一种用于碱金属流体热疗性能评价的仿组织透明体模

作者:杨鹏飞;王倩;陈柏炜;盛磊;刘静; 刊名:中国医疗设备 上传者:艾奇

【摘要】碱金属热疗方法具有独特性,其基本原理在于借助目标组织内天然存在的水环境,通过注射微量碱金属如钠、钾或其合金流体来产生强烈的放热化学反应,以达到高效的定向热消融目的.由于碱金属热疗结合了热消融与化学消融这两种消融方法的优势,如何评估其消融效果是一个值得研究的课题.然而,至今为止很难用非标准化的生物组织对其双重消融效果进行测试,利用猪肝等生物组织进行离体实验很难得出其中的化学消融效果.为此,建立一种标准化的仿组织透明体模显得非常重要.本文主要研究了一种用于碱金属流体热疗性能评价的仿组织透明体模,主要采用聚丙烯酰胺为凝胶主要成分、作为温度敏感指示剂的蛋清、作为化学敏感指示剂的酚酞混合而成.初步实验表明这种体模可以较为有效的评估碱金属消融的热疗和化疗效果,为进一步研究碱金属消融放热量、反应生成物的扩散特性以及生物组织内流体输运的过程,明确影响碱金属治疗过程中的消融剂量因素打下基础.

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引言 高温热消融正成为肿瘤物理治疗的重要途径。但经典施热方式如射频、微波、激光、超声等在将能量输往深部肿瘤时会存在一定漏热和烫伤问题,尚难做到真正的靶向热疗,且不少设备还因复杂昂贵,一定程度上限制了普及应用。基于对各类热疗方法的全面对比和深入剖析,作者所在的实验室于国际上提出了一种突破传统热疗技术理念的靶向施热方法:碱金属热疗法[1-3],成功研制出了由钠钾合金组成的室温液态碱金属流体制剂[3]。特别是,新方法较有价值的一点还在于[4],碱金属热消融治疗过程完成后的反应产物,如Na+、K+均是生物体内最主要的生理盐水的典型组成元素,无任何毒性,易于为活体组织所吸收,因而这一疗法的实施具有很高的安全性。 由于进入人体的碱金属量很小,其反应产物完全可以被人体组织所吸收,不会对人体造成危害;而OH-会与肿瘤组织中的蛋白质反应而消耗掉[5]。至于微量碱离子引起的弱碱性环境,实验中还发现其具有独特的抑制肿瘤再生的医学价值,不利于肿瘤细胞复发生长等[6]。所以,当碱金属完成其热疗作用后,不再对组织造成持续性影响,也因此,有学者直接采用氢氧化钠溶液进行肿瘤治疗,只是其热消融效果偏弱而限制了一定应用[7-10]。从这种意义上讲,碱金属具有显著的热消融和化学消融双重效果,提升了肿瘤热疗的新优势。利用碱金属热疗法之前,必须对治疗效果进行测试,即其有效性、安全性、可靠性,其中最为关键的测试是对其有效性进行评价,与传统的热疗方法不同,运用碱金属热疗的重大优势在于其结合了热消融与化学消融。然而,至今为止很难用非标准化的生物组织对其双重消融效果进行测试,离体实验很难得出其中的化学消融效果。所以,建立一种标准化的仿组织透明体模就显得非常重要。 1材料与方法 1.1透明体模的制备 碱金属热疗方法具有独创性,其基本原理在于借助目标组织内天然存在的水环境,通过注射微量(通常在L)碱金属如钠、钾或其合金流体来产生强烈的放热化学反应,以达到高效的定向热消融目的。同时,用作穿刺的医用注射微针直径较细(~0.5mm),因而有效避免了因穿刺而对组织造成的机械创伤。由于不仅需要评估碱金属热疗的热消融效果,还需要评估其化学消融效果,所以体模中必须含有温度敏感指示剂和化学敏感指示剂。 结合之前针对热疗的体模制备方法[11-12]与高强度聚焦超声(HighIntensityFocusedUltrasound,HIFU)体模[13-14]制备方法,新体模主要采用聚丙烯酰胺为凝胶主要成分、作为温度敏感指示剂的蛋清、作为化学敏感指示剂的酚酞混合而成。使用的材料包括:聚丙烯酰胺、脱气水、从新鲜鸡蛋中获取的蛋清、酚酞、过硫酸铵和四甲基二乙胺[15]。制备方案如下:取体积比为30%蛋清,42%脱气水、26.2%的40%(w/v)聚丙烯酰胺、1%酚酞(将1g酚酞添加到100mL水中,指示范围pH值为8.3~10)充分混合均匀,然后加入0.5%的10%(w/v)过硫酸铵和0.3%的四甲基二乙胺启动聚合,然后将混合溶液转移到一个容器之中,在室温下30min后溶液自然凝固成仿组织透明体模。由于聚丙烯酰胺单体是一种神经毒素,所以在制备过程中一定要注意安全防护措施[16-17]。 1.2碱金属热消融体模实验设计 由于猪肝组织非透明,且其化学消融不可观察,为了进行对比,本文设计了3组实验,每组采用10个样本进行分析。第1组采用猪肝组织进行碱金属消融,第2组采用制作的不含酚酞的体模进行碱金属消融,第3组采用含酚酞的体模进行碱金属消融。向这3组体模中分别注入0.1mL的碱金属,在注入后约0.5h稳定后,切开猪肝组织并测量消融大小

参考文献

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