支架磁感應(yīng)熱療食管腫瘤的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、研究背景:癌癥是嚴(yán)重威脅人類健康的疾病之一，國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)GLOBOCAN估計(jì)，2008年癌癥新發(fā)病例為1270萬(wàn)，死亡病例為760萬(wàn)。其中，56％的新發(fā)病例和64％的死亡病例發(fā)生于發(fā)展中國(guó)家。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)病率第一位的是肺癌，其后是乳腺癌、胃癌、前列腺癌和肝癌。隨著人口不斷的增長(zhǎng)和老齡化，即使以當(dāng)前的發(fā)病率和死亡率計(jì)算，全世界的癌癥人口將不斷增加。WHO估計(jì)到2030年，因癌癥死亡病例將增加72％，死亡病例數(shù)將從760萬(wàn)增加到1300萬(wàn)

2、人[1]。
　　當(dāng)前惡性腫瘤最有效的治療手段仍是傳統(tǒng)的手術(shù)、放射線照射和化學(xué)藥物治療三大方面，隨著科技的進(jìn)步和研究的深入我們也看到了一些新的治療方法，如:免疫治療、基因治療、單克隆抗體治療等等，但這些方法目前還不成熟，且費(fèi)用昂貴，尚無(wú)法在臨床上大規(guī)模應(yīng)用。當(dāng)前的主要治療手段本身又有局限性，手術(shù)只能應(yīng)用于腫瘤范圍局限，對(duì)很多中晚期病例無(wú)能為力，并且手術(shù)可能帶來(lái)組織器官的缺損，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。放射和化學(xué)治療對(duì)于全身的損害顯而易

3、見，即便如此，很多病例的治療效果相當(dāng)有限，多種治療手段綜合應(yīng)用，針對(duì)每個(gè)個(gè)體疾患的不同特點(diǎn)應(yīng)用最適當(dāng)?shù)闹委煼桨甘悄壳澳[瘤防治的共識(shí)。
　　人們?cè)缭谝话俣嗄昵熬驼J(rèn)識(shí)到加熱可以治療腫瘤，目前熱療仍是綜合治療手段中常應(yīng)用的一種行之有效的治療方法，相對(duì)于放化療，它的應(yīng)用次數(shù)不受限制，對(duì)于放化療抵抗的腫瘤，熱療仍然有效。但其本身有局限性，第一、加熱的溫度難以精確控制;第二、正常組織的耐受溫度和惡性腫瘤的殺傷溫度相當(dāng)接近，限制熱療溫度的提高;

4、第三、由于組織對(duì)熱有較好的傳導(dǎo)性，即便是區(qū)域性的加熱，也難以有效的控制其加熱的范圍，從而導(dǎo)致正常組織的損傷。第四、目前的技術(shù)手段尚難以保證治療區(qū)域內(nèi)溫度的均一性，影響其治療效果。如何精確熱療是目前研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。其中微波相控陣原理研制的BSD-2000精確熱療系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入臨床，成為腫瘤治療又一新的有效治療手段。
　　但無(wú)論是微波或是射頻熱療，其本身還是有一定的局限性的，它們采用的是高頻電磁場(chǎng)，因此，人體表層的軟組織特別是皮下脂肪組

5、織可以大量吸收它們的能量，這導(dǎo)致它們穿過(guò)人體時(shí)能量大幅衰減，這使得很早就已經(jīng)開發(fā)出來(lái)的很多熱療設(shè)備如微波、射頻、紅外線等，只限于皮膚表層腫瘤的熱療，對(duì)于深層組織的熱療卻無(wú)能為力。我們知道中低頻的電磁場(chǎng)是可以穿過(guò)人體而很少發(fā)生能量衰減的，這是這一頻段電磁場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，也是它的問題，因?yàn)?，它無(wú)法將能量有效的傳遞給靶組織，不能起到熱療的效果。但如果在靶組織內(nèi)有金屬導(dǎo)體，那情況就大不相同了，根據(jù)電感的原理，處于交變電磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體或磁性介質(zhì)能發(fā)熱

6、，那么，如果在深部靶組織中植入相應(yīng)的導(dǎo)體或磁性介質(zhì)，外部施加以中低頻的交變磁場(chǎng)，一種新型的深部靶向熱療的技術(shù)就形成了。
　　基于這一設(shè)想，國(guó)內(nèi)外開發(fā)了很多感應(yīng)性加熱設(shè)備，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)和臨床研究，取得了可喜的成果，特別是德國(guó)JordanA等于2004年開發(fā)完成MFH(R)300F中頻熱療系統(tǒng)，使磁感應(yīng)性加熱進(jìn)入實(shí)用化的新階段[2]。緊跟這一潮流，本實(shí)驗(yàn)室于2003年開始類似設(shè)備的研發(fā)。2008年研制成功國(guó)內(nèi)第一臺(tái)磁感應(yīng)加熱臨床樣機(jī)，填

7、補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。本實(shí)驗(yàn)就是以這臺(tái)臨床樣機(jī)為基礎(chǔ)，對(duì)其磁感應(yīng)加熱特性、應(yīng)用參數(shù)及產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)進(jìn)行了一系列的細(xì)胞與動(dòng)物研究。
　　第一部支架磁感應(yīng)熱療對(duì)人類食管癌細(xì)胞系ECA-109的體外研究
　　第一節(jié)支架磁感應(yīng)熱療的溫度實(shí)現(xiàn)
　　目的：探討在臨床機(jī)下，溫度可重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)參數(shù)及條件。
　　方法：采用循環(huán)水浴提供恒定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度，對(duì)磁極位置進(jìn)行精確的定位，并使支架處于磁場(chǎng)于同一位置，以支架浸沒于培養(yǎng)液凍存管的條

8、件下，測(cè)定支架達(dá)到設(shè)定溫度并維持平衡所需的磁場(chǎng)參數(shù)及時(shí)間，以相同條件的水浴加熱作對(duì)照，兩加熱組每個(gè)設(shè)定溫度復(fù)重6次，熱電偶測(cè)溫并獲取兩組加熱的升溫曲線。
　　結(jié)果：通過(guò)應(yīng)用不同的磁場(chǎng)參數(shù)，所應(yīng)用的金屬支架可以在交變磁場(chǎng)中良好升溫，3個(gè)設(shè)定的溫度均能快速達(dá)到，并能長(zhǎng)時(shí)間維持平衡。43℃、48℃、53℃所應(yīng)用的參數(shù)分別為:磁芯間隙360mm，初始應(yīng)用電流45A，80sec轉(zhuǎn)為15A維持;磁芯間隙360mm，初始應(yīng)用電流45A，140s

9、ec轉(zhuǎn)為16A維持;磁芯間隙240mm，初始應(yīng)用電流45A，160sec轉(zhuǎn)為20A維持。水浴加熱升溫43℃、48℃、53℃達(dá)到平衡溫度的時(shí)間分別為160sec、170sec、180sec。
　　結(jié)論：金屬支架在本臨床機(jī)施加的磁場(chǎng)中升溫性能良好，設(shè)定的溫度能快速達(dá)到且長(zhǎng)時(shí)間維持平衡。
　　第二節(jié)支架磁感應(yīng)熱療對(duì)人類食管癌細(xì)胞系ECA-109形態(tài)、增殖和凋亡的影響
　　目的：研究不同溫度支架磁感應(yīng)熱療對(duì)食管癌ECA-109

10、細(xì)胞形態(tài)、增殖和凋亡的影響。
　　方法：對(duì)ECA-109細(xì)胞行43℃、48℃、53℃支架磁感應(yīng)和水浴熱療，并與正常培養(yǎng)和支架磁感應(yīng)加熱對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)作用為對(duì)照。倒置顯微鏡下觀察熱療后不同時(shí)間點(diǎn)細(xì)胞形態(tài)的變化;MTT法檢測(cè)細(xì)胞存活率;流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)細(xì)胞的凋亡率及壞死率;TUNEL免疫細(xì)胞化學(xué)凋亡染色對(duì)細(xì)胞凋亡形態(tài)進(jìn)行觀察。
　　結(jié)果：與37℃（對(duì)照組）相比，磁場(chǎng)作用下，細(xì)胞的形態(tài)沒有變化;43℃兩種加熱手段，30min作用時(shí)間內(nèi)，細(xì)

11、胞形態(tài)沒有變化;48、53℃加熱細(xì)胞形態(tài)改變呈現(xiàn)時(shí)間和溫度依賴性。磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞增殖和凋亡誘導(dǎo)沒有作用(P＞0.05)，43℃兩種加熱手段，30min作用時(shí)間內(nèi)，細(xì)胞增殖和凋亡誘導(dǎo)沒有作用;48、53℃加熱細(xì)胞增殖明顯抑制，細(xì)胞凋亡壞死率明顯增加，呈現(xiàn)時(shí)間和溫度依賴性(P＜0.05)。最大抑制率出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)分別是:48℃，20min;53℃，10min;最大細(xì)胞凋亡壞死率出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)分別是:48℃，30min;53℃，20min; TUNE

12、L
　　結(jié)果顯示:磁場(chǎng)作用下，細(xì)胞核著染沒有明顯變化;兩種加熱手段，43℃細(xì)胞核著染隨作用時(shí)間的延長(zhǎng)明顯增加;48℃加熱，著染細(xì)胞核有一個(gè)突然減少時(shí)間點(diǎn)，水浴加熱和磁感應(yīng)加熱出現(xiàn)的時(shí)間點(diǎn)分別為:10min和15min;53℃則都是5min后細(xì)胞核就大量減少。在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)之后，細(xì)胞凋亡壞死率和著染的細(xì)胞核數(shù)目還會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加。
　　結(jié)論：當(dāng)前磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞沒有影響;43℃兩種加熱手段，30min作用時(shí)間內(nèi)，細(xì)胞形態(tài)、增殖抑制率

13、和凋亡壞死誘導(dǎo)率沒有影響;48、53℃則可明顯抑制細(xì)胞增殖和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、壞死，呈時(shí)間和溫度依賴性，48℃，30min;53℃，20min，細(xì)胞增殖抑制和凋亡壞死誘導(dǎo)可達(dá)最大效果平臺(tái)，可作為動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究的應(yīng)用參考。TUNEL免疫細(xì)胞化學(xué)凋亡染色，磁場(chǎng)不增加細(xì)胞核著染，兩種加熱手段，43℃著染細(xì)胞核數(shù)量明顯增加而MTT及流式細(xì)胞術(shù)未體現(xiàn)可能與凋亡逆轉(zhuǎn)有關(guān);48、53℃均有著染細(xì)胞核突然下降的形態(tài)學(xué)改變時(shí)間點(diǎn)，結(jié)合流式細(xì)胞術(shù)和MTT結(jié)

14、果，可能是細(xì)胞凋亡逆轉(zhuǎn)抑制的閾值點(diǎn)。
　　同一細(xì)胞群落中的細(xì)胞對(duì)熱的敏感性存在差異，有對(duì)熱敏感的細(xì)胞，也有對(duì)熱耐受的細(xì)胞，這種細(xì)胞的耐熱機(jī)制及如何防治有待進(jìn)一步研究。
　　第二部分支架磁感應(yīng)熱療急性期安全性評(píng)價(jià)
　　目的:探討支架磁感應(yīng)熱療對(duì)豬食管的急性期影響。
　　方法:貴州小型豬11只，分5組，分別為正常組（1只）、支架植入組（1只）、43℃、48℃、53℃支架磁感應(yīng)加熱組每組3只。正常豬直接處死，支架植入組

15、在植入支架2h后處死。將熱電偶固定于支架表面后用硬食管鏡將支架植入豬食管內(nèi)，按氣管切開的操作找到食管外壁，并將熱電偶固定其上。手術(shù)后，將豬放置于交變磁場(chǎng)中，測(cè)試并記錄食管內(nèi)外壁溫度。
　　結(jié)果:不同的磁場(chǎng)參數(shù)條件下，食管內(nèi)43℃、48℃、53℃均可以實(shí)現(xiàn)并維持長(zhǎng)時(shí)間平衡，相應(yīng)的磁場(chǎng)參數(shù)為:初始應(yīng)用電流31A，溫度升至43℃時(shí)轉(zhuǎn)為20A維持;初始應(yīng)用電流45A，溫度升至49℃時(shí)轉(zhuǎn)為23A維持;初始應(yīng)用電流45A，溫度升至54-55℃

16、時(shí)轉(zhuǎn)為35A維持，三組測(cè)試磁芯間隙均為360mm，溫度維持平衡時(shí)間30min。食管外壁則升溫幅度低，最高不超過(guò)40℃，外部磁場(chǎng)停止后，溫度恢復(fù)正常不超過(guò)15min。豬嘔吐之后，食管內(nèi)外壁升溫曲線發(fā)生顯著變化，兩曲線幾乎重合，最大溫差只有4℃。食管組織切片顯示:支架和43℃對(duì)食管沒有影響，48食管粘膜下組織會(huì)充血，53℃食管粘膜會(huì)剝脫形成水泡，粘膜下組織間隙出血。
　　結(jié)論:急性期48℃、30min組織呈可逆性改變，可作為在體腫瘤治

17、療的參考參數(shù)。
　　第三部分磁流體磁感應(yīng)熱療對(duì)兔食管移植癌模型的影響
　　目的:探討磁流體磁感應(yīng)熱療(Magnetic fluid hyperthermia，MFH)對(duì)兔食管移植癌模型的影響。
　　方法用兔XV2肝腫瘤細(xì)胞建立兔食管移植癌模型，將氨基硅烷修飾的磁流體(Mangetic nanopartilces modified by aminosilane，amino-MNPs)直接注入腫瘤組織內(nèi)，在交變磁場(chǎng)中進(jìn)行磁

18、感應(yīng)熱療，參數(shù)為48℃、30min，每3天重復(fù)1次，直至兔死亡，以未處理組、單純磁流體組為對(duì)照。觀察兔飲食習(xí)慣改變、體重變化、全身重要臟器轉(zhuǎn)移情況、腫瘤體積及生存期，兔死后組織切片HE染色，觀察組織形態(tài)學(xué)改變。
　　結(jié)果:在交變磁場(chǎng)中，腫瘤中心溫度可達(dá)到48℃并維持30min，加熱中止后10min溫度恢復(fù)至正常，所有兔在種植腫瘤后14天出現(xiàn)不同程度的吞咽困難，接種腫瘤后所有兔體重逐漸下降，下降達(dá)到原體重70％左右兔會(huì)因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)不良而

19、死亡。組間各時(shí)間點(diǎn)的兩兩比較表明，組間并無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。所有組均有2-3只出現(xiàn)肺轉(zhuǎn)移，未處理組、單純磁流體組腫瘤體積及生存期比較無(wú)顯著性差異(P＞0.05)，熱療組在熱療后第7日與其他兩組比較腫瘤體積無(wú)顯著性差異(P＞0.05)，熱療后第14天腫瘤體積小于其他兩組(P＜0.05).熱療組生存期比其他兩組長(zhǎng)(P＜0.05)。組織切片顯示，48℃，30min食管內(nèi)多次熱療不會(huì)造成永久性熱損傷。
　　結(jié)論:兔食管移植癌模型