Integración de la electroporación en la práctica urológica: diseño y evaluación de un nuevo electrodo transuretral

Resumen

El artículo presenta un método sencillo y reproducible para la electroporación transuretral del calcio utilizando un electrodo endoscópico recién desarrollado compatible con equipos urológicos estándar. El estudio supone un avance significativo hacia la aplicación transuretral de la electroporación y allana el camino para ampliar el tratamiento innovador y mínimamente invasivo de los tumores urinarios.

Resumen

Los tumores de vejiga suponen un desafío importante para la salud, aunque los avances en el tratamiento han sido escasos. La electroporación es el uso de pulsos eléctricos breves que permeabilizan las membranas celulares con el propósito de un efecto citotóxico directo (electroporación irreversible) o para la entrega de fármacos y genes en las células (electroporación reversible). En este estudio se utilizó calcio (electroporación de calcio). El uso de la electroporación en uro-oncología se ha limitado debido a la falta de instrumentos adecuados. El estudio se centra en el diseño y la usabilidad clínica de un nuevo electrodo transuretral y su rendimiento técnico en cerdos. Este electrodo de geometría fija consta de dos matrices opuestas de tres agujas cada una. La aguja central está desplazada respecto a una línea imaginaria entre las dos agujas más externas. Esto garantiza una distribución uniforme del campo eléctrico de forma cuadrada. El electrodo es compatible con un resectoscopio transuretral y es un elemento de trabajo intercambiable a través del cual se inserta el telescopio. El generador de pulsos externo se conecta a la maneta. Los mecanismos de bloqueo aseguran la alineación del equipo durante el montaje. Se evaluó la idoneidad en vejigas porcinas sanas, que se asemejan a las humanas y permiten el uso de instrumentos similares. Bajo anestesia general, el resectoscopio se insertó transuretralmente. Se inyectaba calcio en la pared de la vejiga con una aguja endoscópica, se insertaba el electrodo y se colocaban las agujas en la zona inyectada con calcio. Se aplicaron pulsos eléctricos (8 pulsos, 100 μs, 5000 Hz y 400 V, correspondiente a una relación de 1000 V/cm entre voltaje y distancia entre electrodos). Posteriormente, los instrumentos fueron retirados. El manejo de los instrumentos refleja de cerca las técnicas urológicas ya establecidas. La posición del electrodo se gestionaba visualmente, y la entrega del pulso igualaba los procedimientos transuretral estándar. Las pulsaciones se administraron con éxito. El uso transuretral y el rendimiento del nuevo electrodo en la vejiga se alinea con los instrumentos y técnicas urológicas existentes, permitiendo una adaptación fluida por parte de los urólogos.

Introducción

Los tumores de la vejiga urinaria representan una carga significativa para la salud global. La alta incidencia y la tendencia a la recurrencia sitúan la malignidad entre los tipos de cáncer más^{costosos 1,2}. Además, se espera que la incidencia aumente aproximadamente un 70% para 2040³. A pesar del creciente desafío, las innovaciones terapéuticas han sido escasas hasta hace^{poco 4}.

Una modalidad de tratamiento emergente y prometedora es la electroporación, que incluye la aplicación de pulsos eléctricos breves para dirigir^{tejidos 5}. Los pulsos permeabilizan temporal o permanentemente las membranas celulares, permitiendo dos mecanismos terapéuticos distintos. Electroporación irreversible (IRE) que induce directamente^{citotoxicidad 6}, y electroporación reversible que facilita la administración intracelular de fármacos o^{genes 7}. La electroporación ya se ha establecido como modalidad de tratamiento en otros campos de la medicina, como la ablación cardíaca en enfermedades cardíacas arrítmicas⁸ y la electroquimioterapia (ECT) para diversos tipos de cáncer ^9,10,11. Sin embargo, el uso de la electroporación en uro-oncología ha sido limitado.

Los avances recientes en la terapia de electroporación incluyen la electroporación de calcio (CaEP). CaEP utiliza el calcio, que de otro modo no es tóxico, como agente citotóxico y anteriormente se ha demostrado que puede erradicar tumores de diferentes^histologías 12,13,14. En tumores cutáneos, se utilizan comúnmente electrodos o placas de aguja de geometría^fija 14,15,16. En un estudio observacional de fase I de CaEP en tumores mucosos recurrentes de cabeza y cuello, se utilizó un electrodo flexible para el dedo con agujas de matriz lineal, un electrodo hexagonal o un electrodo de matriz lineal en un mango¹⁷. En estudios de cánceres colorrectales y esofágicos, se realizó CaEP con electrodos compatibles con los endoscopios (colonoscopio o gastroscopio⁾13,18,19. Sin embargo, la CaEP intravesical se ha visto obstaculizada por la ausencia de instrumentos adecuados para el enfoque transuretral, y hasta la fecha, solo un informe documenta el efecto del tratamiento con CaEP en las metástasis de carcinomas uroteliales en^{humanos 20}.

El tratamiento actual de los tumores de vejiga en carcinomas primos de células transicionales (uroteliales) es la resección transuretral (TURBT), que emplea un resectoscopio insertado a través de la uretra bajo guía visual, irrigación e intercambio de instrumentos facilitado por una vaina protectora colocada en la uretra. Los tumores se extienden mediante un lazo de resección bipolar capaz de cortar y coagular el tejido. Dadas las similitudes procedimentales entre la TURBT y la electroporación con electrodo transuretral, la CaEP supondría un gran avance como enfoque viable y mínimamente invasivo para el tratamiento del cáncer de vejiga urinaria.

El nuevo "electrodo OpField" (Figura 1) de nuestro grupo está diseñado para integrar la configuración familiar en TURBT con electroporación directamente en la vejiga urinaria y permite una opción terapéutica sencilla e innovadora tanto para tumores de vejiga no invasivos como invasivos musculares. En el presente artículo, describimos el diseño, montaje y manipulación in vivo del primer electrodo transuretral para la electroporación en la vejiga urinaria con visualización endoscópica directa.

El electrodo es un electrodo de un solo uso, de geometría fija, que consta de dos matrices opuestas de cada una de tres agujas. Las agujas miden 4 mm de longitud, y la aguja central está desplazada ~0,8 mm respecto a una línea imaginaria entre las dos agujas más externas. La aguja central desplazada garantiza un campo eléctrico uniforme y cuadrado (Figura 2). El conjunto de la matriz de electrodos consta de un extremo distal con construcción bipolar, con dos electrodos cortados con láser en forma de horquilla, cada uno con 3 puntas de aguja. Cada poste de electrodo está montado en un tubo de acero inoxidable de precisión y remodelado con cola UV de grado médico. Cada pata de electrodo está aislada con un termoretráctil de grado médico basado en poliolefinas. El mango del dispositivo está impreso en 3D con una resina de grado médico. Este subconjunto pasa por una inspección visual al 100% y se limpia y desinfecta antes de entrar en el montaje final en la sala limpia. El dispositivo completamente ensamblado se envuelve en una bolsa de esterilización Tyvek sellada con calor y se esteriliza usando radiación de haz E. El electrodo es compatible con un resectoscopio transuretral utilizado para TURBT y funciona como elemento de trabajo intercambiable a través del cual se inserta el telescopio. El generador de pulsos externo se conecta a la maneta y los mecanismos de bloqueo aseguran la alineación del equipo durante el montaje.

Otra ventaja muy importante de la CaEP en comparación con la TEC es el uso del calcio no tóxico como agente terapéutico, beneficiando tanto a los pacientes como al personal^{médico 21}.

In vivo se evalúa la posible adopción clínica, la experiencia del usuario y las propiedades prácticas del electrodo, y se evalúa su compatibilidad y rendimiento con instrumentos urológicos estándar para uso transuretral y endoscópico. Esta parte se realiza en cerdos de tamaño similar a los humanos, por lo que los mismos instrumentos serán utilizables. Un diagrama esquemático del procedimiento se muestra en la Figura 3.

Protocolo

Utiliza cerdos sanos de entre cuatro y cinco meses que pesen entre 50 y 80 kg (Sus scrofa domesticus, hembras), ya que sus vejigas urinarias se parecen a las de los humanos. El tamaño de los cerdos permite el uso de los mismos instrumentos endoscópicos transuretrales que en los humanos. Anestesiar a los cerdos según las directrices institucionales (por ejemplo, ketamina (7-10 mg· ^kg-1), dexmedetomidina (20-40 μg· ^kg-1) y butorfanol (0,1-0,2 mg·kg ^-1) como preanestesia, y propofol intravenoso (0,3-0,5 mg·kg ^-1) y sevoflurano en un 60% de oxígeno para un volumen mareal de 10 mL· ^kg-1 como anestesia.

Declaración ética
Los estudios con animales se realizan en cumplimiento con la autorización de la Inspección de Experimentos Animales (permiso nº 2024-15-0201-01759) y siguen las directrices del Convenio Europeo para la Protección de los Animales Vertebrados utilizados con fines Experimentales y Científicos Distintos.

1. Preparación de los instrumentos y equipos

NOTA: El resectoscopio estéril es ensamblado por personal que lleva batas y guantes estériles sobre una mesa con cortinas estériles. Para el tratamiento están presentes dos médicos especializados en procedimientos transuretrales. Uno se encarga de la inserción y manipulación de los instrumentos en el cerdo; el otro actúa como asistente.

1. Inserta el telescopio en un puente con un canal de trabajo.
2. Inserta los instrumentos en la vaina.
3. Conecta solución salina al sistema de riego en la vaina con un conjunto de tubos intravenosos.
4. Abre el juego de tubos, llena el tubo con solución salina y desplaza el aire.
5. Conecta la cabeza de la cámara y el cable de iluminación a la base del telescopio.
6. Conecta el equipo transuretral estéril con la plataforma de visualización limpia para producir una imagen en tiempo real en la pantalla conectada.
   NOTA: Esto se realiza con la ayuda de personal no estéril. Antes del procedimiento, la imagen se equilibra en blanco para asegurar que los objetos blancos grabados por la cámara parezcan blancos. Todos los mecanismos de bloqueo deben estar completamente asegurados para evitar desalineaciones o desconexiones y garantizar un riego adecuado durante el procedimiento.

2. Preparación del electrodo transuretral

1. Retira el electrodo de su paquete estéril.
2. Conecta el electrodo al generador de pulsos externo conectando el cable aislante estéril en la maneta del electrodo al cable aislado limpio en el generador de pulsos externo.

3. Generador de pulsos externo

1. Elige la configuración lineal del electrodo en la pantalla, ya que es compatible con el electrodo transuretral.
2. Ajusta 8 pulsos de 100 μs, frecuencia 5000 Hz y voltaje 400 V, correlacionando con una relación voltaje/electrodo de 1000 V/cm en los campos designados de la pantalla.

4. Aguja de inyección y gluconato de calcio

PRECAUCIÓN: Manipular gluconato de calcio conforme a las normativas de seguridad institucionales. Deshazte del gluconato de calcio como residuo peligroso.

1. Retira la aguja de la cistoscopia del paquete estéril y ajusta la longitud de la punta de la aguja a 2 mm.
2. Consigue un frasco de gluconato de calcio 100 mg·mL-1.
3. Llena una o más jeringuillas con el gluconato de calcio necesario.
4. Conecta la jeringuilla (preferiblemente con una jeringuilla tipo luer-lock) en el extremo distal de la aguja de la cistoscopia.
   NOTA: 2.2.-4.2. se llevan a cabo con la ayuda de personal no estéril. El uso de otros compuestos de calcio con la misma molaridad de calcio es^{posible 22}.

5. Preparación del cerdo

1. Colocar al cerdo en posición de litotomía dorsal y alinear las nalgas con el borde de la mesa de operaciones.
2. Asegura una bolsa de recogida de líquidos con drenaje utilizada para procedimientos transuretrales debajo del cerdo.
3. Limpia la vulva con agua y jabón. Instala gel en la uretra para desinfección y analgesia.

6. Procedimiento de electroporación de calcio

1. Abre el sistema de riego del resectoscopio y confirma el flujo salino.
2. Inserta el resectoscopio, guiado visualmente a través de la uretra hasta la vejiga urinaria.
3. Detiene el flujo salino una vez que el resectoscopio esté colocado. Vacía la vejiga de orina residual.
4. Reanuda la entrada de agua salina hasta que la vejiga urinaria esté llena.
5. Realiza una cistoscopia e inspecciona toda la vejiga.
6. Introduce la aguja de la cistoscopia por el canal de trabajo del puente y visualiza la punta de la aguja.
7. Inyectar 0,3 mL de gluconato de calcio 100 mg·mL -1 en la pared de la vejiga para producir una vesícula en la pared de la vejiga.
   NOTA: Se repite la inyección de calcio según sea necesario para asegurar una cobertura completa del área de electroporación. Durante todo el procedimiento, el riego se ajusta continuamente para asegurar una visión óptima de la pared de la vejiga.
8. Quita la aguja de la cistoscopia.
9. Quita el telescopio. Deja la vaina protectora externa en la uretra.
10. Quita el puente.
11. Inserta el telescopio en el electrodo transuretral.
12. Coloca el telescopio y el electrodo en la vaina de la vejiga bajo guía visual.
13. Coloca las agujas del electrodo en el tejido que cubre las zonas inyectadas con gluconato de calcio.
14. Aplica los pulsos eléctricos ya sea mediante el cirujano usando el pedal o por un asistente no estéril que opere el generador de pulsos externo. Primero, usa el botón de "cargar" seguido del botón de "pulsar".
15. Confirmar la finalización de los pulsos eléctricos y la entrega exitosa de los pulsos leyendo los pulsos generados por el instrumento (voltaje) y los pulsos entregados al tejido (corriente) mostrados en el generador de pulsos externo.
    NOTA: Pueden aparecer contracciones musculares leves durante el pulso. Como medida de seguridad, se pueden administrar relajantes musculares durante el procedimiento. La electroporación debe realizarse inmediatamente después de la inyección de calcio. Durante el tratamiento de tumores múltiples o grandes, se recomienda alternar entre inyección de calcio y electroporación. En teoría, el protocolo puede pausarse tras el tratamiento de CaEP, pero esto no es recomendable ya que el tratamiento se realiza bajo anestesia general.

7. Regimiento posterior al procedimiento

1. Retira el telescopio y el electrodo cuando cada zona inyectada con gluconato de calcio haya sido electroporada.
2. Vacía la vejiga.
3. Retira cuidadosamente el resectoscopio con la vaina exterior usando un obturador.
4. Termina la anestesia general y la medicación.
5. Deja que el cerdo despierte conforme a las directrices de la institución.
6. Gestionar el dolor postprocedimental cuando sea necesario de acuerdo con las directrices institucionales.
7. Desecha el electrodo como desecho punzante.

Resultados

Un estudio preliminar en 3 cerdos de 30-40 kg resultó en una electroporación exitosa, pero 2 de los cerdos tuvieron que ser eutanasiados postoperatoriamente, uno por sangrado uretral y otro por inyección intraperitoneal no intencionada de tinta destinada a marcar los lugares de tratamiento. Por ello, en el estudio principal, se utilizaron cerdos más grandes de aproximadamente 80 kg, y la inyección de tinta se consideró innecesaria. Se trataron un total de 27 áreas en 7 cerdos, incluyendo 5 lesiones inyectadas con gluconato de calcio sin electroporación y 5 lesiones solo con electroporación. Se administraron un total de 176 pulsos. El voltaje aplicado era de 400 V, y la corriente oscilaba entre 3 y 4 A.

El tratamiento fue realizado por un urólogo consultor especializado en cirugía transuretral. La inserción y manipulación del electrodo reflejan de cerca las técnicas urológicas establecidas. En concreto, la manipulación de los instrumentos resultaba intuitiva para el equipo quirúrgico y reflejaba la familiaridad de los movimientos requeridos durante procedimientos como el TURBT. El electrodo se posicionó dentro de la pared de la vejiga bajo guía visual continua para asegurar una colocación precisa en el tejido. La entrega de pulsos y corriente (8 pulsos de 100 μs, 5000 Hz y 400 V correlacionados con la relación voltaje-electrodo de 1000 V/cm) fue exitosa, constante y estable en todos los casos según las lecturas del generador de pulsos externo; y el procedimiento se paralelaba al de los bucles de resección convencionales. El estudio confirmó el alto grado de familiaridad y facilidad de adopción por parte de los urólogos para la integración clínica.

Los exámenes cistoscópicos de la vejiga 5 y 7 días después de la CaEP mostraron engrosamiento de la mucosa con edema, eritema y pequeñas hemorragias. En todos los casos, la pared de la vejiga permaneció intacta sin perforaciones. Tras la eutanasia y la evisceración, las vejigas se llenaron de líquido, las paredes seguían intactas y las calcificaciones podían verse a través de paredes cristalinas. Se observaron cambios similares en la vejiga tratada únicamente con inyecciones de calcio, mientras que la electroporación por sí sola mostró hemorragias mínimas y ningún otro cambio. Todos los demás órganos abdominales estaban normales.

CONCLUSIÓN:
La aplicación del nuevo electrodo transuretral en la vejiga urinaria demuestra alineación con los instrumentos y técnicas urológicas ya establecidas. La similitud procedimental con la cirugía transuretral convencional y la estabilidad del pulso y la administración de corriente favorecen una traducción rápida y fluida a la urología clínica. La implementación clínica está prevista para comenzar con un primer ensayo en humanos, en el que se evaluarán CaEP y el electrodo transuretral en pacientes con cáncer de vejiga avanzado.

Figura 1. Prototipo del electrodo transuretral. El electrodo es compatible con un resectoscopio transuretral utilizado para TURBT. El electrodo es un elemento de trabajo intercambiable. El telescopio se inserta en el electrodo, permitiendo la colocación visual de las agujas en la pared de la vejiga. El generador de pulsos externo está cableado al mango del electrodo. Los mecanismos de bloqueo aseguran que el equipo esté alineado durante el montaje. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 2. (A) Una ilustración esquemática de la parte activa del electrodo. El electrodo de geometría fija consta de dos matrices opuestas de tres agujas cada uno. La aguja central de cada matriz está desplazada respecto a una línea imaginaria entre las dos agujas más externas. La disposición de las agujas garantiza una distribución uniforme y cuadrada del campo eléctrico. Las mediciones están en mm . (B) La parte activa del electrodo. En una configuración de herradura, las dos matrices de agujas se colocan con la aguja central desplazada. El canal del telescopio es visible en la parte superior de la foto. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Figura 3. Una ilustración esquemática del procedimiento CaEP, destacando las principales fases del procedimiento. Por favor, haz clic aquí para ver una versión ampliada de esta figura.

Discusión

El protocolo detalla el uso de un nuevo electrodo transuretral OpField para CaEP en la vejiga urinaria porcina y supone un avance significativo en la aplicación de la electroporación en^{urología 23}. Una fortaleza del método es su integración fluida en el equipo urológico estándar. La compatibilidad permite una comparación cercana con TURBT y favorece la adopción inmediata en el entorno clínico debido a la similitud procedimental. La duración de CaEP y TURBT depende del tamaño del tumor, pero la duración de los procedimientos es similar. El diseño de geometría fija del electrodo garantiza una distribución homogénea del campo eléctrico, esencial para una eficacia consistente de la electroporación.

Varios pasos del protocolo son importantes para asegurar una ejecución exitosa. Esto incluye un riego adecuado para mantener una visibilidad óptima durante el procedimiento. Un montaje y bloqueo adecuados de los componentes del resectoscopio y el electrodo es fundamental para la estabilidad y la seguridad. Una mala visibilidad, cualquier desalineación o desconexión podrían comprometer la precisión de la colocación de la aguja y la entrega de los pulsos. El tratamiento exitoso también depende de la colocación visual precisa de las agujas del electrodo en la zona inyectada con calcio. Puede ser necesario hacer ajustes en el protocolo dependiendo del tamaño tumoral y las características de la vejiga. Puede ser necesario cambiar el volumen de calcio para cubrir completamente los tumores. El sistema de riego puede adaptarse si la visibilidad es deficiente. En caso de fallo en la entrega de pulsos, el sistema de retroalimentación del generador externo proporciona un aviso inmediato y permite la identificación rápida de problemas de conexión, contacto o ubicación. Si la entrega de pulsos falla, asegúrese de conectar correctamente los cables y de tener suficiente contacto del electrodo con el tejido. Reconecte los cables del electrodo al generador de pulsos externo o recoloque las agujas en el tejido, si es necesario.

Se considera importante el uso de relajantes musculares en humanos para prevenir contracciones pélvicas fuertes durante la administración del pulso, y la omisión de estos puede causar contracciones musculares, posible perforación de la pared de la vejiga, dolor postoperatorio y dificultades procedimentales^{innecesarias 24,25}. En el presente estudio, los cerdos no mostraron signos de molestia en relación con el sistema urinario; y no se observaron perforaciones, efectos térmicos, hemorragias o traumatismos uretrales como resultado de la electroporación.

Además, a diferencia de la TEC, que requiere fármacos tóxicos, la CaEP utiliza un agente no tóxico y fácilmente disponible, y se evita la complejidad de manejar quimioterapias durante la cirugía^. En caso de que las complicaciones quirúrgicas como sangrado o perforaciones sean similares a las que se encuentran en TURBT y se tratarán en consecuencia²⁵.

A pesar de sus ventajas, el método tiene ciertas limitaciones. La colocación del electrodo puede ser problemática en tumores poco accesibles en zonas anatómicas difíciles. En el estudio porcino, la pared posterior puede ser difícil de alcanzar debido a la forma alongada de la vejiga porcina. Esto ocurrió dos veces durante el estudio y se alivió vaciando la vejiga, reduciendo la distensión y aplicando presión sobre el abdomen del cerdo con la mano (por parte del cirujano). El electrodo solo administra pulsos al tejido directamente penetrado por las agujas, y los tumores grandes o multifocales pueden requerir reposicionamiento y/o múltiples inserciones.

Además de su uso en CaEP, el nuevo electrodo podría adaptarse para otras modalidades como IRE, terapia génica y^{ECT 16,23}. Además, puede ser una alternativa a opciones quirúrgicas extensas como la cistectomía.

CaEP también podría ser rentable. Un solo tratamiento con CaEP será potencialmente suficiente y evitará la instalación repetida de quimioterapias o^{inmunoterapia 1,26}. Finalmente, el electrodo puede proporcionar un medio para estudios traslacionales sobre la terapia inmunogénica celular mediada por electroporación, la muerte celular y la memoria inmunitaria sistémica, quizás en combinación con^{inmunoterapias} 11,12,20.

En resumen, el protocolo introduce un método novedoso, reproducible y clínicamente adaptable para la electroporación endoscópica en la vejiga urinaria. El electrodo recién diseñado aborda barreras de larga trayectoria ofreciendo una herramienta técnicamente alineada con el equipo estándar y fácil de usar. Aunque persisten ciertas limitaciones, el diseño ofrece un amplio potencial para su aplicación clínica en terapias oncozológicas mínimamente invasivas, y los resultados allanan el camino para el primer ensayo clínico en humanos planeado para evaluar la seguridad y el efecto del CaEP transuretral en pacientes con cáncer avanzado de vejiga.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Gluconato de calcio 100 mg/mL	B.Braun (Alemania)
Gel de cateterismo	Medac (Faxe, Dinamarca)		Instillagel
Cable aislante limpio para el generador de pulsos externo	IGEA (Carpi, Italia)
Aguja de cistoscopia	Laborie (NH, EE. UU.)		InjeTAK
Funda de plástico desechable para cámara estéril
Cortinados para procedimientos transuretrales con bolsa de recogida de líquidos con drenaje
Generador de pulsos externo	IGEA (Carpi, Italia)		Cliniporador EPS01; IGEA, incluyendo pedal de pie si es necesario y nbsp;
Juego de tubos intravenosos
Elemento de trabajo de resección en lazo	Olympus (Tokio, Japón)
Resectoscopio ch27	Olympus (Tokio, Japón)		Incluye telescopio, puente con canal de trabajo, funda interior y exterior, obturador
Solución salina en una bolsa de 3 L
Cortinas estériles para la mesa
Guantes estériles
Bata de cirugía estéril para el asistente
Jeringuilla			Preferiblemente con Luer-Lock
El electrodo OpField	Soltech (Må Lø v, Dinamarca)		Electrodo endoscópico
Bata de cirujano estéril urólogo
Plataforma de visualización	Olympus (Tokio, Japón)		Incluyendo cable de rayo, cabezal de cámara