記者 宗詩涵
射頻、冷凍、光動力等傳統(tǒng)消融技術存在難以滿足復雜解剖區(qū)域治療需求的局限，而脈沖電場消融技術的核心機制是利用高壓電場對細胞膜造成不可逆電穿孔以誘導目標細胞死亡，具備細胞選擇性、非熱損傷性、物理靶向性三大特點。
日前，以“脈沖電場消融：未來醫(yī)學技術新賽道”為主題的香山科學會議第792次學術討論會在北京香山飯店召開。會議重點討論了脈沖電場消融技術這一新興醫(yī)學技術的前沿方向，破解其從基礎研究到技術創(chuàng)新再到臨床轉化的關鍵科學問題，推動該技術的醫(yī)學研究和臨床應用。
精準誘導目標細胞死亡
消融是一種局部治療技術，通過施加物理或化學能量，使病變組織發(fā)生凝固性壞死或溶解，從而達到治療目的。在傳統(tǒng)消融領域中，有以“火元素”為代表的射頻消融技術、以“冰元素”為代表的冷凍消融技術，以及以“光元素”為代表的光動力療法。
“射頻消融技術通過產(chǎn)生50攝氏度至80攝氏度的高溫，使病變細胞發(fā)生凝固性壞死；冷凍消融技術則利用零下40攝氏度的低溫促使細胞內(nèi)形成冰晶，進而引起細胞裂解；光動力療法則依賴光敏劑、特定波長激光與氧氣發(fā)生光化學反應產(chǎn)生過氧化物，從而破壞病變細胞。”會議執(zhí)行主席、西安交通大學教授呂毅指出，盡管這些技術均具備一定療效，但也存在明顯局限性，尤其難以滿足解剖結構復雜區(qū)域的治療需求。
在此背景下，以“電元素”為代表的脈沖電場消融技術應運而生。該技術的相關研究可追溯至兩個多世紀前的一場科學實驗。1754年，法國物理學家諾萊特在一次電場實驗中觀察到，電火花在作用于人體皮膚后，皮膚表面會出現(xiàn)紅斑。這一現(xiàn)象被推測可能與強電場引起的皮膚組織不可逆破壞有關。直到20世紀中后期，科學家首次系統(tǒng)提出并驗證：強電脈沖可在不引起顯著熱效應的前提下，對細胞膜造成不可逆電穿孔，從而導致細胞死亡。隨著研究的不斷深入，脈沖電場消融技術逐步顯現(xiàn)出其臨床價值。
“脈沖電場消融技術的核心機制在于利用高壓電場擊穿細胞膜，形成不可逆電穿孔，從而精準誘導目標細胞死亡。”呂毅介紹，該技術具有三大特點，一是細胞選擇性，可針對目標細胞的細胞膜實現(xiàn)精準打擊；二是非熱損傷性，可避免傳統(tǒng)熱效應引起的組織支架結構損傷；三是物理靶向性，通過調節(jié)電場拓撲結構可精準靈活控制消融范圍與邊界，同時不產(chǎn)生全身毒性和額外損傷。
在治療腫瘤和房顫方面潛力巨大
據(jù)介紹，目前全球范圍內(nèi)已有超過100項用于癌癥治療的脈沖電場消融技術相關臨床試驗完成注冊，并有數(shù)百篇研究論文證實，該技術在肝癌、前列腺癌、胰腺癌和腎癌等腫瘤治療中表現(xiàn)出良好的安全性與有效性。
“脈沖電場消融技術在腫瘤治療過程中，能夠最大限度地保留細胞外基質結構和腫瘤抗原的完整性?！敝猩酱髮W附屬第一醫(yī)院副主任醫(yī)師陳淑玲介紹，“該技術不僅可實現(xiàn)精準的組織消融，還為激活機體抗腫瘤免疫應答創(chuàng)造了條件?！?/p>
陳淑玲進一步解釋，經(jīng)脈沖電場消融后，腫瘤局部乃至全身的免疫反應顯著增強，這顯示出該技術在調控腫瘤免疫微環(huán)境方面的潛力。研究表明，將該技術與抗PD-1療法聯(lián)合應用，不僅能明顯提升抗腫瘤效果，還可有效抑制消融后腫瘤的復發(fā)和轉移，為患者提供更持久、有效的治療選擇。
2021年，國產(chǎn)脈沖電場消融設備獲得國家藥監(jiān)局批準，這標志著該技術的設備研發(fā)與生產(chǎn)，告別了長期依賴國外進口的歷史；2023年2月，西安交通大學第一附屬醫(yī)院成功為一名局部晚期胰腺癌患者實施了世界首例內(nèi)鏡下脈沖電場腫瘤消融術；同年4月，上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院順利完成了國內(nèi)首例前列腺癌納秒脈沖精準消融術。從理論研究邁向臨床實踐，從設備引進到自主研發(fā)生產(chǎn)，脈沖電場消融技術在腫瘤治療領域展現(xiàn)出廣闊的應用前景。
除應用于腫瘤治療外，脈沖電場消融技術在心臟疾病治療方面同樣具有重要應用。它可通過導管電極在病灶區(qū)域施加脈沖電場，在心肌細胞膜上形成不可逆電穿孔，從而有效清除引發(fā)異常電信號的心肌細胞，治療房顫。
2020年，中國醫(yī)學科學院阜外醫(yī)院主任醫(yī)師唐閩團隊完成了亞洲首例房顫脈沖電場消融術。此后，脈沖電場消融技術在我國心臟疾病治療領域得到了廣泛應用。華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院主任醫(yī)師王炎認為，脈沖電場消融技術應用于心臟疾病治療具有兩大優(yōu)勢：一是安全性更高，可避免熱效應引起的組織損傷，例如極少損傷肺靜脈平滑肌，顯著降低肺靜脈狹窄風險等；二是消融效率更高，傳統(tǒng)射頻消融技術一般單點消融數(shù)十秒，而脈沖電場消融技術可實現(xiàn)多點同步消融，能在1—2秒內(nèi)完成操作。
仍需解決三大科學問題
會議執(zhí)行主席、中國科學院院士、中國科學院電工研究所研究員王秋良說，當前，脈沖電場消融技術已從單點突破邁向多點開花，但要讓該技術更好地用于臨床，仍需突破多個關鍵瓶頸。
呂毅指出，為進一步推動脈沖電場消融技術在臨床的廣泛應用，仍需解決以下三大科學問題：首先，需深入探究脈沖電場與生物組織間的交互作用機制；其次，應致力于構建更高效的生物電子—組織界面，優(yōu)化能量遞送過程，提升消融效率；最后，需建立基于多模態(tài)成像與表征技術的效果評估方法，以實現(xiàn)對脈沖電場消融效果的準確判斷。這些問題的解決將有助于該技術更安全、可靠地服務于患者。
在多模態(tài)成像領域，現(xiàn)有的超聲、CT、MRI等技術已廣泛應用于腫瘤與心臟疾病成像?！叭欢@些技術仍存在圖像分辨率低、成像與消融在時空上不匹配，以及難以準確引導消融等問題?！敝袊茖W院深圳先進技術研究院研究員馬騰說，目前仍缺乏直接有效的可視化手段，能在消融過程中實時監(jiān)控能量分布和組織反應，降低消融操作的不確定性。針對上述問題，馬騰團隊提出了“多模成像引導腔內(nèi)脈沖電場消融”方案，研發(fā)了集成超聲、OCT及熒光內(nèi)窺于一身的多模態(tài)成像—治療一體化導管系統(tǒng)，為脈沖電場消融技術的進一步推廣應用奠定了基礎。
此外，在呂毅看來，國產(chǎn)脈沖電場消融相關醫(yī)療器械實現(xiàn)高質量發(fā)展，不能僅僅依賴技術升級，還需在產(chǎn)品檢測標準、醫(yī)保覆蓋面、臨床經(jīng)驗積累等多個方面進行積極探索。
上海市醫(yī)療器械檢驗研究院副所長洪偉說：“我們擬推動脈沖電場消融設備的國際專門標準的立項，針對相關系列設備的專項條款，優(yōu)先固化統(tǒng)一的測試口徑、測試基準及閾值驗證路徑，為全球范圍內(nèi)的統(tǒng)一審評與注冊工作提供支撐。”
浙江大學附屬第一醫(yī)院教授陳新華則提出“分級分類監(jiān)管”框架：對于科研用裝置，應側重參數(shù)溯源與安全評估；對于臨床用儀器，應強化性能驗證與臨床數(shù)據(jù)核查。同時，她建議構建跨學科的檢測監(jiān)管協(xié)作機制，為脈沖電場消融產(chǎn)品的安全轉化、規(guī)范化應用及國際化推廣提供有力支撐。
“隨著生物效應機制的持續(xù)明晰、國產(chǎn)化設備的更新迭代、電極導入微創(chuàng)化路徑的深入探索，以及聯(lián)合放療、化療、免疫治療的全新治療模式的涌現(xiàn)，脈沖電場消融技術必將在惡性腫瘤、心臟疾病、糖尿病、慢性阻塞性肺疾病等疾病治療領域發(fā)揮更大作用。”呂毅說。
