萬伏高壓電瞬擊癌細胞 國產納秒刀突破消融治療禁區

業界 | 2021-10-21 12:17:42
時間:2021-10-21 12:17:42   /   來源: 科技日報      /   點擊數:()

區別于以微秒脈沖電場基于細胞膜電穿孔原理殺死腫瘤細胞的做法,納秒刀是在納秒脈沖電場依托更高密度外加電場能量跨膜進入腫瘤細胞核,在細胞內引起壓電效應,使細胞核、核膜和線粒體等細胞器膜依次發生不同的凋亡效應。

在影像設備引導下,將兩根電極針插入肝臟腫瘤邊緣,通過瞬間發射數萬伏高壓脈沖,在細胞膜上進行穿孔,跨膜入核,使癌細胞迅速凋亡……10月14日,鄭州大學第一附屬醫院(以下簡稱鄭大一院)超聲介入科主任董剛安全完成了第105臺納秒刀手術。

“一年多來,通過多家臨床中心的共同努力,充分證明納秒刀微創介入毀損癌細胞,對患者身體創傷小,術后恢復快,對消除血管神經包繞的病灶優勢尤為明顯。”董剛表示。

該項目負責人、浙江大學陳新華博士介紹,原始創新的納秒脈沖電場技術,在全球范圍內首次實現萬伏級高壓電場、納秒級超短脈沖,由此發明的納秒刀可對臨床消融禁區的高危部位肝癌進行消融,已被國家藥監局批準為創新醫療器械。

憑借納秒脈沖電場 精準打擊腫瘤組織

根據世界衛生組織發布的《2020年全球癌癥報告》數據顯示,2020年,中國癌癥新發病例為457萬,其中肝癌以41萬新發病例和39萬死亡病例,在癌癥的發病率和死亡率上分別位列第五和第二。

當下,肝癌治療手段主要分為放療、化療、手術及微創介入消融療法。以往的消融治療因其會損傷病灶周圍健康細胞和鄰近的組織,以致肝門、膽囊附近等被視為傳統熱能消融禁區。其他治療方法也有不同程度的局限。

早在2004年,陳新華曾作為微創精準外科專家,受邀赴美參與高功率脈沖技術醫用轉化研究,在脈沖電場領域成長為業內權威。

近10年間,新興的脈沖電場技術創新產品不斷問世。已有研究表明,不同物理參數(脈沖寬度、電場強度、脈沖頻率)的脈沖電場能對組成細胞的細胞膜、細胞質、細胞核分別產生不同的細胞生物學影響,從而達到腫瘤消融的效果。

2011年,陳新華回國后,組建醫工信團隊,進軍脈沖電場醫療器械這一前沿交叉領域,希望改進現有消融治療設備的不足,率先沖進納秒級別萬伏高壓陡脈沖設備的原始創新“無人區”。

區別于以微秒脈沖電場基于細胞膜電穿孔原理殺死腫瘤細胞的做法,納秒刀是在納秒脈沖電場依托更高密度外加電場能量跨膜進入腫瘤細胞核,在細胞內引起壓電效應,使細胞核、核膜和線粒體等細胞器膜依次發生不同的凋亡效應。

陳新華說,聯合團隊為超高壓納秒脈沖發生器配置多個電極,精準規劃和控制消融區范圍,有效地破壞腫瘤組織。

根據納秒脈沖腫瘤消融系統的前瞻性、多中心臨床試驗,現有數據已證實納秒脈沖技術能夠實現非熱能量毀損,克服微秒脈沖的大電流造成的肌肉抽搐和心電副作用,突破傳統熱能消融禁區。

專注挑戰復雜病癥 完成臨床手術上百例

“從設備研發到臨床試驗,共有8個單位參與納秒刀原始創新。”陳新華告訴記者。

目前,基于國外微秒脈沖技術的進口設備價格超千萬元,導致一次消融手術價格不菲。打破進口昂貴設備的壟斷地位,降低肝癌消融手術設備的價格,減輕患者的經濟負擔,也是聯合團隊多年攻關的初衷。

臨床醫生提出需求并參與設計;浙江大學包家立教授完成電磁環境的安全評估;北京科技大學宋玉軍團隊進行“納秒刀+藥”的聯合治療設計;工信部巫彤寧團隊研發導航穿刺系統;杭州睿笛生物科技有限公司(以下簡稱睿笛生物)統籌設計改進和投產,2019年完成納秒刀樣機送檢;2020年4月,浙江大學醫學院附屬第一醫院(以下簡稱浙大一院)超聲科醫師蔣天安主任完成首臺納秒刀臨床手術,2020年5月,樹蘭(杭州)醫院超聲科黃志良團隊和新疆醫科大學一附院吐爾干艾力團隊也開展納秒刀臨床試驗,治療腫瘤患者……“醫療器械的原創研發,既是一場馬拉松,也是一場接力賽。”陳新華感慨道,前期做好技術沉淀,近兩年方顯步履鏗鏘。

梳理納秒刀研發轉化流程,不難看出,始終由臨床引領。

“研發之初,我們就要求納秒脈沖腫瘤消融系統適用于全身實體腫瘤的消融,尤其要適用于鄰近血管、膽管、輸尿管、神經等高危部位的實體肝癌腫瘤。”陳新華說,臨床試驗期間,也是按此要求篩選參與患者。

“去年5月,病灶位置鄰近膽囊的馮大伯成了我院納秒刀臨床首位入組患者,術后6個月,超聲造影顯示他原來的消融區和正常肝組織并無二致。” 鄭大一院感染科任志剛教授說,臨床發現,納秒脈沖技術還能極大限度地保留腫瘤細胞的抗原組織,激活人體特異性免疫機制,造福更多腫瘤患者。

記者了解到,聯合團隊在進行納秒刀全國多中心臨床試驗實施過程中,因新冠肺炎疫情等原因造成病人隨訪艱難的問題時有發生。即便如此,一年多來,團隊已完成逾百例大血管旁腫瘤消融手術,證實了納秒刀的安全性和有效性。

潛心夯實底層技術 產品活力厚積薄發

2021年1月,由浙江省科技廳認證,浙江省脈沖電場醫學轉化重點實驗室在睿笛生物掛牌。

“這是國內首個脈沖電場醫學應用領域的專精特新研發平臺,浙江省科技廳為促進納秒脈沖醫學領域的科技資源共享,通過省級重點實驗室平臺實現對該領域工作的強力賦能。”陳新華告訴記者。

“近十年積累換來的近百項原創發明專利,是納秒脈沖技術的底氣所在。”陳新華認為, 山寨國外產品的道路走不長。堅持自主創新,才能做到“一竅通,百竅通”。

令人期待的是,基于前期關于納秒脈沖技術的積累,睿笛生物已研發了心臟房顫脈沖電場消融系統,即將和上海復旦大學附屬中山醫院葛均波院士團隊啟動臨床合作。

此外,睿笛生物聯合浙大一院超聲科蔣天安團隊、深圳先進研究院龔小競團隊研制的聲光內鏡引導的胰腺癌脈沖電場消融系統,也于去年獲得國家自然科學基金重大儀器項目支持。

“運用脈沖電場的前沿技術觸類旁通,公司多個產品線內,有8臺新設備已經下線,即將被派發到合作試驗單位。”陳新華表示,實現納秒脈沖關鍵核心技術從零到一的突破后,團隊將依托省重點實驗室,從底層機理機制助力國產微創消融醫療器械研發設計,致力成為我國國產脈沖電場醫療器械創新發展的“拓荒牛”。

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