秒和毫秒脈沖的形式作用于細(xì)胞膜的磷脂雙分子層，產(chǎn)生不穩(wěn)定電勢，在細(xì)胞膜上造成納米級孔隙的物理現(xiàn)象［2］。根據(jù)施加于細(xì)胞膜上的脈沖幅度與時(shí)間，細(xì)胞膜上的納米級孔隙可分為暫時(shí)性或永久性，即可逆電穿孔（RE）與IRE。在RE狀況下，細(xì)胞可完全修復(fù)和生存，而IRE則導(dǎo)致細(xì)胞死亡。RE目前已成為生物醫(yī)學(xué)技術(shù)的一個(gè)重要工具，用于向細(xì)胞內(nèi)介導(dǎo)藥物、基因或進(jìn)行細(xì)胞融合［3-5］。近年隨著對電穿孔技術(shù)的不斷深入研究，IRE所具有的非熱細(xì)胞消融的特殊模式、不影響膠原等支撐結(jié)構(gòu)、允許消融組織區(qū)域健康組織再生、無瘢痕形成等重要特性，已在腫瘤臨床治療中受到廣泛重視［6］，并形成了較為成熟的治療手段，既納米刀（NanoKnife）。

2 IRE納米刀裝置及使用

美國Angio Dynamics公司生產(chǎn)的IRE納米刀裝置已獲美國FDA批準(zhǔn)應(yīng)用于臨床。該裝置主要由高能直流發(fā)生器、腳踏開關(guān)、電極針組成。電極針分為單極針（16 G）和雙極針（18 G），長度為15 cm和25 cm；雙極針有2個(gè)間隔8 mm、長7 mm電極，單極針電極長度可通過滑動絕緣套在5～40 mm之間變化；單極針消融時(shí)至少要使用2個(gè)或更多電極針（圖 1）。發(fā)生器可產(chǎn)生直流（25～45 A）高壓（1 500～3 000 V）電脈沖，每次消融由連續(xù)70μs的9組（10次脈沖/組）共90次脈沖組成。采用基于預(yù)期組織電導(dǎo)率與治療體積的數(shù)學(xué)建模，調(diào)節(jié)電極電壓范圍。

①鍵盤下為同步心電記錄儀；②雙極針（上）與單極針（下）圖1 Angio Dynamics公司移動式IRE納米刀裝置［7］

消融治療應(yīng)在CT或超聲導(dǎo)引下進(jìn)行。根據(jù)腫瘤部位、體積及電導(dǎo)率適形布針，消融范圍應(yīng)包括腫瘤及其邊緣外1 cm。可采用2～5個(gè)單極針或1個(gè)雙極針，雙極針主要用于穿刺困難或＜2.5 cm的腫瘤。2個(gè)電極針之間最大距離為2.5 cm，每對電極針之間電壓至少應(yīng)達(dá)到1 000 V/cm。每個(gè)消融周期＜2 min，消融次數(shù)取決于每個(gè)序列電脈沖是否出現(xiàn)滿意的電流。若電流超過48 A，提示局部組織IRE已發(fā)生并導(dǎo)致電阻下降，此時(shí)可停止施加脈沖［7］。治療前應(yīng)實(shí)施腫瘤靶區(qū)CT掃描，麻醉評估，肝腎功能、凝血機(jī)制及血生化檢查。為了防止高壓脈沖導(dǎo)致患者機(jī)體活動，治療操作應(yīng)在肌肉松弛的全身麻醉下進(jìn)行［8］。由于高壓脈沖可干擾體表心電圖記錄，應(yīng)采用同步心電記錄儀監(jiān)測治療。

3 動物實(shí)驗(yàn)

作為消融組織的獨(dú)特方式，IRE作用已在細(xì)胞研究［9］和大小動物模型研究［6，10-11］中得到證實(shí)。 IRE可產(chǎn)生一明確的組織消融區(qū)域，不受血流量影響，沒有其他消融方式所產(chǎn)生的逐漸變化的組織消融區(qū)域。細(xì)胞要么是IRE，要么不被破壞。此外，IRE不產(chǎn)生熱消融導(dǎo)致的蛋白質(zhì)變性，僅影響活細(xì)胞的細(xì)胞膜，不影響組織支架，無瘢痕形成。IRE可激活免疫系統(tǒng)，利于組織快速再生，具有治療鄰近大血管腫瘤的潛在能力。動物實(shí)驗(yàn)研究顯示，消融區(qū)肝臟細(xì)胞完全死亡（消融區(qū)大小約33.5 mm），消融與非消融區(qū)之間僅有幾個(gè)細(xì)胞厚度的邊緣，血管與膽管結(jié)構(gòu)正常［6，12-13］。豬胰腺消融區(qū)域內(nèi)胰腺組織顯著破壞（大小約3 cm×2.8 cm），管腔結(jié)構(gòu)完整；所有實(shí)驗(yàn)動物恢復(fù)良好，僅發(fā)現(xiàn)輕度粘連，無腹水及胰腺壞死，血清淀粉酶、脂肪酶可有短暫性增高，3 d后恢復(fù)正常［14-15］。豬肺臟消融區(qū)域呈棕色變硬，最大直徑為1.1～2.2 cm，無細(xì)支氣管和血管結(jié)構(gòu)損傷，2～4周后消融區(qū)恢復(fù)正常，無明顯心律失常發(fā)生［16-17］。豬腎臟消融區(qū)大小與布針數(shù)量及形狀有關(guān)，最小直徑在20.6～39.3 mm，組織學(xué)檢查顯示皮質(zhì)腎小球和腎小管完全破壞，而集合管、腎盞、腎盂髓質(zhì)無破壞；靜脈腎盂造影和MRI檢查顯示腎盞、腎盂及輸尿管無變形［18-21］。房顫治療實(shí)驗(yàn)研究顯示消融區(qū)范圍可控制在3～3.5 cm，深度為0.9 cm，周圍組織無損害或瘢痕形成［11］。鄰近血管消融實(shí)驗(yàn)研究顯示，兔頸動脈結(jié)締組織基質(zhì)完整，血?jiǎng)用}壁平滑肌細(xì)胞數(shù)量有所減少，但無動脈瘤或血栓形成；豬冠狀動脈未發(fā)現(xiàn)內(nèi)膜增生和狹窄征象，無動脈損傷和重塑征象［22-23］。犬前列腺消融區(qū)內(nèi)組織完全壞死，2周后壞死區(qū)向內(nèi)明顯收縮，周圍尿道、血管、神經(jīng)、直腸無損傷［24］。顱內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究顯示，腦組織消融區(qū)及周圍血腦屏障破壞帶與施加電壓程度呈正相關(guān)，組織學(xué)檢查顯示破壞區(qū)與正常腦組織之間僅存有亞毫米過渡帶；一項(xiàng)IRE結(jié)合放射治療犬惡性膠質(zhì)瘤研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤體積有效減小，顱內(nèi)壓降低，神經(jīng)功能改善（圖 2）［25-27］。 豬與兔實(shí)驗(yàn)研究顯示，IRE 可導(dǎo)致坐骨神經(jīng)損傷，發(fā)生軸索腫脹和神經(jīng)周圍炎性浸潤、遠(yuǎn)端軸索華勒變性，但神經(jīng)內(nèi)膜和神經(jīng)束膜結(jié)構(gòu)保持完整；消融7周后電生理、組織學(xué)、功能學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，兔坐骨神經(jīng)完全恢復(fù)正常［28-29］。 Neal等［30］采用IRE成功治療1例拉布拉多犬髖部和后肢上段大范圍組織細(xì)胞肉瘤，術(shù)后6個(gè)月活檢和CT檢查顯示腫瘤完全消失，無明顯治療相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生（圖3）。

4 臨床研究

Cheung等［31］報(bào)道采用IRE臨床治療11例肝細(xì)胞癌患者18個(gè)瘤灶，整體瘤灶完全消融率為72%，而＜3 cm瘤灶完全消融率為93%；平均隨訪（18±64）個(gè)月，局部無復(fù)發(fā)（圖 4）。 Cannon 等［32］報(bào)道對 44 例鄰近有重要結(jié)構(gòu)的肝臟惡性腫瘤實(shí)施IRE臨床治療，瘤灶完全消融率為100%；術(shù)后隨訪觀察3個(gè)月、6個(gè)月、12個(gè)月，整體局部瘤灶無復(fù)發(fā)率分別為97.4%、94.6%、59.5%，而＜3 cm瘤灶局部無復(fù)發(fā)率分別為100%、100%、98%，未發(fā)生治療相關(guān)死亡事件及后期膽道狹窄和門脈血栓等并發(fā)癥。Narayanan等［33］采用IRE治療14例胰腺癌患者，其中10例瘤灶包繞腸系膜上動脈或肝動脈>180°，術(shù)后CT檢查未發(fā)現(xiàn)消融區(qū)血管損傷，無治療相關(guān)死亡事件發(fā)生（圖5）；治療后對2例實(shí)施腫瘤切除術(shù)，病理檢查顯示切除邊緣無瘤細(xì)胞，其余病例隨訪11～14個(gè)月，未發(fā)現(xiàn)局部復(fù)發(fā)。

Martin等［34］采用IRE治療27例胰腺癌患者，腫瘤消融成功率為100%，術(shù)后淀粉酶及脂肪酶有短暫性輕度增高（72 h后恢復(fù)正常），無胰腺炎及胰瘺并發(fā)癥發(fā)生。Pech等［35］采用IRE治療6例手術(shù)切除前腎細(xì)胞癌患者并分析其可行性與安全性，未發(fā)現(xiàn)中央血流動力學(xué)及血生化異常變化，僅1例發(fā)生室上性心律失常。Ball等［8］報(bào)道分析21例肝癌、腎①術(shù)前肝臟冠狀位CT增強(qiáng)掃描顯示肝細(xì)胞癌病變（箭頭）；②術(shù)后9個(gè)月冠狀位CT增強(qiáng)掃描復(fù)查顯示瘤灶消失（箭頭）

髖部和后肢上段組織細(xì)胞肉瘤治療前后對照圖3 IRE治療犬髖部和后肢上段大范圍組織細(xì)胞肉瘤［30］

圖4 IRE臨床治療肝細(xì)胞癌［31］

圖5 IRE臨床治療胰腺癌［33］

①術(shù)前CT掃描顯示胰腺癌病變包繞腹腔動脈（箭頭）；②術(shù)后即刻CT掃描復(fù)查顯示包繞腹腔動脈的病變消失，氣體是IRE水解作用所致（箭頭）癌、肺癌患者接受IRE臨床治療的安全性和并發(fā)癥，并發(fā)癥包括電脈沖所致骨骼肌和膈肌收縮，使用肌肉松弛劑可緩解此現(xiàn)象，但對完全癱瘓患者治療區(qū)域肌肉（包括膈肌）收縮則無效；7例術(shù)中發(fā)生室性心動過速，其中4例伴有動脈壓明顯下降，但中斷治療后心律與血壓立即恢復(fù)正常；3例出現(xiàn)氣胸，考慮與電極針穿刺有關(guān)；全部患者出現(xiàn)不需處理的短暫性收縮血壓增高；13例發(fā)生術(shù)后疼痛，其中2例需靜脈注射嗎啡治療；4例術(shù)后出現(xiàn)酸堿平衡紊亂伴血鉀升高，其中3例有明顯腎功能損傷病史，另1例消融的腫瘤體積較大。Thomson等［7］報(bào)道對38例晚期肝癌、腎癌、肺癌患者共69個(gè)瘤灶施行全身麻醉下IRE消融治療，無血管及膽管損傷發(fā)生；6例出現(xiàn)一過性心律失常，僅1例房顫患者需藥物治療，其余患者心律均自行恢復(fù)正常；2例因全身麻醉出現(xiàn)臂叢神經(jīng)損傷，3例出現(xiàn)氣胸；1例先前有尿路狹窄并植入輸尿管支架患者發(fā)生輸尿管部分梗阻和肌酐升高，再次植入輸尿管支架治療后肌酐水平恢復(fù)正常；2例出現(xiàn)短暫性血尿；1例因電極意外插入左腎上腺下極，發(fā)生一過性高血壓；盡管術(shù)后及隨訪時(shí)CT及血生化檢查顯示腎上腺形態(tài)與功能無異常，但患者自述有持續(xù)2個(gè)月嚴(yán)重體位性低血壓；肝臟腫瘤患者消融后，出現(xiàn)丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶和膽紅素一過性升高。

5 展望

IRE納米刀通過一系列電脈沖永久損害細(xì)胞膜脂質(zhì)雙分子層致使細(xì)胞凋亡，促進(jìn)人體免疫系統(tǒng)通過細(xì)胞吞噬作用清除凋亡組織，利于正常組織的再生與修復(fù)。該技術(shù)具有組織消融選擇性強(qiáng)、無熱導(dǎo)效應(yīng)、消融區(qū)邊緣銳利、不損害鄰近治療區(qū)域動脈、靜脈、周圍神經(jīng)、尿道或肝內(nèi)膽管等重要結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。另外，該技術(shù)治療時(shí)間短（＜5 min），并可由超聲、CT實(shí)時(shí)監(jiān)測。但該技術(shù)仍存有許多不足，如電脈沖所致心律失常及肌肉強(qiáng)烈收縮（故須在全身麻醉下治療）、電極針置入有發(fā)生氣胸和出血風(fēng)險(xiǎn)等，有待于進(jìn)一步研究解決。目前該技術(shù)臨床研究中存在患者選擇非隨機(jī)化、樣本量少問題，尚缺乏多中心大樣本量及長期隨訪研究。

總之，IRE納米刀是一種可安全有效地消融腫瘤的新技術(shù)，隨著技術(shù)不斷發(fā)展與完善，必將對進(jìn)一步推動腫瘤治療具有重要意義。

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