Integração da Eletroporação na Prática Urológica: Projeto e Avaliação de um Novo Eletrodo Transuretral

Resumo

O artigo apresenta um método fácil e reproduzível para eletroporação transuretral do cálcio usando um eletrodo endoscópico recém-desenvolvido, compatível com equipamentos urológicos padrão. O estudo representa um avanço significativo na aplicação transuretral da eletroporação e abre caminho para a expansão do tratamento inovador e minimamente invasivo de tumores urinários.

Resumo

Tumores na bexiga representam um grande desafio à saúde, mas os avanços no tratamento têm sido poucos. Eletroporação é o uso de pulsos elétricos breves que permeabilizam membranas celulares com o objetivo de um efeito citotóxico direto (eletroporação irreversível) ou para a entrega de fármacos e genes nas células (eletroporação reversível). Neste estudo, foi utilizado cálcio (eletroporação de cálcio). O uso da eletroporação na uro-oncologia tem sido limitado devido à falta de instrumentos adequados. O estudo foca no projeto e na usabilidade clínica de um novo eletrodo transuretral e seu desempenho técnico em suínos. Esse eletrodo de geometria fixa consiste em duas matrizes opostas de três agulhas cada. A agulha central é deslocada de uma linha imaginária entre as duas agulhas mais externas. Isso garante uma distribuição uniforme do campo elétrico em formato quadrado. O eletrodo é compatível com um resectoscópio transuretral e é um elemento de trabalho intercambiável através do qual o telescópio insere. O gerador de pulsos externo se conecta à alça. Mecanismos de travamento garantem o alinhamento do equipamento durante a montagem. A adequação foi avaliada em bexigas suínas saudáveis, que se assemelham à humana e permitem o uso de instrumentos semelhantes. Sob anestesia geral, o resectoscópio foi inserido transuretralmente. O cálcio era injetado na parede da bexiga com uma agulha endoscópica, o eletrodo era inserido e as agulhas eram colocadas na área injetada com cálcio. Pulsos elétricos foram aplicados (8 pulsos, 100 μs, 5000 Hz e 400 V, correspondendo à relação tensão/distância entre 1000 V/cm e eletrodo). Depois disso, os instrumentos foram retraídos. O manuseio dos instrumentos reflete de perto as técnicas urológicas já estabelecidas. O posicionamento do eletrodo era gerenciado visualmente, e a entrega do pulso igualava os procedimentos transuretrais padrão. As pulsações foram administradas com sucesso. O uso transuretral e o desempenho do novo eletrodo na bexiga estão alinhados com instrumentos e técnicas urológicas existentes, permitindo uma adaptação perfeita por parte dos urologistas.

Introdução

Tumores na bexiga urinária representam um peso significativo para a saúde global. A alta incidência e a tendência a recorrer posicionam a malignidade entre os tipos de câncer mais^caros. Além disso, espera-se que a incidência aumente aproximadamente 70% até 2040³. Apesar do desafio crescente, as inovações terapêuticas permaneceram poucas até recentemente⁴.

Uma modalidade de tratamento emergente e promissora é a eletroporação, que inclui a aplicação de pulsos elétricos breves para atingir tecidos⁵. Os pulsos permeabilizam temporariamente ou permanentemente as membranas celulares, possibilitando dois mecanismos terapêuticos distintos. Eletroporação irreversível (IRE) que induz diretamente^{citotoxicidade 6}, e eletroporação reversível que facilita a entrega intracelular de medicamentos ou^{genes 7}. A eletroporação já foi estabelecida como modalidade de tratamento em outras áreas da medicina, como a ablação cardíaca em doenças arrítmicas^{do coração 8} e a eletroquimioterapia (ECT) para vários tipos de câncer ^9,10,11. No entanto, o uso da eletroporação na uro-oncologia tem sido limitado.

Avanços recentes na terapia de eletroporação incluem a eletroporação de cálcio (CaEP). O CaEP utiliza cálcio, que normalmente não é tóxico, como agente citotóxico e já foi demonstrado erradicar tumores com histologias^variadas 12,13,14. Em tumores cutâneos, eletrodos ou placas de agulha de geometria fixa são comumente^usados 14,15,16. Em um estudo observacional de fase I do CaEP em tumores recorrentes da cabeça e pescoço da mucosa, foi utilizado um eletrodo flexível para o dedo com agulhas de matriz linear, um eletrodo hexagonal ou um eletrodo linear em um cabo¹⁷. Em estudos de cânceres colorretais e esofágicos, a CaEP foi realizada com eletrodos compatíveis com os endoscópios (colonoscópio ou gastroscópio⁾13,18,19. No entanto, o CaEP intravesical tem sido dificultado pela ausência de instrumentos adequados para a abordagem transuretral e, até o momento, apenas um relatório documenta o efeito do tratamento com CaEP nas metástases de carcinomas uroteliais em^{humanos 20}.

O tratamento atual dos tumores da bexiga em carcinomas de células de transição primis (uroteliais) é a resseção transuretral (TURBT), que utiliza um resectoscópio inserido através da uretra sob orientação visual, irrigação e troca de instrumentos facilitada por uma bainha protetora colocada na uretra. Os tumores são removidos com um alça de resseção bipolar capaz de cortar e coagular o tecido. Dadas as semelhanças procedimentais entre TURBT e eletroporação com eletrodo transuretral, a CaEP seria um grande avanço como uma abordagem viável e minimamente invasiva para o tratamento do câncer urinário.

O novo "eletrodo OpField" (Figura 1) do nosso grupo foi projetado para integrar a configuração familiar do TURBT com eletroporação diretamente na bexiga urinária e possibilita uma opção terapêutica simples e inovadora tanto para tumores da bexiga não invasivos quanto invasivos por músculos. No presente artigo, descrevemos o projeto, montagem e manipulação in vivo do primeiro eletrodo transuretral para eletroporação na bexiga urinária com visualização endoscópica direta.

O eletrodo é um eletrodo de geometria fixa de uso único, que consiste em dois arranjos opostos de cada três agulhas. As agulhas medem 4 mm de comprimento, e a agulha central está deslocada ~0,8 mm de uma linha imaginária entre as duas agulhas mais externas. A agulha central deslocada garante um campo elétrico uniforme e quadrado (Figura 2). O conjunto da matriz de eletrodos é composto por uma extremidade distal com construção bipolar, com dois eletrodos cortados a laser em forma de garfo, cada um com 3 pontas de agulha. Cada poste de eletrodo é montado em um tubo de aço inoxidável de precisão e moldado com cola UV de grau médico. Cada perna do eletrodo é isolada com um termoretrátil termoretrátil à base de poliolefina de grau médico. O cabo do dispositivo é impresso em 3D usando uma resina de grau médico. Essa submontagem passa por inspeção visual 100% e é limpa e desinfetada antes de entrar na montagem final na sala limpa. O dispositivo totalmente montado é embalado em uma bolsa de esterilização Tyvek selada termicamente e esterilizado usando radiação de feixe E. O eletrodo é compatível com um resectoscópio transuretral usado para TURBT e funciona como um elemento de trabalho intercambiável através do qual o telescópio se insere. O gerador de pulsos externo se conecta à alavanca e os mecanismos de travamento garantem o alinhamento do equipamento durante a montagem.

Outra vantagem muito importante do CaEP em comparação com a ECT é o uso do cálcio não tóxico como agente terapêutico, beneficiando tanto os pacientes quanto a equipe médica²¹.

In vivo , a potencial adoção clínica, a experiência do usuário e as propriedades práticas do eletrodo estão sendo avaliadas, e sua compatibilidade e desempenho com instrumentos urológicos padrão para uso transuretral e endoscópico são avaliados. Essa parte é realizada em porcos de tamanho semelhante aos humanos e, portanto, os mesmos instrumentos serão utilizáveis. Um diagrama esquemático do procedimento é mostrado na Figura 3.

Protocolo

Use porcos saudáveis de quatro a cinco meses pesando de 50 a 80 kg (Sus scrofa domesticus, fêmeas), pois suas bexigas urinárias se assemelham às humanas. O tamanho dos porcos permite o uso dos mesmos instrumentos endoscópicos transuretrais que nos humanos. Anestesiar os porcos de acordo com as diretrizes institucionais (ex: cetamina (7-10 mg· ^kg-1), dexmedetomidina (20-40 μg· ^kg-1) e butorfanol (0,1-0,2 mg·kg ^-1) como pré-anestésico, e i.v. propofol (0,3-0,5 mg·kg ^-1) e sevoflurano em 60% de oxigênio para um volume de maré de 10 mL· ^kg-1 como anestesia.

Declaração de ética
Os estudos com animais são realizados em conformidade com a autorização da Inspetoria de Experimentos Animais (permissão nº 2024-15-0201-01759) e seguem as diretrizes da Convenção Europeia para a Proteção dos Animais Vertebrados usados para fins Experimentais e Outros Científicos.

1. Preparação dos instrumentos e equipamentos

NOTA: O resectoscópio estéril é montado por pessoal vestindo aventais e luvas estéreis sobre uma mesa com cortinas estéreis. Para o tratamento, dois médicos especializados em procedimentos transuretrais estão presentes. Um cuida da inserção e manipulação dos instrumentos no porco; o outro atua como assistente.

1. Insira o telescópio em uma ponte com um canal de trabalho.
2. Insira os instrumentos na bainha.
3. Conecte o soro ao sistema de irrigação na bainha com um conjunto de tubos intravenosos.
4. Abra o conjunto de tubos, encha o tubo com soro fisiológico e desloque o ar.
5. Prenda a cabeça da câmera e o cabo de iluminação à base do telescópio.
6. Conecte o equipamento transuretral estéril à plataforma de visualização limpa para produzir uma imagem em tempo real na tela conectada.
   NOTA: Isso é realizado com a assistência de pessoal não estéril. Antes do procedimento, a imagem é balanceada em branco para garantir que os objetos brancos registrados pela câmera apareçam brancos. Todos os mecanismos de travamento devem estar totalmente fixados para evitar desalinhamento ou desconexão e garantir a irrigação adequada durante o procedimento.

2. Preparação do eletrodo transuretral

1. Remova o eletrodo do seu embalagem estéril.
2. Conecte o eletrodo ao gerador de pulsos externo conectando o cabo estéril isolado na alça do eletrodo ao cabo isolado limpo no gerador de pulsos externo.

3. Gerador de pulsos externo

1. Escolha a configuração linear do eletrodo na tela, pois é compatível com o eletrodo transuretral.
2. Ajuste 8 pulsos de 100 μs, frequência 5000 Hz e tensão 400 V, correlacionando com a relação tensão de 1000 V/cm para a distância do eletrodo nos campos designados na tela.

4. Agulha de injeção e gluconato de cálcio

ATENÇÃO: Manuseie gluconato de cálcio de acordo com as normas de segurança institucionais. Descarte gluconato de cálcio como resíduo perigoso.

1. Retire a agulha da cistoscopia do embalagem estéril e ajuste o comprimento da ponta da agulha para 2 mm.
2. Pegue um frasco de gluconato de cálcio 100 mg·mL-1.
3. Encha uma ou mais seringas com o gluconato de cálcio necessário.
4. Conecte a seringa (de preferência com uma seringa do tipo luer-lock) na extremidade distal da agulha cistoscópica.
   NOTA: 2.2.-4.2. são realizadas com a assistência de pessoal não estéril. O uso de outros compostos de cálcio com a mesma molaridade de cálcio é possível²².

5. Preparação do porco

1. Coloque o porco em posição de litotomia dorsal e as nádegas alinhadas com a borda da mesa de cirurgia.
2. Segure uma bolsa de coleta de fluidos com drenagem usada para procedimentos transuretrais sob o porco.
3. Limpe a vulva com água e sabão. Instale gel na uretra para desinfecção e analgesia.

6. Procedimento de eletroporação de cálcio

1. Abra o sistema de irrigação do resectoscópio e confirme o fluxo salino.
2. Insira o resectoscópio, guiado visualmente pela uretra até a bexiga urinária.
3. Pare o fluxo salino assim que o resectoscópio estiver no lugar. Esvazie a bexiga de urina residual.
4. Retome o fluxo de água salina até que a bexiga urinária esteja cheia.
5. Faça uma cistoscopia e inspecione toda a bexiga.
6. Insira a agulha de cistoscopia pelo canal de trabalho da ponte e visualize a ponta da agulha.
7. Injete 0,3 mL de gluconato de cálcio 100 mg·mL -1 na parede da bexiga para produzir uma vesícula na parede da bexiga.
   NOTA: A injeção de cálcio é repetida conforme necessário para garantir cobertura completa da área de eletroporação. Durante todo o procedimento, a irrigação é continuamente ajustada para garantir uma visão ideal da parede da bexiga.
8. Remova a agulha da cistoscopia.
9. Remova o telescópio. Deixe a bainha protetora externa na uretra.
10. Remova a ponte.
11. Insira o telescópio no eletrodo transuretral.
12. Coloque o telescópio e o eletrodo na bainha até a bexiga sob orientação visual.
13. Coloque as agulhas do eletrodo no tecido que cobre as áreas injetadas com gluconato de cálcio.
14. Aplique os impulsos elétricos seja pelo cirurgião usando o pedal do pé, ou por um assistente não estéril operando o gerador de pulsos externo. Primeiro, use o botão "carregar" seguido do botão "pulsar".
15. Confirme a conclusão dos pulsos elétricos e a entrega bem-sucedida do pulso lendo os pulsos gerados pelo instrumento (Tensão) e os pulsos entregues ao tecido (Corrente) mostrados no gerador de pulsos externo.
    NOTA: Contrações musculares leves podem aparecer durante a entrega do pulso. Como precaução de segurança, relaxantes musculares podem ser administrados durante o procedimento. A eletroporação deve ser realizada imediatamente após a injeção de cálcio. Durante o tratamento de múltiplos tumores maiores, recomenda-se alternar entre injeção de cálcio e eletroporação. Em teoria, o protocolo pode ser pausado após o tratamento com CaEP, mas isso não é recomendável, pois o tratamento é realizado sob anestesia geral.

7. Regimento pós-procedimento

1. Remova o telescópio e o eletrodo quando cada área injetada com gluconato de cálcio tiver sido eletroporada.
2. Esvazie a bexiga.
3. Remova cuidadosamente o resectoscópio com a bainha externa usando um obturador.
4. Termine a anestesia geral e a medicação.
5. Deixe o porco acordar de acordo com as diretrizes institucionais.
6. Gerencie a dor pós-procedimental quando necessário, de acordo com as diretrizes institucionais.
7. Descarte o eletrodo como resíduo afiado.

Resultados

Um estudo preliminar em 3 porcos pesando entre 30 e 40 kg resultou em eletroporação bem-sucedida, mas 2 dos porcos tiveram que ser eutanasiados pós-operatórios, um devido a sangramento uretral e o outro por injeção intraperitoneal não intencional de tinta destinada a marcar os locais do tratamento. Portanto, no estudo principal, foram usados porcos maiores, pesando aproximadamente 80 kg, e a injeção de tinta foi considerada desnecessária. Um total de 27 áreas em 7 suínos foi tratado, incluindo 5 lesões injetadas com gluconato de cálcio sem eletroporação e 5 lesões apenas com eletroporação. Um total de 176 pulsos foram administrados. A tensão aplicada era de 400 V, e a corrente variava de 3 a 4 A.

O tratamento foi realizado por um urologista consultor especializado em cirurgia transuretral. A inserção e manipulação do eletrodo refletem de perto técnicas urológicas já estabelecidas. Especificamente, a manipulação dos instrumentos era intuitiva para a equipe cirúrgica e refletia a familiaridade dos movimentos necessários durante procedimentos como o TURBT. O eletrodo foi posicionado dentro da parede da bexiga sob orientação visual contínua para garantir uma colocação precisa no tecido. A entrega de pulso e corrente (8 pulsos de 100 μs, 5000 Hz e 400 V correlacionados com a relação tensão-eletrodo de 1000 V/cm) foi bem-sucedida, constante e estável em todos os casos, de acordo com as leituras do gerador de pulsos externo; e o procedimento paralelamente ao dos laços convencionais de ressecção. O estudo confirmou o alto grau de familiaridade e facilidade de adoção por parte dos urologistas para integração clínica.

Exames cistoscópicos da bexiga 5 e 7 dias após a CaEP mostraram mucosa espessada com edema, eritema e pequenas hemorragias. Em todos os casos, a parede da bexiga permaneceu intacta, sem perfurações. Após a eutanásia e evisceração, as bexigas foram preenchidas com líquido, as paredes ainda estavam intactas e calcificações podiam ser vistas através de paredes cristalinas. Mudanças semelhantes foram observadas na bexiga tratada apenas com injeções de cálcio, enquanto a eletroporação sozinha mostrou hemorragia mínima e nenhuma outra alteração. Todos os outros órgãos abdominais estavam normais.

CONCLUSÃO:
A aplicação do novo eletrodo transuretral na bexiga urinária demonstra alinhamento com instrumentos e técnicas urológicas já estabelecidas. A semelhança procedimental com a cirurgia transuretral convencional e a estabilidade do pulso e da administração de corrente permitem uma tradução rápida e fluida para a urologia clínica. A implementação clínica está planejada para começar com um primeiro ensaio em humanos, onde o CaEP e o eletrodo transuretral serão avaliados em pacientes com câncer de bexiga avançado.

Figura 1. Protótipo do eletrodo transuretral. O eletrodo é compatível com um resectoscópio transuretral usado para TURBT. O eletrodo é um elemento de trabalho intercambiável. O telescópio é inserido no eletrodo, permitindo a colocação visualmente guiada das agulhas na parede da bexiga. O gerador de pulsos externo é conectado ao cabo do eletrodo. Mecanismos de travamento garantem que o equipamento esteja alinhado durante a montagem. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 2. (A) Uma ilustração esquemática da parte ativa do eletrodo. O eletrodo de geometria fixa consiste em duas matrizes opostas de três agulhas cada. A agulha central em cada arranjo é deslocada de uma linha imaginária entre as duas agulhas mais externas. A disposição das agulhas garante uma distribuição uniforme e quadrada do campo elétrico. As medições estão em mm . (B) A parte ativa do eletrodo. Em uma configuração em ferradura, as duas matrizes de agulhas são colocadas com a agulha central deslocada. O canal do telescópio é visível no topo da foto. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 3. Uma ilustração esquemática do procedimento CaEP, destacando as principais fases procedimentais. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Discussão

O protocolo detalha o uso de um novo eletrodo transuretral OpField para CaEP na bexiga urinária suína e apresenta um avanço significativo na aplicação da eletroporação em^{urologia 23}. Uma das forças do método é sua integração perfeita em equipamentos urológicos padrão. A compatibilidade permite uma comparação próxima com a TURBT e apoia a adoção imediata no ambiente clínico devido à similaridade procedural. A duração do CaEP e do TURBT depende do tamanho do tumor, mas a duração dos procedimentos é semelhante. O design de geometria fixa do eletrodo garante uma distribuição homogênea do campo elétrico, essencial para uma eficácia consistente da eletroporação.

Várias etapas do protocolo são importantes para garantir a execução bem-sucedida. Isso inclui irrigação adequada para manter a visibilidade ideal durante o procedimento. A montagem adequada e o travamento dos componentes do resectoscópio e do eletrodo são críticos para estabilidade e segurança. Visibilidade ruim, qualquer desalinhamento ou desconexão podem comprometer a precisão da colocação da agulha e a entrega dos pulsos. O tratamento bem-sucedido também depende da colocação visual precisa das agulhas do eletrodo na área injetada com cálcio. Ajustes no protocolo podem ser necessários dependendo do tamanho do tumor e das características da bexiga. Alterações no volume de cálcio podem ser necessárias para a cobertura completa dos tumores. O sistema de irrigação pode ser adaptado se a visibilidade for ruim. Em caso de falha na entrega do pulso, o sistema de feedback do gerador externo fornece aviso imediato e permite a identificação rápida de problemas de conexão, contato ou posicionamento. Se a entrega do pulso falhar, certifique-se de conexão correta dos cabos e contato suficiente do eletrodo com o tecido. Reconecte os cabos do eletrodo ao gerador de pulsos externo ou reposicione as agulhas no tecido, se necessário.

O uso de relaxantes musculares em humanos é considerado importante para prevenir contrações pélvicas fortes durante a administração do pulso, e a omissão deles pode causar contrações musculares, possível perfuração da parede da bexiga, dor pós-operatória e dificuldades procedimentais^{desnecessárias 24,25}. No presente estudo, os porcos não apresentaram sinais de desconforto em relação ao sistema urinário; e perfuração, efeitos térmicos, sangramento ou trauma uretral não foram observados como resultado da eletroporação.

Além disso, ao contrário da ECT, que requer medicamentos tóxicos, a CaEP utiliza um agente não tóxico e facilmente disponível, e a complexidade do tratamento dos quimioterápidos durante a cirurgia é^{evitada 21}. Em caso de complicações cirúrgicas, como sangramento ou perfurações, serão semelhantes às encontradas no TURBT e serão tratadas conforme^{o 25}.

Apesar de mais vantagens, o método apresenta certas limitações. A colocação do eletrodo pode ser problemática em tumores pouco acessíveis em áreas anatômicas difíceis. No estudo suíno, a parede posterior pode ser difícil de alcançar devido à forma oblonga da bexiga suína. Isso aconteceu duas vezes durante o estudo e foi aliviado esvaziando a bexiga, reduzindo a distensão e aplicando pressão no abdômen do porco com a mão (pelo cirurgião). O eletrodo fornece pulsos apenas para o tecido diretamente penetrado pelas agulhas, e tumores grandes ou multifocais podem exigir reposicionamento e/ou múltiplas inserções.

Além de seu uso no CaEP, o novo eletrodo pôde ser adaptado para outras modalidades, como IRE, terapia gênica e^{ECT 16,23}. Além disso, pode ser uma alternativa a opções cirúrgicas extensas, como a cistectomia.

O CaEP também pode ser econômico. Um único tratamento com CaEP pode ser suficiente e poupar instalações repetidas de quimioterapêuticas ou^{imunoterapia 1,26}. Por fim, o eletrodo pode fornecer um meio para estudos translacionais em terapia celular imunogênica mediada por eletroporação, morte celular e memória imunológica sistêmica – talvez em combinação com imunoterapias 11,12,20.

Em resumo, o protocolo apresenta um método novo, reproduzível e clinicamente adaptável para eletroporação endoscópica na bexiga urinária. O eletrodo recém-projetado resolve barreiras antigas ao oferecer uma ferramenta tecnicamente alinhada com equipamentos padrão e fácil de usar. Embora certas limitações permaneçam, o projeto oferece amplo potencial para aplicação clínica em terapias minimamente invasivas contra o câncer, e os resultados abrem caminho para o primeiro ensaio clínico em humanos planejado para avaliar a segurança e o efeito do CaEP transuretral em pacientes com câncer de bexiga avançado.

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Gluconato de cálcio 100 mg/mL	B.Braun (Alemanha)
Gel de cateterismo	Medac (Faxe, Dinamarca)		Instillagel
Cabo isolado limpo para o gerador de pulsos externo	IGEA (Carpi, Itália)
Agulha de cistoscopia	Laborie (NH, EUA)		InjeTAK
Capa plástica descartável para câmera estéril
Cortinas para procedimentos transuretrais com bolsa de coleta de fluidos com drenagem
Gerador de pulsos externo	IGEA (Carpi, Itália)		Cliniporador EPS01; IGEA, incluindo pedal de pé se necessário e nbsp;
Conjunto de tubos intravenosos
Elemento de trabalho por resseção em laço	Olympus (Tóquio, Japão)
Resectoscópio ch27	Olympus (Tóquio, Japão)		Inclui telescópio, ponte com canal de trabalho, bainha interna e externa, obturador
Soro fisiológico em um saco de 3 L
Cortinas estéreis para na mesa
Luvas estéreis
Avental cirúrgico estéril para o assistente
Seringa			De preferência com Luer-Lock
O eletrodo OpField	Soltech (Må LØ v, Dinamarca)		Eletrodo endoscópico
Avental de cirurgião estéril para urologista
Plataforma de visualização	Olympus (Tóquio, Japão)		Incluindo cabo elétrico, cabeça de câmera