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。
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。
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。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。
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。
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。