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科技日报记者 宗诗涵
射频、冷冻、光动力等传统消融技术存在难以满足复杂解剖区域治疗需求的局限，而脉冲电场消融技术的核心机制是利用高压电场对细胞膜造成不可逆电穿孔以诱导目标细胞死亡，具备细胞选择性、非热损伤性、物理靶向性三大特点。
日前，以“脉冲电场消融：未来医学技术新赛道”为主题的香山科学会议第792次学术讨论会在北京香山饭店召开。会议重点讨论了脉冲电场消融技术这一新兴医学技术的前沿方向，破解其从基础研究到技术创新再到临床转化的关键科学问题，推动该技术的医学研究和临床应用。
图为脉冲电场消融系统。 新华社记者 金皓原 摄
精准诱导目标细胞死亡
消融是一种局部治疗技术，通过施加物理或化学能量，使病变组织发生凝固性坏死或溶解，从而达到治疗目的。在传统消融领域中，有以“火元素”为代表的射频消融技术、以“冰元素”为代表的冷冻消融技术，以及以“光元素”为代表的光动力疗法。
“射频消融技术通过产生50摄氏度至80摄氏度的高温，使病变细胞发生凝固性坏死；冷冻消融技术则利用零下40摄氏度的低温促使细胞内形成冰晶，进而引起细胞裂解；光动力疗法则依赖光敏剂、特定波长激光与氧气发生光化学反应产生过氧化物，从而破坏病变细胞。”会议执行主席、西安交通大学教授吕毅指出，尽管这些技术均具备一定疗效，但也存在明显局限性，尤其难以满足解剖结构复杂区域的治疗需求。
在此背景下，以“电元素”为代表的脉冲电场消融技术应运而生。该技术的相关研究可追溯至两个多世纪前的一场科学实验。1754年，法国物理学家诺莱特在一次电场实验中观察到，电火花在作用于人体皮肤后，皮肤表面会出现红斑。这一现象被推测可能与强电场引起的皮肤组织不可逆破坏有关。直到20世纪中后期，科学家首次系统提出并验证：强电脉冲可在不引起显著热效应的前提下，对细胞膜造成不可逆电穿孔，从而导致细胞死亡。随着研究的不断深入，脉冲电场消融技术逐步显现出其临床价值。
“脉冲电场消融技术的核心机制在于利用高压电场击穿细胞膜，形成不可逆电穿孔，从而精准诱导目标细胞死亡。”吕毅介绍，该技术具有三大特点，一是细胞选择性，可针对目标细胞的细胞膜实现精准打击；二是非热损伤性，可避免传统热效应引起的组织支架结构损伤；三是物理靶向性，通过调节电场拓扑结构可精准灵活控制消融范围与边界，同时不产生全身毒性和额外损伤。
在治疗肿瘤和房颤方面潜力巨大
据介绍，目前全球范围内已有超过100项用于癌症治疗的脉冲电场消融技术相关临床试验完成注册，并有数百篇研究论文证实，该技术在肝癌、前列腺癌、胰腺癌和肾癌等肿瘤治疗中表现出良好的安全性与有效性。
“脉冲电场消融技术在肿瘤治疗过程中，能够最大限度地保留细胞外基质结构和肿瘤抗原的完整性。”中山大学附属第一医院副主任医师陈淑玲介绍，“该技术不仅可实现精准的组织消融，还为激活机体抗肿瘤免疫应答创造了条件。”
陈淑玲进一步解释，经脉冲电场消融后，肿瘤局部乃至全身的免疫反应显著增强，这显示出该技术在调控肿瘤免疫微环境方面的潜力。研究表明，将该技术与抗PD-1疗法联合应用，不仅能明显提升抗肿瘤效果，还可有效抑制消融后肿瘤的复发和转移，为患者提供更持久、有效的治疗选择。
2021年，国产脉冲电场消融设备获得国家药监局批准，这标志着该技术的设备研发与生产，告别了长期依赖国外进口的历史；2023年2月，西安交通大学第一附属医院成功为一名局部晚期胰腺癌患者实施了世界首例内镜下脉冲电场肿瘤消融术；同年4月，上海交通大学医学院附属仁济医院顺利完成了国内首例前列腺癌纳秒脉冲精准消融术。从理论研究迈向临床实践，从设备引进到自主研发生产，脉冲电场消融技术在肿瘤治疗领域展现出广阔的应用前景。
除应用于肿瘤治疗外，脉冲电场消融技术在心脏疾病治疗方面同样具有重要应用。它可通过导管电极在病灶区域施加脉冲电场，在心肌细胞膜上形成不可逆电穿孔，从而有效清除引发异常电信号的心肌细胞，治疗房颤。
2020年，中国医学科学院阜外医院主任医师唐闽团队完成了亚洲首例房颤脉冲电场消融术。此后，脉冲电场消融技术在我国心脏疾病治疗领域得到了广泛应用。华中科技大学同济医学院附属同济医院主任医师王炎认为，脉冲电场消融技术应用于心脏疾病治疗具有两大优势：一是安全性更高，可避免热效应引起的组织损伤，例如极少损伤肺静脉平滑肌，显著降低肺静脉狭窄风险等；二是消融效率更高，传统射频消融技术一般单点消融数十秒，而脉冲电场消融技术可实现多点同步消融，能在1—2秒内完成操作。
仍需解决三大科学问题
会议执行主席、中国科学院院士、中国科学院电工研究所研究员王秋良说，当前，脉冲电场消融技术已从单点突破迈向多点开花，但要让该技术更好地用于临床，仍需突破多个关键瓶颈。
吕毅指出，为进一步推动脉冲电场消融技术在临床的广泛应用，仍需解决以下三大科学问题：首先，需深入探究脉冲电场与生物组织间的交互作用机制；其次，应致力于构建更高效的生物电子—组织界面，优化能量递送过程，提升消融效率；最后，需建立基于多模态成像与表征技术的效果评估方法，以实现对脉冲电场消融效果的准确判断。这些问题的解决将有助于该技术更安全、可靠地服务于患者。
在多模态成像领域，现有的超声、CT、MRI等技术已广泛应用于肿瘤与心脏疾病成像。“然而，这些技术仍存在图像分辨率低、成像与消融在时空上不匹配，以及难以准确引导消融等问题。”中国科学院深圳先进技术研究院研究员马腾说，目前仍缺乏直接有效的可视化手段，能在消融过程中实时监控能量分布和组织反应，降低消融操作的不确定性。针对上述问题，马腾团队提出了“多模成像引导腔内脉冲电场消融”方案，研发了集成超声、OCT及荧光内窥于一身的多模态成像—治疗一体化导管系统，为脉冲电场消融技术的进一步推广应用奠定了基础。
此外，在吕毅看来，国产脉冲电场消融相关医疗器械实现高质量发展，不能仅仅依赖技术升级，还需在产品检测标准、医保覆盖面、临床经验积累等多个方面进行积极探索。
上海市医疗器械检验研究院副所长洪伟说：“我们拟推动脉冲电场消融设备的国际专门标准的立项，针对相关系列设备的专项条款，优先固化统一的测试口径、测试基准及阈值验证路径，为全球范围内的统一审评与注册工作提供支撑。”
浙江大学附属第一医院教授陈新华则提出“分级分类监管”框架：对于科研用装置，应侧重参数溯源与安全评估；对于临床用仪器，应强化性能验证与临床数据核查。同时，她建议构建跨学科的检测监管协作机制，为脉冲电场消融产品的安全转化、规范化应用及国际化推广提供有力支撑。
“随着生物效应机制的持续明晰、国产化设备的更新迭代、电极导入微创化路径的深入探索，以及联合放疗、化疗、免疫治疗的全新治疗模式的涌现，脉冲电场消融技术必将在恶性肿瘤、心脏疾病、糖尿病、慢性阻塞性肺疾病等疾病治疗领域发挥更大作用。”吕毅说。
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