泌尿器科実践における電気穿孔の統合:新しい経尿道電極の設計と評価

サマリー

本記事は、標準的な泌尿器科機器と互換性のある新開発の内視鏡電極を用いた経尿道カルシウム電気穿孔の簡単かつ再現性の高い方法を提示しています。この研究は、電気穿孔の経尿道応用における重要な進展であり、尿路腫瘍の革新的かつ低侵襲治療の拡大への道を開きます。

要約

膀胱腫瘍は大きな健康課題ですが、治療の進歩はほとんどありません。電気穿孔とは、細胞膜を透過させる短い電気パルスを用いて直接的な細胞毒性(不可逆電気穿孔)や、薬物や遺伝子を細胞内に送達する(可逆電気穿孔)ことを指します。本研究ではカルシウム(カルシウム電気穿孔)が使用されました。泌尿器腫瘍学における電気分孔の使用は、適切な機器が不足しているため限定的です。本研究は、新しい経尿道電極の設計と臨床的利用可能性、そして豚におけるその技術的性能に焦点を当てています。この固定形状の電極は、それぞれ3本の針ずつの対向する2つの配列で構成されています。中央の針は、最も外側の2本の針の間の仮想線からずれています。これにより、均一で正方形の電場分布が保証されます。この電極は経尿道切除鏡と互換性があり、望遠鏡が挿入される交換可能な作動要素です。外部パルス発生器はハンドルに接続されます。ロック機構は組立時の機器の位置合わせを保証します。適合性は、人間に似た健康な豚の膀胱で評価され、同様の器具の使用が可能でした。全身麻酔下で、切除鏡を経尿道的に挿入しました。内視鏡針で膀胱壁にカルシウムを注射し、電極を挿入して、注射部位に針を挿入しました。電気パルス(8パルス、100μs、5000Hz、400V、1000V/cmの電圧と電極距離比に相当)が加えられました。その後、楽器は引き戻されました。器具の取り扱いは確立された泌尿器科技術に非常に近いものです。電極の位置は目視で管理され、パルス供給は標準的な経尿道手技と同等でした。パルスは無事に届けられました。膀胱内の新しい電極の経尿道での使用と性能は、既存の泌尿器科機器や技術と整合しており、泌尿器科医によるスムーズな適応を可能にします。

概要

尿路の腫瘍は、世界的な健康にとって大きな負担となっています。高い発症率と再発傾向により、悪性腫瘍は最も高価ながんの種類の一つに位置づけられています ^1,2.さらに、2040年までに発生率は約70%増加すると予想^{されています。}課題が増大する中でも、治療の革新は最近までほとんど見られ^{ませんでした。}

新たに有望な治療法の一つに電気穿孔法があり、これは標^的組織に短い電気パルスを施すものです。パルスは一時的または恒久的に細胞膜を透過させ、2つの異なる治療メカニズムを可能にします。細胞毒性を直接誘発する不可逆電気孔(IRE)^{6、および}薬物や遺伝子の細胞内送達を促進する可逆電気孔^7。電気穿孔はすでに不整脈性心疾患における心臓焼灼^{術や、さまざまながんに対する}電気化学療法(ECT)など、他の医学分野でも治療法として確立^{されています。}しかし、尿路腫瘍学における電気ポレーションの使用は限定的です。

最近の電気穿孔療法の進展にはカルシウム電気穿孔(CaEP)があります。CaEPは、通常無毒のカルシウムを細胞毒性剤として利用し、これまでに組織学の異なる腫瘍を根絶することが示されています(12,13,14)。皮膚腫瘍では、固定形状の針電極またはプレートが^{一般的に使用されます。}再発性頭頸部腫瘍に対するCaEPの第I相観察研究では、柔軟な指電極と線形アレイ針、六角形または線形アレイ電極^{をハンドルに}付けて使用しました。大腸がんおよび食道がんの研究では、CaEPは内視鏡(大腸内視鏡または胃鏡)に対応した電極で行われました13,18,19。しかし、膀胱内CaEPは経尿道アプローチに適した器具の欠如により妨げられており、これまでにCaEP治療がヒトの尿路上皮癌の転移に与える影響を記録した報告は1件^{のみです。}

原発性転換細胞(尿上皮)癌における膀胱腫瘍の現在の治療は、尿道切除術(TURBT)であり、尿道に挿入し、視覚的な誘導、洗浄、尿道に設置された保護鞘によって促進される器具交換を用いる切開鏡を用います。腫瘍は、組織を切断・凝固させることができる双極切除ループで除去されます。TURBTと経尿道電極を用いた電気穿孔の手技的類似性を考慮すると、CaEPは尿膀胱がん治療における実現可能かつ低侵襲のアプローチとして大きな前進となるでしょう。

私たちのグループによる新しい「OpField電極」(図1)は、TURBTでよく使われているセットアップと尿嚢内に直接電気穿孔を統合し、非筋肉侵襲性および筋肉侵襲性膀胱腫瘍の両方に対して、シンプルで革新的な治療オプションを可能にします。本記事では、膀胱内の電気穿孔のための最初の経尿道電極の設計、組み立て、および生 体内 での操作を直接内視鏡的可視化で説明します。

電極は使い捨ての固定ジオメトリ電極で、3本の針が2本ずつ対向する配列で構成されています。針の長さは4mmで、中央の針は最外側の2本の針の間の仮想線から~0.8mmずれています。オフセットの中央針は均一で正方形の電場を保証します(図2)。電極アレイアセンブリは、遠位端がバイポーラ構造で、2つのレーザーカットされたフォーク状電極がそれぞれ3本の針先を持つ構造で構成されています。各電極極は精密なステンレス鋼管に取り付けられ、医療用UV接着剤でオーバーモールドされています。各電極脚は医療グレードのポリオレフィン系ヒートシュリンクで絶縁されています。デバイスのハンドルは医療用樹脂で3Dプリントされています。このサブアセンブリは100%目視検査を受け、クリーンルームの最終組立に入る前に清掃・消毒されます。完全に組み立てられた装置は熱密封されたタイベック滅菌パウチに梱包され、Eビーム放射線で滅菌されます。この電極はTURBTで使用される経尿道切開鏡と互換性があり、望遠鏡が挿入される交換可能な作業要素として機能します。外部パルス発生装置はハンドルに接続され、ロック機構は組立時の機器の位置合わせを保証します。

CaEPがECTと比較したもう一つの非常に重要な利点は、無毒のカルシウムを治療薬として使用し、患者と医療スタッフの双方に利益をもたらすことです²¹。

生体内 では、電極の臨床採用可能性、ユーザー体験、実用的特性が評価されており、経尿道および内視鏡用標準泌尿器器具との適合性や性能が評価されています。この部分は人間とほぼ同じ大きさの豚で行われるため、同じ器具が使用可能です。手順の回路図は 図3に示されています。

プロトコル

4〜5か月の健康な豚(体重50〜80kg、メス)を使用してください。彼らの尿便は人間のものに似ているためです。豚の大きさにより、人間と同じ経尿道内視鏡器具の使用が可能です。豚は機関のガイドラインに従って麻酔を行います(前麻酔としてはケタミン(7-10 mg·kg ^))、デキスメデトミジン(20-40 μg·kg ^-1)、ブトルファノール(0.1-0.2 mg·kg ^-1)、麻酔として60%酸素の中で静脈注射プロポフォール(0.3-0.5 mg·kg ^-1)およびセボフルランを用い、潮汐量10 mL· ^kg-1 の麻酔を行います。

倫理声明
動物実験は動物実験検査局(許可番号2024-15-0201-01759)の認可に従い、実験的およびその他の科学目的で使用される脊椎動物保護に関する欧州条約の指針に従って実施されます。

1. 器具および機器の準備

注:滅菌切除鏡は、滅菌ガウンと手袋を着用したスタッフが無菌カーテン付きのテーブル上で組み立てます。治療には経尿道手術に熟練した2名の医師がいます。1つは豚体内の器具の挿入と操作を担当し、もう一人は助手として活動します。

1. 望遠鏡を作業用の橋に挿入します。
2. 器具を鞘に挿入します。
3. 生理食塩水をシース上の洗浄システムに静脈内チューブで接続します。
4. チューブセットを開けて、チューブに生理食塩水を満たし、空気を押し出します。
5. カメラヘッドと照明ケーブルを望遠鏡の台座に取り付けてください。
6. 無菌経尿道装置とクリーンな可視化プラットフォームを接続し、接続された画面にリアルタイムの画像を生成します。
   注意:これは非無菌の人員の支援を受けて実施されます。手順の前に、カメラで記録された白い物体が白く見えるように、画像はホワイトバランスを取っています。すべてのロック機構は、ずれや切断を防ぎ、適切な灌漑を確保するために完全に固定されなければなりません。

2. 経尿道電極の準備

1. 電極を滅菌パッケージから取り出してください。
2. 電極を外部パルスジェネレーターに接続するには、電極のハンドルにある無菌絶縁ケーブルと外部パルスジェネレーターの清潔な絶縁ケーブルを接続します。

3. 外部パルスジェネレーター

1. ディスプレイ上で線形構成の電極設定を選択してください。これは経尿道電極と互換性があります。
2. 100μsのパルス8回、周波数5000Hz、電圧400Vを設定し、画面上の指定場で1000 V/cmの電圧と電極距離の比に対応します。

4. 注射針とグルコン酸カルシウム

注意:カルシウムグルコン酸は施設の安全規則に従って取り扱ってください。グルコン酸カルシウムは危険な廃棄物として処分しましょう。

1. 無菌パッケージから膀胱鏡針を取り出し、針先の長さを2mmに調整します。
2. カルシウムグルコン酸100mg·mL-1のボトルを用意してください。
3. 必要なグルコン酸カルシウムを1つまたは複数の注射器に注ぎます。
4. 注射器(できればルアーロックタイプの注射器)を膀胱鏡針の遠位端に接続します。
   注:2.2.-4.2。これらは非無菌の人員の支援を受けて実施されます。同じモル濃度のカルシウム化合物^{の使用は可能です}。

5. 豚の調理

1. 豚を背側結石切開姿勢に置き、臀部を手術台の端に合わせます。
2. 経尿道手術用の排液用の液体収集袋を豚の下に固定してください。
3. 外陰部を水と石鹸で洗浄してください。尿道に消毒と鎮痛用のジェルを設置してください。

6. カルシウム電気穿孔法

1. 切除鏡の洗浄システムを開けて生理食塩水の流れを確認してください。
2. 切除鏡を挿入し、視覚的に尿道から膀胱へ誘導します。
3. 解剖鏡が設置されたら生理食塩水の流れを止めてください。膀胱の残尿を空にしてください。
4. 膀胱が満たされるまで生理食塩水の流入を再開します。
5. 膀胱鏡検査を行い、膀胱全体を検査してください。
6. 膀胱鏡針をブリッジの作業チャネルから挿入し、針の先端を視覚化します。
7. 膀胱壁に0.3 mLのグルコン酸カルシウム100 mg·mL-1を注射し、膀胱壁に小胞を作ります。
   注意:電気穿孔領域を完全にカバーするために必要に応じてカルシウム注射を繰り返し行います。処置中、洗浄は膀胱壁の最適な視界を確保するために継続的に調整されます。
8. 膀胱鏡針を抜いてください。
9. 望遠鏡を外せ。尿道の外側の保護鞘はそのままにしてください。
10. ブリッジを外してください。
11. 望遠鏡を経尿道電極に挿入します。
12. 望遠鏡と電極を目視誘導のもと、膀胱の鞘に収めます。
13. カルシウムグルコン酸を注入した部分を覆う組織に電極針を挿入します。
14. 電気パルスは、外科医が足踏みペダルを使うか、外部パルス発生器を操作する非無菌助手によって加えられます。まず「チャージ」ボタンを使い、その後に「パルス」ボタンを押します。
15. 機器で生成されたパルス(電圧)と組織に送られるパルス(電流)を外部パルスジェネレーターに表示することで、電気パルスの完了とパルス伝達の成功を確認します。
    注意:脈拍時には軽い筋肉収縮が現れることがあります。安全対策として、処置中に筋弛緩剤を投与することができます。電気穿孔はカルシウム注射直後に行うべきです。複数または大きな腫瘍の治療時には、カルシウム注射と電気穿孔を交互に行うことが推奨されます。理論上はCaEP治療後にプロトコルを一時停止できますが、全麻下で行われるため推奨されません。

7. 手続き後連隊

1. カルシウムグルコン酸を注入したすべての部位が電気ポケリングされたら、望遠鏡と電極を取り外してください。
2. 膀胱を空にしろ。
3. 閉鎖装置を使って外鞘で切除鏡を慎重に取り出します。
4. 全身麻酔と薬を終えてください。
5. 豚は制度のガイドラインに従って目覚めさせてください。
6. 必要に応じて、施設のガイドラインに従い処置後の痛みを管理してください。
7. 電極は鋭利な廃棄物として処分してください。

結果

3頭の豚(体重30〜40kg)を対象とした予備試験では電気穿孔手術が成功しましたが、2頭は尿道出血と、治療部位を示すためのインクの意図しない腹腔内注射のため、術後に安楽死させられました。したがって、主研究では約80kgの大型豚を使用し、インクの注入は不要とされました。7頭の豚で合計27か所の病変が治療され、そのうち5つは電気穿孔なしでグルコン酸カルシウム注射、5は電気穿孔のみで治療されました。合計176回のパルスが投与されました。印加電圧は400Vで、電流は3〜4Aの範囲でした。

治療は経尿道手術を専門とする泌尿器科専門医によって行われました。電極の挿入と操作は、確立された泌尿器科技術とほぼ一致しています。具体的には、器具の操作は手術チームにとって直感的であり、TURBTなどの処置で求められる動きに慣れていることを反映していました。電極は膀胱壁内に設置され、組織内で正確な位置を確保するために継続的な視覚誘導を受けました。パルスと電流の供給(100μs、5000Hz、400Vの8パルス、1000V/cmの電圧対電極距離比に対応)は、外部パルス発生器の読み取り値によれば、すべての場合において成功し、一定かつ安定していました。そしてこの手術は従来の切除ループと並行していました。この研究は、泌尿器科医が臨床統合において高い親しみと受け入れの容易さを確認しました。

CaEP後5日目と7日後の膀胱鏡検査では粘膜が肥厚し、浮腫、紅斑、小出血が見られました。いずれの場合も、膀胱壁は穴あきなく無傷でした。安楽死と内臓摘出の後、膀胱は液体で満たされ、壁はまだ無傷で、透明な壁を通して石灰化が見られました。同様の変化は、カルシウム注射単独で治療した膀胱でも観察されましたが、電気穿孔のみでは出血は最小限で他の変化はありませんでした。他の腹部臓器はすべて正常でした。

結論:
尿道内への新しい経尿道電極の適用は、確立された泌尿器科機器や技術との整合性を示しています。従来の経尿道手術との手技的類似性と脈拍・電流供給の安定性により、臨床泌尿器科への迅速かつシームレスな移植が可能となります。臨床実装は、進行した膀胱がん患者に対してCaEPと経尿道電極を評価する初のヒト試験から始まる予定です。

図1。 経尿道電極の試作機。この電極はTURBTで使用される経尿道切除鏡と互換性があります。電極は交換可能な作動要素です。望遠鏡は電極に挿入され、針を膀胱壁に視覚的に誘導して配置することを可能にします。外部パルスジェネレーターは電極ハンドルにケーブルで接続されています。ロック機構により、組立時に機器が正しく整列します。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

図2.(A)電極の活性部分の回路図。固定ジオメトリー電極は、それぞれ3本の針ずつの対向する2つの配列で構成されています。各配列の中央の針は、最も外側の2本の針の間の仮想線からずれています。針の配置により、均一で正方形の電場分布が保証されます。測定値はミリメートル単位です。(B) 電極の活性部分。馬蹄形の配置では、2本の針の配列がずれた中央の針に配置されます。望遠鏡のチャンネルは写真の上部に見えます。この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

図3。 CaEP手続きの概略図で、主要な手続き段階を強調します。 この図の拡大版はこちらをクリックしてご覧ください。

ディスカッション

このプロトコルは、豚の膀胱におけるCaEP用の新しい経尿道OpField電極の使用を詳述し、泌^尿器科における電気穿孔の応用において大きな進歩を示しています。この方法の強みの一つは、標準的な泌尿器科機器にシームレスに統合できることです。この互換性によりTURBTと密接に比較でき、手続き上の類似性から臨床現場での即時採用を支援します。CaEPとTURBTの持続時間は腫瘍の大きさによって異なりますが、処置時間はほぼ同じです。電極の固定形状設計により、均一な電場分布を確保し、一貫した電気孔化効果に不可欠です。

プロトコルのいくつかのステップは、成功する実行を確保するために重要です。これには、施術中に最適な視界を維持するための適切な灌漑が含まれます。切断鏡と電極の部品の適切な組み立てとロックは安定性と安全性のために極めて重要です。視界不良、ずれ、切断は針の位置精度やパルスの伝達に影響を及ぼす可能性があります。治療の成功は、カルシウム注入部位に電極針を正確に視覚的に配置するかどうかにも依存します。腫瘍の大きさや膀胱の特性に応じて、プロトコルの調整が必要になる場合があります。腫瘍を完全に覆うためにカルシウム量の変化が必要になる場合があります。視界が悪い場合は灌漑システムを適応させることができます。パルス伝達が失敗した場合、外部発電機のフィードバックシステムが即座に通知し、接続、接触、配置の問題を迅速に特定できるようにします。パルス供給が失敗した場合は、ケーブルの正しい接続と電極の組織への十分な接触を確保してください。必要に応じて、電極のケーブルを外部パルス発生器に再接続するか、組織内の針の位置を変えてください。

ヒトにおける筋弛緩剤の使用は、脈拍輸送中の強い骨盤収縮を防ぐために重要と考えられており、これを怠ると筋肉収縮、膀胱壁穿孔の可能性、術後の痛み、不必要な手技上の困難を引き起こす可能性があります(^24,25)。本研究では、豚は尿路系に関して不快感の兆候を示しませんでした。また、電気穿孔による穿孔、熱的影響、出血、尿道外傷は認められませんでした。

さらに、ECTが有毒な薬剤を必要とするのに対し、CaEPは無毒で入手しやすい薬剤を使用し、手術中の化学療法薬の扱いの複雑さを回避^{しています。}出血や穿孔などの外科的合併症はTURBTで見られたものと似ており、適切に対処^{されます。}

多くの利点があるものの、この方法にはいくつかの制限があります。難しい解剖学的部位の腫瘍では、電極の配置が問題となることがあります。豚の研究では、膀胱が長方形であるため後壁に到達しにくいことがあります。この症状は研究中に2回起こり、膀胱を空にし、膨張を減らし、手で豚の腹部を圧迫することで改善されました(外科医による)。電極は針が直接貫通した組織にのみパルスを送り、大型または多焦点性腫瘍では位置の再調整や複数回の挿入が必要となることがあります。

CaEPでの使用に加え、この新しい電極はIRE、遺伝子治療、ECTなど他のモダリティにも適応可能です。^16,23。また、嚢胞切除術のような大規模な外科的選択肢の代替手段にもなり得ます。

CaEPはコスト効率も良いかもしれません。CaEPによる単一治療で十分であり、化学療法や^{免疫療法の}繰り返し投与を省く可能性があります^1,26。最後に、この電極は電気穿孔を介した免疫原性細胞療法、細胞死、全身免疫記憶の翻訳研究の手段となる可能性があり、免疫療法11,12,20と組み合わせることも可能である。

まとめると、本プロトコルは膀胱内の内視鏡的電気穿孔のための新規で再現性が高く臨床的に適応可能な方法を導入します。新設計の電極は、標準機器と技術的に整合し使いやすいツールを提供することで、長年の障壁に取り組みます。いくつかの制限は残っていますが、この設計は低侵襲がん治療における臨床応用に広範な可能性を持ち、進行膀胱がん患者における経尿道CaEPの安全性と効果を評価する初のヒト臨床試験への道を切り開いています。

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
カルシウムグルコン酸塩 100 mg/mL	B.ブラウン(ドイツ)
カテーテル化ゲル	メダック(デンマーク、ファクセ)		インスティラゲル
外部パルスジェネレーター用の絶縁ケーブルをきれいに	IGEA(イタリア、カルピ)
膀胱鏡針	ラボリー(ニューハンプシャー州、アメリカ)		インジェタク
使い捨てプラスチック製の滅菌カメラカバー
経尿道手術用のドレープ(液体収集ポーチ付き)と排液
外部パルスジェネレーター	IGEA(イタリア、カルピ)		クリニポレーターEPS01;IGEA(必要に応じてフットペダルも含む)およびnbsp;
静脈内チューブセット
ループ切断作業要素	オリンパス(東京、日本)
レセクトスコープ 第27章	オリンパス(東京、日本)		望遠鏡、作業チャネル付きブリッジ、内外シース、オブチュレーターを含む
3リットルのサイン水袋に入った生理食塩水
食卓用の無菌のカーテン
滅菌手袋
助手用の滅菌手術用ガウン
注射器			できればルアーロックと共に
OpField電極	ソルテック(M&Aリング;LØv、デンマーク)		内視鏡電極
泌尿器科医の無菌外科ガウン
可視化プラットフォーム	オリンパス(東京、日本)		雷のケーブルやカメラヘッドも含めて