纳米脉冲变身利刃 肿瘤微创治疗有了新武器
纳米脉冲变身利刃 肿瘤微创治疗有了新武器
由临床医生提出需求、参与设计，医院医学工程科进行产品标准制定，医疗器械研究所进行电气安全电磁辐射检测，由医院完成临床验证，并推广应用……联合团队的专业化分工为设备的研发应用搭建了环环相扣的医疗设备产业技术一站式转化平台。
“7月20日晚，我冒雨赶到医院，招呼团队成员动手将一台特殊仪器转移至更高的楼层。”9月22日，郑州大学第一附属医院超声介入科董刚主任向记者回忆道，“纳秒刀设备研发不易，是浙江大学陈新华团队的心血，承载着许多肝癌患者生的希望。”
“新冠肺炎疫情背景下，7月的那次暴雨抢险，是纳秒刀迈向临床应用的又一项考验。”凡此种种，陈新华习惯淡然一笑。
自2011年从美国留学归来，到2014年携海归团队创办杭州睿笛生物科技有限公司（以下简称睿笛生物），从入驻浙江海创园孵化器开展设备研发，到2018年获得艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治国家科技重大专项支撑，再到目前安全完成肝癌热消融禁区临床手术120例，逐步完成纳秒刀这一拥有独立知识产权的国产肝癌精准微创消融设备研发和临床使用解决方案……
攒着一股劲的陈新华，试图用国产设备取代国外进口微秒级别的脉冲电场消融设备，率先冲进下一代脉冲电场的“无人区”——纳秒级别万伏高压陡脉冲设备的原始创新。
“近期效果良好，建议尽快完成规范化的符合注册要求的临床试验……”不久前，由陈新华负责承担的国家科技重大专项课题，经科技部评审专家进行综合绩效评价后获高分通过。
闭关三年 “写了”一整墙专利证书
世界卫生组织国际癌症研究机构（IARC）发布的2020年全球最新癌症负担数据显示：2020年，我国肝癌以41万新发病例和39万死亡病例，在癌症的发病率和死亡率上分别排行第五和第二。
由于肝癌早期症状不明显，我国大多数肝癌患者发现即中晚期。传统肝癌治疗手段可分为放疗、化疗、手术、介入消融四种，但各有优劣。将高功率脉冲技术用于肿瘤微创治疗领域，相关研究方兴未艾。
“再回首已是10余年。在浙江大学获得外科博士学位后，我就在浙江大学医学院附属第一医院工作，积累了临床经验。”陈新华接受科技日报记者采访时说。
2004年，美国脉冲电场前沿技术转化之初，陈新华作为微创精准外科专家受邀赴美参与高功率脉冲技术医用转化研究，攻读美国欧道明大学生物医学工程博士，熟悉该转化研究技术体系后，他在参与单位任研发主管，并在随后担任国际学会的主席，主导该领域的技术标准制定。
近10年，新兴的脉冲电场技术创新产品不断问世。例如美国的陡脉冲治疗仪（纳米刀）获美国FDA批准应用于临床，通过欧盟CE认证；2015年6月，纳米刀在中国获得批准用于肿瘤的治疗并应用于临床。
美则美矣，未尽善焉。目前，一台进口纳米刀价格超千万元，一次消融数十万元的手术费用也令不少患者望而生畏。
“技术层面上，纳米刀存在难以彻底消融4厘米（cm）以上病灶、因电场洼地导致肿瘤细胞不完全灭活、电流过高时探针周围仍会产生热损伤等缺陷。”陈新华说，我们希望改进现有消融治疗设备的不足，为消融高危区域的实体肿瘤提供突破性创新疗法。
陈新华深知，原创研发不能搞“拿来主义”，必须在消融技术、理念这一源头和已有方案划清界限，老老实实从脏活累活干起。
指着厂房外挂着的70多件专利证书，陈新华向记者介绍，目前公司建有3500平方米的研发、中试生产厂房与无菌车间，这些都起步于一个个原创技术攻关。2019年，纳秒刀获得医疗器械检验证书，2020年在4家三甲医院获得临床试验伦理批件。
多方协作 锻造肝癌微创诊疗利器
“医疗器械新品从车间到手术台，还有相当复杂的一段路要走。”陈新华介绍，团队在设计之初就要求纳秒刀在手术时不造成“误伤”，且对靠近重要血管、肝管、胆管、胆囊或胰管的胰腺肿瘤、肝肿瘤同样适用。
此外，设备需要满足医生在肿瘤治疗和手术操作中的多项需求，这涉及到三维影像、图像融合、导航等技术应用。
为了提高纳秒刀就肝部肿瘤消融的精确度和有效性，睿笛生物联合中国信息通讯研究院巫彤宁团队、北京科技大学宋玉军团队，浙江大学殷胜勇、包家立等生物电磁专家协同攻关。
“纳秒脉冲消融肝癌手术中，存在因病患个体差异（如病灶大小、位置等）导致临床术前方案制定难度大，术中治疗定位复杂等瓶颈问题。” 巫彤宁介绍，团队研制了基于CT或磁共振图像的肝脏分割和病灶区域定位系统及基于光学追踪技术的纳秒刀手术定位及导航系统等，可为消融治疗手术方案的制定提供合理的参考依据。
与此同时，通过开展具有暗场光学成像、MRI成像和CT成像等多模影像功能的纳米分子探针和纳米中药的设计与合成，宋玉军团队成功合成出对正常细胞无毒副作用或低毒、对肿瘤细胞高致死率、具有一定免疫激活效果的有机—无机复合纳米药物。
经过细致设计，区别于纳米刀以微秒脉冲电场基于细胞膜电穿孔原理杀死肿瘤细胞的做法，纳秒刀实现在纳秒脉冲电场依托更高密度外加电场能量跨膜进入细胞核，在细胞内引起压电效应，使细胞核、核膜和线粒体等细胞器膜依次发生各种不同的肿瘤凋亡效应，有效克服了微秒脉冲的大电流造成的肌肉抽搐和心电副作用。
陈新华向记者梳理了联合团队专业化分工的逻辑：由临床医生提出需求、参与设计，医院医学工程科进行产品标准制定，医疗器械研究所进行电气安全电磁辐射检测，由医院完成临床验证，并推广应用……搭建环环相扣的医疗设备产业技术一站式转化平台。
疫情期间 完成100多例临床手术
2020年6月12日晚，新疆乌鲁木齐机场，长龙航空GJ8667航班按时抵达，乘客却未能立即下机。
客舱内，睿笛生物的两位工程师倍感困惑。当天他们从杭州出发，计划赶赴新疆医科大学第一附属医院，协助医院进行首台纳秒刀手术。
“我们先从其他同行人员口中得知，航班经停银川后，飞机上有了疑似病例。” 睿笛生物工程师吴斌回忆道，按照当地防疫要求，那个班次的乘客得隔离检查。所幸有惊无险，疑似病例核酸检测呈阴性。
新冠肺炎疫情尚未画上休止符，陈新华已经记不清纳秒刀的全国多中心临床试验实施过程中有多少个这样的插曲。
即便如此，去年以来，纳秒刀在浙大一院、郑大一附院、新疆医科大学一附院、树兰（杭州）医院进行多中心临床试验，实施手术超过120例。
“打破进口昂贵设备纳米刀的垄断地位，降低肝癌消融手术设备的价格，为不能用其它手术治疗的患者提供微创治疗手段，减轻患者的经济负担，这是团队多年攻关的初心和使命。”陈新华告诉记者。
目前，课题组正持续推进高压纳秒脉冲肝脏肿瘤消融手术治疗仪器的临床应用，已建立具有自主知识产权的技术标准并推向国际。
值得期待的是，基于前期技术铺垫，睿笛生物已研发了心脏房颤脉冲电场消融系统和内镜纳秒脉冲系统，并与医学团队开展合作，在胰腺癌精准诊治仪器等研究方面取得突破进展。
“靠山寨国外产品不能长久，面向国际前沿，潜心原创研究，才能触类旁通。公司多个产品线的新设备已经下线，即将被派发到合作试验单位。”陈新华说，本课题也开辟了纳秒刀局部治疗与全身治疗结合的治疗思路，这将是本课题组下一步工作探索的重点。
