支架磁感應熱療食管腫瘤的實驗研究.pdf

1、研究背景:癌癥是嚴重威脅人類健康的疾病之一，國際癌癥研究機構GLOBOCAN估計，2008年癌癥新發(fā)病例為1270萬，死亡病例為760萬。其中，56％的新發(fā)病例和64％的死亡病例發(fā)生于發(fā)展中國家。據統計，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和老齡化，即使以當前的發(fā)病率和死亡率計算，全世界的癌癥人口將不斷增加。WHO估計到2030年，因癌癥死亡病例將增加72％，死亡病例數將從760萬增加到1300萬

2、人[1]。
　　當前惡性腫瘤最有效的治療手段仍是傳統的手術、放射線照射和化學藥物治療三大方面，隨著科技的進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，且費用昂貴，尚無法在臨床上大規(guī)模應用。當前的主要治療手段本身又有局限性，手術只能應用于腫瘤范圍局限，對很多中晚期病例無能為力，并且手術可能帶來組織器官的缺損，嚴重影響患者的生活質量。放射和化學治療對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有限，多種治療手段綜合應用，針對每個個體疾患的不同特點應用最適當的治療方案是目前腫瘤防治的共識。
　　人們早在一百多年前就認識到加熱可以治療腫瘤，目前熱療仍是綜合治療手段中常應用的一種行之有效的治療方法，相對于放化療，它的應用次數不受限制，對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接近，限制熱療溫度的提高;

4、第三、由于組織對熱有較好的傳導性，即便是區(qū)域性的加熱，也難以有效的控制其加熱的范圍，從而導致正常組織的損傷。第四、目前的技術手段尚難以保證治療區(qū)域內溫度的均一性，影響其治療效果。如何精確熱療是目前研究的熱點內容。其中微波相控陣原理研制的BSD-2000精確熱療系統已經進入臨床，成為腫瘤治療又一新的有效治療手段。
　　但無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，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，這導致它們穿過人體時能量大幅衰減，這使得很早就已經開發(fā)出來的很多熱療設備如微波、射頻、紅外線等，只限于皮膚表層腫瘤的熱療，對于深層組織的熱療卻無能為力。我們知道中低頻的電磁場是可以穿過人體而很少發(fā)生能量衰減的，這是這一頻段電磁場的優(yōu)勢，也是它的問題，因為，它無法將能量有效的傳遞給靶組織，不能起到熱療的效果。但如果在靶組織內有金屬導體，那情況就大不相同了，根據電感的原理，處于交變電磁場中的金屬導體或磁性介質能發(fā)熱

6、，那么，如果在深部靶組織中植入相應的導體或磁性介質，外部施加以中低頻的交變磁場，一種新型的深部靶向熱療的技術就形成了。
　　基于這一設想，國內外開發(fā)了很多感應性加熱設備，應用于實驗和臨床研究，取得了可喜的成果，特別是德國JordanA等于2004年開發(fā)完成MFH(R)300F中頻熱療系統，使磁感應性加熱進入實用化的新階段[2]。緊跟這一潮流，本實驗室于2003年開始類似設備的研發(fā)。2008年研制成功國內第一臺磁感應加熱臨床樣機，填

7、補了國內的空白。本實驗就是以這臺臨床樣機為基礎，對其磁感應加熱特性、應用參數及產生的生物學效應進行了一系列的細胞與動物研究。
　　第一部支架磁感應熱療對人類食管癌細胞系ECA-109的體外研究
　　第一節(jié)支架磁感應熱療的溫度實現
　　目的：探討在臨床機下，溫度可重復性的實驗參數及條件。
　　方法：采用循環(huán)水浴提供恒定的實驗環(huán)境溫度，對磁極位置進行精確的定位，并使支架處于磁場于同一位置，以支架浸沒于培養(yǎng)液凍存管的條

8、件下，測定支架達到設定溫度并維持平衡所需的磁場參數及時間，以相同條件的水浴加熱作對照，兩加熱組每個設定溫度復重6次，熱電偶測溫并獲取兩組加熱的升溫曲線。
　　結果：通過應用不同的磁場參數，所應用的金屬支架可以在交變磁場中良好升溫，3個設定的溫度均能快速達到，并能長時間維持平衡。43℃、48℃、53℃所應用的參數分別為:磁芯間隙360mm，初始應用電流45A，80sec轉為15A維持;磁芯間隙360mm，初始應用電流45A，140s

9、ec轉為16A維持;磁芯間隙240mm，初始應用電流45A，160sec轉為20A維持。水浴加熱升溫43℃、48℃、53℃達到平衡溫度的時間分別為160sec、170sec、180sec。
　　結論：金屬支架在本臨床機施加的磁場中升溫性能良好，設定的溫度能快速達到且長時間維持平衡。
　　第二節(jié)支架磁感應熱療對人類食管癌細胞系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熱療對食管癌ECA-109

10、細胞形態(tài)、增殖和凋亡的影響。
　　方法：對ECA-109細胞行43℃、48℃、53℃支架磁感應和水浴熱療，并與正常培養(yǎng)和支架磁感應加熱對應磁場作用為對照。倒置顯微鏡下觀察熱療后不同時間點細胞形態(tài)的變化;MTT法檢測細胞存活率;流式細胞術檢測細胞的凋亡率及壞死率;TUNEL免疫細胞化學凋亡染色對細胞凋亡形態(tài)進行觀察。
　　結果：與37℃（對照組）相比，磁場作用下，細胞的形態(tài)沒有變化;43℃兩種加熱手段，30min作用時間內，細

11、胞形態(tài)沒有變化;48、53℃加熱細胞形態(tài)改變呈現時間和溫度依賴性。磁場對細胞增殖和凋亡誘導沒有作用(P＞0.05)，43℃兩種加熱手段，30min作用時間內，細胞增殖和凋亡誘導沒有作用;48、53℃加熱細胞增殖明顯抑制，細胞凋亡壞死率明顯增加，呈現時間和溫度依賴性(P＜0.05)。最大抑制率出現的時間點分別是:48℃，20min;53℃，10min;最大細胞凋亡壞死率出現的時間點分別是:48℃，30min;53℃，20min; TUNE

12、L
　　結果顯示:磁場作用下，細胞核著染沒有明顯變化;兩種加熱手段，43℃細胞核著染隨作用時間的延長明顯增加;48℃加熱，著染細胞核有一個突然減少時間點，水浴加熱和磁感應加熱出現的時間點分別為:10min和15min;53℃則都是5min后細胞核就大量減少。在這個時間點之后，細胞凋亡壞死率和著染的細胞核數目還會隨時間延長而增加。
　　結論：當前磁場對細胞沒有影響;43℃兩種加熱手段，30min作用時間內，細胞形態(tài)、增殖抑制率

13、和凋亡壞死誘導率沒有影響;48、53℃則可明顯抑制細胞增殖和誘導細胞凋亡、壞死，呈時間和溫度依賴性，48℃，30min;53℃，20min，細胞增殖抑制和凋亡壞死誘導可達最大效果平臺，可作為動物實驗及臨床研究的應用參考。TUNEL免疫細胞化學凋亡染色，磁場不增加細胞核著染，兩種加熱手段，43℃著染細胞核數量明顯增加而MTT及流式細胞術未體現可能與凋亡逆轉有關;48、53℃均有著染細胞核突然下降的形態(tài)學改變時間點，結合流式細胞術和MTT結

14、果，可能是細胞凋亡逆轉抑制的閾值點。
　　同一細胞群落中的細胞對熱的敏感性存在差異，有對熱敏感的細胞，也有對熱耐受的細胞，這種細胞的耐熱機制及如何防治有待進一步研究。
　　第二部分支架磁感應熱療急性期安全性評價
　　目的:探討支架磁感應熱療對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，按氣管切開的操作找到食管外壁，并將熱電偶固定其上。手術后，將豬放置于交變磁場中，測試并記錄食管內外壁溫度。
　　結果:不同的磁場參數條件下，食管內43℃、48℃、53℃均可以實現并維持長時間平衡，相應的磁場參數為:初始應用電流31A，溫度升至43℃時轉為20A維持;初始應用電流45A，溫度升至49℃時轉為23A維持;初始應用電流45A，溫度升至54-55℃

16、時轉為35A維持，三組測試磁芯間隙均為360mm，溫度維持平衡時間30min。食管外壁則升溫幅度低，最高不超過40℃，外部磁場停止后，溫度恢復正常不超過15min。豬嘔吐之后，食管內外壁升溫曲線發(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℃對食管沒有影響，48食管粘膜下組織會充血，53℃食管粘膜會剝脫形成水泡，粘膜下組織間隙出血。
　　結論: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。
　　第三部分磁流體磁感應熱療對兔食管移植癌模型的影響
　　目的:探討磁流體磁感應熱療(Magnetic fluid hyperthermia，MFH)對兔食管移植癌模型的影響。
　　方法用兔XV2肝腫瘤細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，在交變磁場中進行磁

18、感應熱療，參數為48℃、30min，每3天重復1次，直至兔死亡，以未處理組、單純磁流體組為對照。觀察兔飲食習慣改變、體重變化、全身重要臟器轉移情況、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)學改變。
　　結果:在交變磁場中，腫瘤中心溫度可達到48℃并維持30min，加熱中止后10min溫度恢復至正常，所有兔在種植腫瘤后14天出現不同程度的吞咽困難，接種腫瘤后所有兔體重逐漸下降，下降達到原體重70％左右兔會因為營養(yǎng)不良而

19、死亡。組間各時間點的兩兩比較表明，組間并無顯著性差異(P＞0.05)。所有組均有2-3只出現肺轉移，未處理組、單純磁流體組腫瘤體積及生存期比較無顯著性差異(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(P＜0.05)。組織切片顯示，48℃，30min食管內多次熱療不會造成永久性熱損傷。
　　結論:兔食管移植癌模型