田錦林，肖越勇

(1.廈門市第三醫(yī)院介入科，福建 廈門 361100；2.中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心放射診斷科，北京 100039)

早在2800多年前，古希臘人發(fā)現(xiàn)隨身佩戴的琥珀經(jīng)摩擦后可吸附羽毛或木屑，并將此現(xiàn)象稱為“amber(琥珀)現(xiàn)象”。“電(electricity)”一詞直到2 000多年后的20世紀初方才出現(xiàn)，此時原子結構被發(fā)現(xiàn)，對于電的起源和原理也有了比較準確的書面定義。電是電子運動所產(chǎn)生的自然現(xiàn)象，為自然界4種基本相互作用(萬有引力、電磁相互作用、強相互作用及弱相互作用)之一。細胞電穿孔現(xiàn)象是電對生物作用領域的重大發(fā)現(xiàn)。不可逆電穿孔(irreversible electroporation， IRE)技術亦稱納米刀，是消融腫瘤的新模式，本文對其發(fā)展歷史進行簡要概述。

1 納米刀問世前

1.1 電穿孔技術發(fā)展第一階段(18世紀至20世紀初)：初步認識電穿孔現(xiàn)象 1754年，法國物理學家、牧師NOLLET發(fā)現(xiàn)，在電場中向人或動物的皮膚施加電火花，將會使局部產(chǎn)生一個紅點，即NOLLET紅點，并建議以IRE來加以定義[1]。1777年，德國物理學家LICHTENBERG以高壓粒子加速器作用于玻璃而引出閃電，形成的美麗圖案被稱為“LICHTENBERG圖案”[1]；人遇到雷電擊傷而未死亡時，皮膚上會留有富有特征性的利希滕貝格圖案，并在其后數(shù)天內消退。LICHTENBERG圖案與NOLLET紅點具有相同的發(fā)生機制，均為皮膚被電擊穿導致毛細血管通透性增加、使血液中的紅細胞漏出血管進入皮膚淺層所致。1898年，有研究者發(fā)現(xiàn)多次以高電壓放電能夠殺滅水中的細菌，其所用電脈沖僅持續(xù)數(shù)分鐘，而在這一過程中水溫并未升高，故認為殺菌作用機制極有可能是IRE[1]。1913年，有研究[1]認為，電熱效應導致的燒傷是工業(yè)電擊事故最常見的致死原因，但并非雷電擊傷的主要致死原因。上述這些研究使人們初步認識到電穿孔現(xiàn)象。

1.2 電穿孔技術發(fā)展第二階段(20世紀中葉至21世紀初)：電穿孔機制探索及應用 在此階段的早期20年(1951年—1970年)間，細胞電穿孔機制研究主要關于IRE，但此時尚未掌握可逆性電穿孔(reversible electroporation, RE)的發(fā)生條件，不能實現(xiàn)細胞電穿孔后恢復，電穿孔發(fā)生程度和范圍尚不可控。在食品加工領域，IRE被稱為“脈沖電場處理”或細胞質電溶解，用于提取液體中內容物或殺滅液體中的細菌。這一階段形成的共識包括：①電場具有殺菌作用；②高場直流電脈沖能殺滅細菌而不產(chǎn)生熱效應；③與殺菌有關的參數(shù)包括電場強度和外加電場作用時間，前者是完全殺滅細菌的最關鍵因素；④電脈沖可致細胞膜不可逆性擊穿，改變細胞膜的通透性，從而導致非致熱性細胞溶解。

在1971—1990年這20年間，RE技術取得重要進展，其發(fā)生機制被闡明，使之成為生物科技及醫(yī)學領域的重要應用技術之一。1982年，細胞融合技術及細胞內基因導入技術的出現(xiàn)，將RE技術推向生物科技及醫(yī)學發(fā)展前沿。OKINO等提出RE可用于腫瘤電化療(electrochemotherapy)。1984年POTTER應用電穿孔技術實現(xiàn)了基因轉染。NEUMANN于1989年編寫了專著《電穿孔技術和電融合技術在細胞生物學中的應用》，標志著細胞RE機制已經(jīng)明確。從20世紀90年代到21世紀，RE已被廣泛應用于細胞生物學及分子生物學領域，如活體組織DNA質粒導入、活體細胞內基因轉移等，相關經(jīng)驗和理論更加成熟；同時，對于IRE的作用機制有了更明確的認識，即電穿孔導致細胞膜過度通透或超范圍通透可破壞細胞內外滲透壓平衡，導致細胞死亡和/或凋亡[1]。

1997年，SCHOENBACH等首次報道了極高電壓脈沖、納秒級脈沖電場(nanosecond pulsed electric field, nsPEF)超短脈沖可致細胞內膜穿孔(如線粒體膜)[1]。此后電腦模型及實驗研究結果顯示，nsPEF可使細胞膜結構穿孔，并稱這種現(xiàn)象為超電穿孔。在高電場下采用nsPEF可誘導細胞凋亡，具有抑制腫瘤生長作用[1]。上述研究進一步明確了IRE機制，為后續(xù)將其用于腫瘤消融奠定了基礎。

2 納米刀問世后

2.1 IRE問世及臨床前期研究 2004年，YAO等[2]受到nsPEF系列研究結果的啟發(fā)，應用一種特殊脈沖，即陡脈沖電場(steep pulsed electric field， SPEF)來殺滅腫瘤細胞，以實現(xiàn)體內抑制腫瘤：通過1個電容放電獲得由1個快速上升(上升時間200 ns)支和隨后1個緩慢的呈指數(shù)下降(約200 μs)支組成的SPEF脈沖，以高頻脈沖的上升坡度所造成的細胞內膜結構破壞及低頻脈沖下降坡度所導致的細胞外膜結構破壞相結合，達到同時破壞細胞核、細胞器及細胞膜的效果。2005年，DAVALOS等[3]就IRE用于組織消融申請了美國發(fā)明專利，此舉標志著IRE技術即將應用于腫瘤消融。

針對IRE用于消融腫瘤進行了大量動物實驗研究。2007年，RUBINSKY等[4]發(fā)現(xiàn)以IRE消融豬的肝臟后，消融區(qū)肝細胞出現(xiàn)核固縮及空泡變性，而大血管結構保持完整。2008年，MAOR等[5]對大鼠頸動脈進行IRE消融，消融后血管結締組織基質保持完整，血管平滑肌細胞數(shù)量明顯減少，提示IRE可安全用于消融鄰近大血管的病灶及血管平滑肌異常增殖性病變(如血管再狹窄及動脈粥樣硬化)。2007年，ONIK等[6]對犬前列腺腫瘤進行IRE消融，效果較好且未損傷鄰近尿道、血管、神經(jīng)和直腸等組織，表明其安全性較高。

2008年，第一臺獲準用于消融軟組織的IRE治療儀在美國問世，商品名：納米刀(NanoKnifeTM)。該設備由一臺高壓脈沖發(fā)生儀及若干單一用途的一次性電極針組成，開啟了IRE腫瘤消融領域，是IRE發(fā)展史上的里程碑。此后相繼展開IRE用于人體離體實驗、免疫相關及麻醉配合等方面的研究，為IRE用于臨床提供了基礎。RUBINSKY等[7]將IRE用于體外消融前列腺癌，發(fā)現(xiàn)IRE消融對前列腺癌組織的殺滅作用較徹底。TEKLE等[8]發(fā)現(xiàn)IRE可致細胞膜磷脂酰絲氨酸外露，使吞噬細胞將其吞噬而加以清除。上述研究證實，IRE不損傷富含結締組織骨架的結構如血管、膽管、輸尿管及神經(jīng)等，或雖損傷但易于修復，為IRE用于臨床打下了堅實基礎。

但是，IRE消融仍存在一定安全隱患。BALL等[9]以IRE消融21例患者的惡性腫瘤，發(fā)現(xiàn)患者上半身肌肉在放電過程中發(fā)生廣泛收縮，需應用神經(jīng)肌肉阻滯劑，部分患者出現(xiàn)自限性室性心律失常，術中需應用心電同步門控技術。

2.2 納米刀在美國獲批應用于臨床及國外臨床應用進展 2011年10月24日，IRE獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局(Food and Drug Administration, FDA)510(K)認證，批準用于軟組織消融，成為其發(fā)展史上又一里程碑。

大量IRE消融腫瘤的臨床回顧性、前瞻性研究相應展開，初步驗證了該技術的安全性和有效性。THOMSON等[10]進行的單中心、前瞻性、非隨機陣列研究納入了38例晚期肝癌、腎癌及肺癌患者共69個病灶，結果顯示IRE消融效果好且并發(fā)癥少。隨后數(shù)年數(shù)項臨床研究[11-15]將IRE用于消融其他臟器腫瘤，均獲得良好治療效果。同時，多項動物實驗[16-17]進一步驗證了IRE的安全性和有效性。

2.3 國內引進納米刀及設備國產(chǎn)化 國內關于陡脈沖對細胞IRE方面的基礎研究[18]報道始于2004年。2014年，中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學中心、廣州復大腫瘤醫(yī)院等進行的IRE治療腫瘤的前期基礎研究及臨床研究，為納米刀在國內獲批臨床應用奠定了基礎。我國國家藥品監(jiān)督管理局(原國家食品藥品監(jiān)督管理局)于2015年6月18日批準將IRE治療儀用于臨床，適用范圍主要為肝腫瘤和胰腺腫瘤，標志著IRE消融技術已正式進入我國。

國內引進IER技術后，首先進行了大量動物實驗[19-24]，進一步驗證其安全性和有效性；隨后開展的初期臨床主要針對胰腺及肝腫瘤，消融途徑包括開腹、腹腔鏡下消融及CT引導下經(jīng)皮穿刺消融。針對肝臟的初步IRE臨床研究結果顯示，對于靠近大血管、膽囊等重要結構的肝腫瘤，IRE消融安全、短期療效好，值得臨床推廣；而對于進展期胰腺癌，IRE消融中及消融后均未出現(xiàn)治療相關膽漏、大出血、深靜脈血栓或胰漏等嚴重并發(fā)癥[25-26]，偶見嚴重心律不齊，術中麻醉醫(yī)師可予處理，總體風險可控。另一方面，IRE消融費用昂貴，限制了其在國內推廣應用，納米刀設備國產(chǎn)化迫在眉睫！

2021年7月5日，我國首臺自主研發(fā)的IRE設備在國內獲批上市，標志著我國IRE技術進入了新的發(fā)展階段。國產(chǎn)化設備的出現(xiàn)，必將打破目前國外同類產(chǎn)品的壟斷地位，大幅降低成本，利于IRE消融技術在我國推廣應用，為廣大腫瘤患者帶來新的治療選擇和希望，并由此進一步加快IRE設備的國產(chǎn)化進程[27-30]，促進IRE消融技術在我國蓬勃發(fā)展，使更多患者受益。