不可逆电穿孔治疗前列腺癌的研究进展
不可逆电穿孔技术消融肿瘤研究进展
ＪＩ ｎ ｔ ｅ ｒ ｖ ｅ ｎ ｔ Ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｌ ２ ０ １ ５ ，Ｖ ｏ １ ． ２ ４， Ｎ ｏ ． ４
・
专ｏ ｍ ｍｅ ｎ ｔ ・
不可逆 电穿孑 Ｌ 技 术消融肿瘤研究进展
荆、 钢
【 摘要 】 不可逆 电穿孑 Ｌ 技术又称纳米刀 ， 是一种能有效消融肿瘤的新技术 。该技术利用 电脉 冲永久
损 害靶 区 内 细 胞 膜 双 磷 脂 层 ，导 致 肿 瘤 细胞 死 亡 ，其 肿 瘤 消 融 效 果 已 在 动 物 实 验 及 临 床 研 究 中得 到 证 实。 该技术无热导效应 ， 邻近组织基质如血管 、 神 经 和胆 道 不 受 破 坏 。 本文就该技术原理 、 技术装置 、 治 疗
肿瘤优缺点及进展作一综述 。
【 关 键 词 】 不 可 逆 电穿 孔 ；组织 消融 ；肿 瘤 治 疗
中 图分 类号 ： Ｒ ３ ７ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８ － ７ ９ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） － ０ ４ — ０ ２ ７ ７ — ０ ５
Ｉ ｒ ｒ ｅ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｂ ｌ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｐ ｏ ｒ ａ ｉｏ ｔ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｆ ｏ ｒ ａ ｂ ｌ ａ ｉｏ ｔ ｎ ｔ ｒ ｅ ａ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｕ ｍｏ ｒ ｓ ：ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ２ ５ ０ ０ ３ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ａ ｕ ｔ ｈ ｏ ｒ ：Ｓ Ｕ Ｎ Ｇａ ｎ ｇ，Ｅ— ｍａ ｉ ｌ ： ｓ “ ｇ ＜ ． １ ６ ３ ． ｃ ｏ ｍ
纳米刀(Nanoknife)肿瘤消融治疗的临床应用与展望
纳米刀系统组成及应用
主要由发生器和同步器两部分组成。发生器是消融设备的主体包括19G的消融电极 针、治疗计划软件、可自动切换的电极输出端、触摸屏或键盘输入设备及脚踏板等。 消融电极分为单针双极（16G）和多针单极（19G）2种规格，可以根据病灶情况选 择使用。采用单极多针消融，应根据病灶大小，常常至少要有两个或更多电极。两 探针之间的最大距离为2cm，连续给予90次脉冲宽度为100纳秒（ns）、电压1500伏/ 厘米（V/cm）的高压直流脉冲，电流50A。电场可将细胞表面的磷脂双分子层击穿。 根据肿瘤的形状，可适形布针，纳米刀系统最多可连接6个电极。两个电极最大消融 体积为4 × 3 × 2 cm³。 ， 2011年10月，美国Angiodynamics公司产品获美国FDA批 准应用于临床，同时还通过了欧盟的CE认证。
治疗后第1天
治疗后第3天
治疗后第7天
治疗后第14天
4.治疗时间短：典型的治疗时间不超过5分钟。 对于直径约 3cm大小的实体肿瘤，经典的IRE是使用 90个 100μs的脉冲 治疗。单次IRE灭活时间少于 1 分钟，即使是采用 3 到 4 次 的重复灭活，总的IRE治疗时间也不超過 5分钟。这归功于 利用极端高速的电场造成了细胞死亡。而热消融需要相应
两个微电极之间的单细胞膜电穿孔： a.局部电穿孔过程； b.多个微电极数量的局部电穿孔过程；
液滴的微流体电穿孔技术示意图; 通过（藻细胞的过程）聚二甲基硅氧烷（PDMS）
微电极（锯齿）聚焦胞内物质的电穿孔后细胞裂解示意图
机理
消融探针释放微秒级高压脉冲
吞噬细胞消除细胞碎片治疗区 域恢复正常
破坏肿瘤细胞膜形成纳米级不可逆电穿孔
肿瘤细胞快速凋亡
优势
1.组织选择性： IRE的细胞死亡是通过凋亡介导的。血管结构（由弹
细胞膜电穿孔及其肿瘤治疗的研究
高电压新技术及应用细胞膜电穿孔及其肿瘤治疗的研究Study on Electroporation of Cell Membrane and T umor Treatment姚陈果,孙才新,米 彦,王士彬,熊 兰(重庆大学高电压与电工新技术教育部重点实验室,重庆400044)Yao Chenguo,Sun Caixin,Mi Yan,Wang Shibin,Xiong Lan(H igh Voltage and Electrician M ajor Laboratory of Education Ministry,Chong qing U niversity,Chongqing400044)摘 要 电穿孔是在脉冲电场作用下细胞膜暂时出现微孔的物理过程,其结果是细胞内外分子交换显著增加,有利于细胞吸收各种药物、基因物质、蛋白质和其它大分子等。
电场取消后微孔关闭而不会对细胞造成任何影响。
电穿孔对于研究脉冲电场作用下细胞的结构和功能有重大意义,这种瞬时可逆的膜渗透性增强大大促进了化疗药物的跨膜运送,有效地提高了其杀伤力,为肿瘤的综合治疗提供了一种新思路。
Abstract Electroporation is a physical process inducing tran sient bo res in cell membranes by the application of pulsed elec tr ic fields.T her e is a significant increase in the exchange of molecules between the cell inter ior and exterior.T he tr ansient, r ev ersible nature of this electr ical permeabilization of membranes facilitates the cellular uptake of v ar ious drugs,genetic material, proteins,other micro and macromolecules.When the electric fields are cancelled,the bores w ill be closed.It is impor tant t hat electroporation is emplo yed as a research tool to study the cell structure and function under pulsed electric fields.T he in creasing permeability of cell membr ane pr omot es higher uptake of chemother apeutic drug and enhanced killing of the cancer cells.Electroporation provides a new method for tumor treat ment undoubtedly.关键词 电穿孔 细胞膜 肿瘤治疗 不可逆性电击穿Key words electroporation cell membrane tumor treatment irreversible electrical breakdown中图分类号 Q64 文献标识码 A0 引 言Weaver J C等发现给细胞施加脉冲电场将导致细胞膜出现微孔和渗透性,电场取消后微孔大多会关闭而不对细胞造成任何影响,该现象称之为电穿孔(electroporation)即可逆性电击穿(REB)。
不可逆电穿孔在腹部肿瘤治疗中的应用
栏目主编：包家立包家立，博士，教授，浙江大学医学院公共卫生系浙江省生物电磁学重点实验室生物物理与医学工程研究组PI ，曾任浙江医科大学生物医学工程研究所副所长，浙江大学临床工程研究所副所长，具有美国HOPE 基金会临床工程教育证书。
本刊专家指导委员会委员，国家卫生与健康委员会全国生物医学工程专业“十三五”规划教材《临床工程学》主编，中国电子学会优秀科技工作者，中国电子学会生物电子学分会委员，中国计量测试学会医学计量分会副主任委员，浙江省生物信息学会常务理事，浙江省生物医学工程学会理事，浙江省仪器仪表学会理事，浙江省医学会医学工程分会常委。
专长于医疗专论———不可逆电穿孔技术在临床中的应用编者按：NanoKinfe 是一种新型的外科手术器械，其应用高压电脉冲致肿瘤细胞膜产生不可逆电穿孔，进而导致肿瘤细胞凋亡，达到切除肿瘤组织的目的。
2011年，获得美国FDA 批准，2015年，CFDA 批准在中国市场上市，其适应症范围为肝肿瘤和胰腺肿瘤的消融。
目前，在我国只有为数不多的几家三甲医院使用。
然而，在中国，电穿孔和不可逆电穿孔研究已有20多年，我国有自主研发的基础和条件。
本期专论介绍不可逆电穿孔技术的临床应用。
鉴于该技术在腹部肿瘤治疗中有特异性，邀请朱金俊介绍这种技术在腹部肿瘤治疗中的应用。
由于这项新技术不被人们所认知，尤其是对安全有效性的怀疑，故邀请岑泽南用Meta 分析法系统对该技术在肝癌治疗中安全有效性进行回顾性分析。
这项技术为舶来品，其中文命名并没有反映关键技术特征，故对其中文命名进行了讨论。
仪器、临床工程、医疗器械评估、电磁生物学、慢性病控制、药物释放控制等。
主持过国家自然科学基金课题、国家重大科技专项子课题、国家标准等国家科研课题。
获得过浙江省医学会医工事业突出贡献奖、中国仪器仪表学会科技进步奖、浙江省科技进步奖。
参加过第三和第四次WHO 全球医疗器械论坛（GFMD ），并在第三次论坛的平行会议上作“中国的临床工程”发言。
微妙脉冲不可逆电穿孔治疗区域仿真研究
微妙脉冲不可逆电穿孔治疗区域仿真研究摘要：不可逆性电穿孔（IRE）是透过极其短但强力的电场使得细胞膜上产生永久纳米孔的一种组织消融技术，这种技术利用脉冲电场在细胞膜上形成不可逆的纳米孔，从而导致肿瘤细胞死亡，这是一种独特的具有自己特色的非热效应失活机制。
本文在此基础上研究了微妙脉冲不可逆电穿孔的治疗区域，设置微秒脉冲脉宽100微秒、幅值0~3kV、重复频率1Hz，建立一个半径为6mm的肿瘤细胞，针半径1mm，二者电极间距1~8mm的模型，进而来建立并分析不可逆电穿孔治疗肿瘤组织的基本原理。
通过改变二者电极间距，以及方波脉冲幅值大小，利用模型模拟装置对模拟结果进行分析，在最佳参数下，通过微秒脉冲不可逆电穿孔，得到肿瘤的有限元模型。
其在给定肿瘤细胞半径为6mm的情况下，确定了最优解为两电极间距5.36mm，方波脉冲幅值1736V，治疗面积113.12mm2，与肿瘤细胞面积113.04mm2相比，面积相差0.08mm2，误差率0.071%。
关键词：肿瘤治疗，不可逆性电穿孔，微秒脉冲，最优化1 设计说明1.1设计概述本次设计基于静电场分布理论和常用的双针电极结构，使用COMSOL研究了不可逆电穿孔的最佳电场参数，针间距和针插入深度。
首先通过电场模拟计算寻求肿瘤治疗中不可逆电穿孔参数的最佳组合，以实现肿瘤细胞的完全杀伤和对周围正常组织的最小损伤[1]。
通过调整二针电极之间的距离（最大为8mm）和方波脉冲的幅值（最大为3kV），使不可逆电穿孔的治疗范围全面涵盖肿瘤细胞，而涵盖正常组织的面积尽可能的小，通过不断的调试，最终得到最优方案。
建立肿瘤细胞的简单二维模型以模拟生物组织细胞和肿瘤细胞的电导率和相对介电常数。
其次建立了针电极和组织的有限模型，基本原理是应用脉冲电场不可逆地治疗癌细胞，不可逆的电穿孔完全发生在治疗区域的肿瘤组织中，并且尽可能不在治疗区域外的正常组织中发生不可逆的电穿孔[2]，尽量将治疗的副作用降到最低。
电穿孔疗法效应及治疗肿瘤的研究进展
电穿孔疗法效应及治疗肿瘤的研究进展用电穿孔方法结合化疗药物治疗肿瘤，给予相对较少剂量的化疗药物就能杀死肿瘤细胞，这两者的结合称为电化学疗法（ECT），其优势是疗效提高、同时毒性降低。
ECT在细胞实验、动物实验和临床试验中取得了显著成效，电穿孔治疗仪的研发和应用加快了这种治疗方法的进步。
研究者们还探索高强度电场的陡脉冲使肿瘤细胞发生不可逆的穿孔从而导致肿瘤细胞死亡的现象，并展现出广阔的应用前景。
[Abstract] The combination of electroporation treatment of cancer chemotherapy drugs, given the relatively small doses of chemotherapy drugs can kill tumor cells, called electrochemical combination of the two treatments (Eletrochemotherapy, ECT), its advantage is to improve the efficacy, while reduced toxicity. ECT has achieved remarkable success in the experiment, the cells of animal experiments and clinical trials, the development and application of electroporation therapy device to speed up the progress of this treatment. The researchers also explore the steep high-intensity pulsed electric field causes the tumor cells leading to irreversible phenomenon perforation death of tumor cells and show a broad application prospects.[Key words] Electroporation; Electric chemotherapy; Cancer treatment; Iirreversible breakdown惡性肿瘤近年来在人群的发病逐年升高，严重影响患者的健康和生命，成为当之无愧的“死亡杀手”。
前列腺癌纳米刀消融治疗的优点
前列腺癌纳米刀消融治疗的优点作者：来源：《中国商人》2019年第05期梁先生因尿频、排尿困难，到当地医院检查，被诊断为前列腺癌。
他既担心病情，又害怕外科手术，于是慕名找到中山大学肿瘤医院影像与微创介入中心吴沛宏教授，寻求治疗。
吴沛宏教授、李旺教授和麻醉科李伟教授等，细致研究患者病情，并与患者家属充分商量后，决定采用微创不可逆电穿孔（纳米刀）技术进行治疗。
梁先生的整个手术过程非常顺利，术后没有任何并发症，当天即下床活动，第二天即正常排尿并出院回家像正常人一样生活。
随着人们生活习惯改变和人均寿命的延长，世界范围前列腺癌发病率呈逐步上升的趋势，现已成为男性癌症相关死亡的第三大原因。
诊断技术的提高比如广泛的前列腺特异抗原（PSA）筛查、影像技术的进步等，让前列腺癌的早期发现成为可能。
前列腺癌主要的治疗方法有外科手术治疗、放射治疗、局部冷/热消融等微创治疗、放射性粒子植入治疗及内分泌等综合治疗。
但由于前列腺位置深入体内，毗邻直肠、尿道、会阴部神经、血管等结构，手术难度及风险较大，尿失禁、勃起及性功能障碍等并发症发生率高。
不可逆性电穿孔（irreversible electroporation，简称IRE），也称纳米刀，透过纳米电极间产生的极其短但强力的电场使得细胞膜上产生永久纳米孔的一种组织消融技术，透过扰动细胞稳态以让细胞凋亡并激发人体产生抗肿瘤免疫反应。
纳米电极的直径为19G，相当于普通牙签的三分之一，对患者损伤极小。
这种治疗技术导致细胞凋亡而不是其他基于冷/热消融、辐射的消融技术造成的细胞坏死。
纳米刀治疗前列腺癌有什么优势？对主要的血管、神经血管束、尿道、直肠、神经等都没有损伤，不会限制消融的范围，因此是一种可推广的治疗方法。
前列腺癌的纳米刀消融治疗有其优点：1、创伤小;2、治疗效果确切;3、对尿道无损伤;4、不伤及神经，特别是性神经;5、生活质量高;6、消融后引起的肿瘤细胞凋亡，即程序性死亡，诱导体内巨噬细胞清除凋亡肿瘤细胞，使正常前列腺组织得以重新修复。
不可逆电穿孔消融在治疗恶性肿瘤中的应用进展
场强度增加 到一 定 程度 后 ， 细胞 膜 上将 产生 不可 逆性 的孔 洞， 进而导 致 细胞 的死 亡 ， 我 们 称之 为 不 可逆 电穿 孔 ７ ， ８ １ 。
【 指 示性摘要】 不可逆 电穿孑 Ｌ 是一种全新 的肿瘤 消融 技术 ， 该技术 利用脉 冲 电场 在细胞膜 上造成不 可逆 的纳
米级孔洞 ， 从 而使肿瘤细胞死亡 ， 这是 一种 独特 的非热效应 灭活 机制 。近 年来 ， 越 多来越 多的临床试 验证实
了不 可 逆 电穿 孔 消 融 技 术 在 恶 性 肿 瘤 治疗 中 的 安 全 性 及 有 效 性 。本 文 就 目前 不 可 逆 电穿 孑 Ｌ 消融 应 用 于 恶 性
肿瘤治疗 的临床研究进展作 一综 述。
【 关键 词】 不可逆 电穿孔 ； 肿瘤 治疗 ； 物理消融 【 中图分类号】 Ｒ ７ ３ ０ ． ５ ６ 【 文献标识码 】 Ａ 【 文章 编号 】 １ ６ ７ ２— ４ ９ ９ ２一（ ２ Ｏ ｌ Ｓ ） ４— ０ ０ ６ １ ９—０ ３
自上个世纪 ７ Ｏ年代无水酒 精注射被应 用于肝脏 肿瘤 的
现代肿瘤 医学
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不 可逆 电穿 孔 消融 在治 疗恶 性肿 瘤 中 的应 用进 展
刘元 章 ， 薛 超 ， 李 晓祥
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Ｒｅ ｃ ｅ ｎｔ ｌ ｙ， ａ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｎ ｕｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｃ ｌ ｉ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ｓ ｄ ｅ ｍｏ ｎｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ａ ｎｄ ａ ｖ ａ ｉ ｌ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｉ ｒ ｒ ｅ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｂｌ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｐｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｈｌ ａ —
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不可逆电穿孔治疗前列腺癌的研究进展
摘要：前列腺癌是常见的男性恶性肿瘤，其治疗方式有手术、放疗、化疗、内
分泌治疗及局部微创介入治疗等。
传统前列腺癌根治术和放疗对癌症的控制效果
较好，但会引起侧支组织损伤且有较强的毒副作用；而局部热消融的精度不高，
易导致消融不完全。
不可逆电穿孔作为一项先进的介入技术，具有消融范围精准
和消融效果良好的优点，目前已有多个国家开展相关临床研究。
本文就不可逆电
穿孔消融的原理及其在前列腺癌治疗中的主要进展进行综述。
关键词：前列腺癌；不可逆电穿孔；介入治疗
前列腺癌（Prostate Cancer，PCa）是最常见的男性恶性肿瘤之一，其发病率
随着年龄的增长而显著增加。
在中国，PCa是继肺癌后，男性死亡率最高的癌症。
PCa主要的治疗方法有外科治疗、放射治疗、化学治疗、内分泌治疗及局部微创
介入治疗。
前列腺近端有许多重要结构，如直肠、尿道、神经血管束等，PCa根
治术作为常规治疗方法，易对上述结构造成破坏，导致严重的并发症。
以能量效
应为基础的微创介入疗法，包括冷冻消融、射频消融和微波消融等，为避免并发症，靠近血管及邻近正常组织器官的肿瘤常常消融不完全。
不可逆电穿孔（Irreversible Electroporation，IRE）是一种新的非能量消融方式，它利用强有力的电脉冲，在细胞膜上产生不可逆的穿孔，使得细胞内外物质自由
流动，从而导致细胞内物质紊乱，进而导致细胞凋亡。
与热消融相比，IRE的机
制是不受能量影响的，这使得在热敏感结构附近的肿瘤也可消融完全。
优化后的
脉冲参数和电极布置使治疗期间的血管和神经得以保护，利于患者的功能恢复。
这些优点使IRE在临床中得以广泛应用。
1.临床研究
2015年，Ting等[1]第一次对IRE治疗PCa的结果进行研究，他们选取了32
个未经手术治疗的中等风险的PCa患者，使用3-6个电极以5mm以上的安全距
离排列消融肿瘤。
随访调查并发症，术后6个月进行MRI检查、术后7个月进行
活检，并将治疗区域内的发现细分为内野、临近区域和外野。
结果显示在6个月时，泌尿、肠道及性功能未明显下降。
一般身心健康评分在术后6个月时未显著
下降，且在整个随访期间保持稳定。
在肿瘤方面的随访活检中，16/21（76%）的
组织学标本上未见明显疾病，8/21（38%）的组织学标本上未见癌症。
综上所述，对于中早期PCa患者，局灶性IRE治疗安全可靠、并发症发生率低。
2016年，Kaite等[2]对25名经IRE治疗的PCa患者进行回顾性分析。
对患者
随访至少6个月，最终随访时间的中位数为10.9个月。
2例发生3级并发症包括
附睾炎和尿路感染。
14例发生2级及以下的并发症，主要包括血尿、尿路感染等。
25例患者中，4例（16%）在术后6个月的随访活检中发现消融区肿瘤复发。
术
前泌尿功能正常的患者，在术后6个月和12个月后分别有出现12%和6%的泌尿
功能异常，术后12个月时只有1名患者出现勃起功能障碍，2个病人（8%）出
现尿失禁。
结果证明了IRE治疗局限性PCa是可行和安全的。
2016年，Massimo等[3]报告了一项关于不可逆电穿孔治疗局灶性PCa的前瞻
性研究，主要目的是确定病灶的副作用，次要目标包括确定特定领域的不良反应
概况、早期疾病控制率和三叉神经痛发生率。
在研究过程中，16名患者完成了所
有的临床试验和12个月的随访。
所有16名男性患者在术后12个月时均无漏尿。
勃起功能正常率为69%，无严重不良反应。
尿路症状改善效果显著。
最终得出结论：不可逆电穿孔治疗PCa具有较低的泌尿生殖系统不良反应发生率，但还需要
进一步研究来优化患者选择和治疗参数。
2.展望
IRE作为一种新的局部消融方法，在PCa治疗上有广阔的前景。
正在开展阶段的NEAT试验将通过使用经过验证的患者报告结果和系统的局部疗效评估，对
PCa患者的IRE治疗效果进行合理评估，通过整齐划一的结果来应用于大规模的
多中心验证性试验，致力于为PCa治疗中健康技术评估的挑战性领域提供指导；
作为目前最适用的PCa治疗手段，IRE也可作为根治性手术、放疗或热消融等治
疗失败后的补救治疗手段。
在IRE手术引导技术方面，MRI-TRUS（磁共振-经直肠
超声）融合技术在定位电极上展现了很高的应用价值，将在更多的临床试验中得
到检验；此外，目前尚没有一种成像方式能够在IRE手术中实时观察到消融区的
范围。
我们期待IRE治疗PCa的进一步研究。
参考文献：
[1]Dong S，Wang H，Zhao Y，et al. First Human Trial of High-Frequency Irreversible Electroporation Therapy for Prostate Cancer[J]. Technol Cancer Res Treat，2018，17：1533033818789692. doi：10.1177/1533033818789692
[2]Murray KS，Ehdaie B，Musser J，et al. Pilot Study to Assess Safety and Clinical Outcomes of Irreversible Electroporation for Partial Gland Ablation in Men with Prostate Cancer[J]. J Urol，2016，196（3）：883-890. doi：
10.1016/j.juro.2016.02.2986
[3]Valerio M，Dickinson L，Ali A，et al. Nanoknife Electroporation Ablation Trial：
A Prospective Development Study Investigating Focal Irreversible Electroporation for Localized Prostate Cancer[J]. J Urol，2017，197（3 Pt 1）：647-654. doi：
10.1016/j.juro.2016.09.091。