在影像設(shè)備引導(dǎo)下，將兩根電極針插入肝臟腫瘤邊緣，通過瞬間發(fā)射數(shù)萬伏高壓脈沖，在細(xì)胞膜上進(jìn)行穿孔，跨膜入核，使癌細(xì)胞迅速凋亡……鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)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(shù)。

“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(chuàng)介入毀損癌細(xì)胞，對患者身體創(chuàng)傷小，術(shù)后恢復(fù)快，對消除血管神經(jīng)包繞的病灶優(yōu)勢尤為明顯。”董剛表示。

該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、浙江大學(xué)陳新華博士介紹，原始創(chuàng)新的納秒脈沖電場技術(shù)，在全球范圍內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)萬伏級高壓電場、納秒級超短脈沖，由此發(fā)明的納秒刀可對臨床消融禁區(qū)的高危部位肝癌進(jìn)行消融，已被國家藥監(jiān)局批準(zhǔn)為創(chuàng)新醫(yī)療器械。

憑借納秒脈沖電場 精準(zhǔn)打擊腫瘤組織

根據(jù)世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《2020年全球癌癥報(bào)告》數(shù)據(jù)顯示，2020年，中國癌癥新發(fā)病例為457萬，其中肝癌以41萬新發(fā)病例和39萬死亡病例，在癌癥的發(fā)病率和死亡率上分別位列第五和第二。

當(dāng)下，肝癌治療手段主要分為放療、化療、手術(shù)及微創(chuàng)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(xì)胞和鄰近的組織，以致肝門、膽囊附近等被視為傳統(tǒng)熱能消融禁區(qū)。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(chuàng)精準(zhǔn)外科專家，受邀赴美參與高功率脈沖技術(shù)醫(yī)用轉(zhuǎn)化研究，在脈沖電場領(lǐng)域成長為業(yè)內(nèi)權(quán)威。

近10年間，新興的脈沖電場技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品不斷問世。已有研究表明，不同物理參數(shù)(脈沖寬度、電場強(qiáng)度、脈沖頻率)的脈沖電場能對組成細(xì)胞的細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核分別產(chǎn)生不同的細(xì)胞生物學(xué)影響，從而達(dá)到腫瘤消融的效果。

2011年，陳新華回國后，組建醫(yī)工信團(tuán)隊(duì)，進(jìn)軍脈沖電場醫(yī)療器械這一前沿交叉領(lǐng)域，希望改進(jìn)現(xiàn)有消融治療設(shè)備的不足，率先沖進(jìn)納秒級別萬伏高壓陡脈沖設(shè)備的原始創(chuàng)新“無人區(qū)”。

區(qū)別于以微秒脈沖電場基于細(xì)胞膜電穿孔原理殺死腫瘤細(xì)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(jìn)入腫瘤細(xì)胞核，在細(xì)胞內(nèi)引起壓電效應(yīng)，使細(xì)胞核、核膜和線粒體等細(xì)胞器膜依次發(fā)生不同的凋亡效應(yīng)。

陳新華說，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)為超高壓納秒脈沖發(fā)生器配置多個(gè)電極，精準(zhǔn)規(guī)劃和控制消融區(qū)范圍，有效地破壞腫瘤組織。

根據(jù)納秒脈沖腫瘤消融系統(tǒng)的前瞻性、多中心臨床試驗(yàn)，現(xiàn)有數(shù)據(jù)已證實(shí)納秒脈沖技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)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(tǒng)熱能消融禁區(qū)。

專注挑戰(zhàn)復(fù)雜病癥 完成臨床手術(shù)上百例

“從設(shè)備研發(fā)到臨床試驗(yàn)，共有8個(gè)單位參與納秒刀原始創(chuàng)新。”陳新華告訴記者。

目前，基于國外微秒脈沖技術(shù)的進(jìn)口設(shè)備價(jià)格超千萬元，導(dǎo)致一次消融手術(shù)價(jià)格不菲。打破進(jìn)口昂貴設(shè)備的壟斷地位，降低肝癌消融手術(shù)設(shè)備的價(jià)格，減輕患者的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也是聯(lián)合團(tuán)隊(duì)多年攻關(guān)的初衷。

臨床醫(yī)生提出需求并參與設(shè)計(jì);浙江大學(xué)包家立教授完成電磁環(huán)境的安全評估;北京科技大學(xué)宋玉軍團(tuán)隊(duì)進(jìn)行“納秒刀+藥”的聯(lián)合治療設(shè)計(jì);工信部巫彤寧團(tuán)隊(duì)研發(fā)導(dǎo)航穿刺系統(tǒng);杭州睿笛生物科技有限公司(以下簡稱睿笛生物)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)改進(jìn)和投產(chǎn)，2019年完成納秒刀樣機(jī)送檢;2020年4月，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院(以下簡稱浙大一院)超聲科醫(yī)師蔣天安主任完成首臺納秒刀臨床手術(shù)，2020年5月，樹蘭(杭州)醫(yī)院超聲科黃志良團(tuán)隊(duì)和新疆醫(yī)科大學(xué)一附院吐爾干艾力團(tuán)隊(duì)也開展納秒刀臨床試驗(yàn)，治療腫瘤患者……“醫(yī)療器械的原創(chuàng)研發(fā)，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(shù)沉淀，近兩年方顯步履鏗鏘。

梳理納秒刀研發(fā)轉(zhuǎn)化流程，不難看出，始終由臨床引領(lǐng)。

“研發(fā)之初，我們就要求納秒脈沖腫瘤消融系統(tǒng)適用于全身實(shí)體腫瘤的消融，尤其要適用于鄰近血管、膽管、輸尿管、神經(jīng)等高危部位的實(shí)體肝癌腫瘤。”陳新華說，臨床試驗(yàn)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(shù)后6個(gè)月，超聲造影顯示他原來的消融區(qū)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(fā)現(xiàn)，納秒脈沖技術(shù)還能極大限度地保留腫瘤細(xì)胞的抗原組織，激活人體特異性免疫機(jī)制，造福更多腫瘤患者。

記者了解到，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行納秒刀全國多中心臨床試驗(yàn)實(shí)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(shí)有發(fā)生。即便如此，一年多來，團(tuán)隊(duì)已完成逾百例大血管旁腫瘤消融手術(shù)，證實(shí)了納秒刀的安全性和有效性。

潛心夯實(shí)底層技術(shù) 產(chǎn)品活力厚積薄發(fā)

2021年1月，由浙江省科技廳認(rèn)證，浙江省脈沖電場醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在睿笛生物掛牌。

“這是國內(nèi)首個(gè)脈沖電場醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的專精特新研發(fā)平臺，浙江省科技廳為促進(jìn)納秒脈沖醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的科技資源共享，通過省級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺實(shí)現(xiàn)對該領(lǐng)域工作的強(qiáng)力賦能。”陳新華告訴記者。

“近十年積累換來的近百項(xiàng)原創(chuàng)發(fā)明專利，是納秒脈沖技術(shù)的底氣所在。”陳新華認(rèn)為，山寨國外產(chǎn)品的道路走不長。堅(jiān)持自主創(chuàng)新，才能做到“一竅通，百竅通”。

令人期待的是，基于前期關(guān)于納秒脈沖技術(shù)的積累，睿笛生物已研發(fā)了心臟房顫脈沖電場消融系統(tǒng)，即將和上海復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院葛均波院士團(tuán)隊(duì)啟動臨床合作。

此外，睿笛生物聯(lián)合浙大一院超聲科蔣天安團(tuán)隊(duì)、深圳先進(jìn)研究院龔小競團(tuán)隊(duì)研制的聲光內(nèi)鏡引導(dǎo)的胰腺癌脈沖電場消融系統(tǒng)，也于去年獲得國家自然科學(xué)基金重大儀器項(xiàng)目支持。

“運(yùn)用脈沖電場的前沿技術(shù)觸類旁通，公司多個(gè)產(chǎn)品線內(nèi)，有8臺新設(shè)備已經(jīng)下線，即將被派發(fā)到合作試驗(yàn)單位。”陳新華表示，實(shí)現(xiàn)納秒脈沖關(guān)鍵核心技術(shù)從零到一的突破后，團(tuán)隊(duì)將依托省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，從底層機(jī)理機(jī)制助力國產(chǎn)微創(chuàng)消融醫(yī)療器械研發(fā)設(shè)計(jì)，致力成為我國國產(chǎn)脈沖電場醫(yī)療器械創(chuàng)新發(fā)展的“拓荒牛”。(洪恒飛 江耘)

關(guān)鍵詞： 萬伏高壓電 癌細(xì)胞 國產(chǎn)納 治療禁區(qū)