Na brněnském VUT vzniká další zajímavý projekt, který se týká zdravotnictví. Ve spolupráci s FN u sv. Anny a FN Bohunice probíhá vývoj elektroporačních zařízení, která budou pomáhat v oblasti kardiologie a hepatologie, konkrétně při léčbě srdečních arytmií a zprůchodňování stentů ve žlučovodech. Přístroj má navíc potenciál pro další aplikace. Získal český patent a momentálně se v Mnichově rozhoduje také o udělení patentu evropského.
Terapeutickou podstatou unikátního generátoru je ireverzibilní (nevratná) elektroporace, což je netermální ablační metoda, používaná k odstraňování nežádoucí tkáně, například rakovinných buněk. Živá tkáň se při aplikaci vystaví krátkým vysokonapěťovým pulzům, které způsobí vytvoření pórů v buněčné stěně, čímž dojde k porušení homeostázy. Buněčná membrána je totiž standardně pouze selektivně propustná. Pokud se ale působením elektrické intenzity otevře v membráně pórů tolik, že je buňka již nedokáže zacelit, začnou do ní i z ní nekontrolovatelně proudit molekuly vody i jiných látek, což nakonec vede k řízené buněčné smrti.
Elektroporaci lze zacílit přímo na nežádoucí tkáně V současné době se při elektroporační metodě používá stejnosměrný proud, avšak ten má svá rizika a pro některé aplikace je vyloženě nevhodný. Proto vědecké týmy pracují na zařízení, které by využívalo střídavého napětí. „Oproti stejnosměrnému proudu má naše řešení obrovskou výhodu v tom, že při jeho aplikaci se minimalizují kontrakce kosterních svalů, které lze jinak eliminovat pouze za použití svalových relaxantů a celkové anestezie. Zákrok by tak měl být pro pacienta mnohem šetrnější a bezpečnější,“ vysvětluje Veronika Novotná, odborná asistentka Ústavu výkonové elektrotechniky a elektroniky FEKT VUT, a dodává, že přístroj jako takový už je prakticky hotový. Jeho jádrem je výkonový měnič z tranzistorů MOS-FET a impulzního transformátoru, který na svém výstupu poskytuje pulzy o délce desítek až stovek mikrosekund. Pulzy jsou tvořeny střídavým napětím nastavitelným v rozsahu 0 až 2 000 V, s frekvencí 70 až 470 kHz. Maximální výstupní proud je u tohoto zařízení 20 A. Přistroj má také modul pro synchronizaci elektroporačních pulzů se srdečním rytmem, s využitím externího standardního EKG monitoru. „Je to již několikátá generace přístroje, první prototyp vy-užíval stejnosměrného proudu a sloužil nám jako experimentální odrazový můstek ke střídavé elektroporaci.“ Nyní se pozornost soustředí zejména na vývoj optimálního katétru pro účel elektroporace. „V současné době totiž neexistuje katétr určený přímo pro tuto metodu. Proto zatím používáme katétry určené pro radiofrekvenční ablaci. Cílem je však vyvinout specializované katétry pro využití elektroporace v různých oblastech medicíny.“ Podle Dalibora Červinky, dalšího odborného asistenta, který se na projektu podílí, je ireverzibilní elektroporace srovnávána nejčastěji právě s radiofrekvenční metodou, případně s mikrovlnnou ablací či kryoablací. Mechanismem účinku všech těchto technik je změna teploty. „Když pominu kryoablaci, tak se u nich tkáň ohřívá kontinuálním výkonem několika málo wattů, dokud se nedosáhne kýženého efektu. Při elektroporaci je situace jiná. Na tkáň se působí výkonem desítek kilowattů, ale pouze v sérii pulzů dlouhých jen desítky mikrosekund, mezi nimiž jsou stovky milisekund dlouhé mezery. Díky tomu je střední výkon v tkáni malý a dochází zde pouze k minimálnímu oteplení. Pokud by lékaři potřebovali ablaci aplikovat například na jinou metodou neodstranitelný nádor v blízkosti citlivých struktur, jako jsou vaziva, průdušky či nervová zakončení, tak tepelná ablace poničí všechny struktury v ovlivňovaném objemu, včetně těch citlivých.“ Reverzibilní elektroporace je selektivnější, protože každý typ buněk má jinou elektrickou vodivost a citlivost na elektrické pole. Společně s vhodným nastavením přístroje tak lze odstranit více méně jen nežádoucí struktury bez tepelné destrukce okolní tkáně. I proto se oba vědci shodují, že technologie nevratné elektroporace, speciálně ta s využitím střídavého proudu, by mohla být slibnou budoucností ablačních zákroků.
V kardiologii má zařízení z VUT velký potenciál Přístroj, na kterém Veronika Novotná a Dalibor Červinka spolupracovali, by mohl najít využití v kardiologii, zejména při léčbě srdečních arytmií. Vzhledem k tomu, že vývoj probíhá ve spolupráci s lékaři Kliniky intervenční srdeční elektrofyziologie Mezinárodního centra klinického výzkumu Fakultní nemocnice u sv. Anny v Brně (ICRC FNUSA), bylo možné zařízení použít při několika preklinických studiích prováděných na prasatech. „Příčinou srdečních arytmií jsou poruchy převodního srdečního systému. Jejich léčba se řeší cíleným zákrokem tak, že se cévou dolní končetiny zavede do srdce katétr a jeho pomocí se na srdeční stěně vytvoří léze, které dokážou tyto poruchy napravit. V současné době se využívá zejména radiofrekvenční ablace. Vzniklé léze se pak hojí v nevodivou jizvu,“ pokračuje Dalibor Červinka a dodává, že elektroporace by mohla být funkční alternativní metodou pro léčbu arytmií. Stejnosměrná elektroporace však v kardiologii není vhodná kvůli možnému vzniku komorové fibrilace, která může vyústit až ve smrt pacienta. Proto se nabízí právě střídavá elektroporace, kdy též vzniká žádoucí nevodivá oblast, avšak vzniklé léze mají jiný charakter než léze radiofrekvenční. Zákrok by tedy mohl být rychlejší a šetrnější, což je předmětem probíhajícího výzkumu. „Při léčbě naší metodou přístroj spustí sérii několika desítek pulzů, kdy každý z nich trvá zhruba 100–200 mikrosekund a vytvoří tak lézi o velikosti až 1 cm3. Jednotlivé léze lékař umístí tak, aby napravily nalezenou poruchu převodního systému.“
Pomůže i v léčbě obstrukcí jaterních stentů Druhou oblastí výzkumu je spolupráce s radiologickou klinikou FN Bohunice, kdy se tým tamních lékařů spolu s oběma výzkumníky z FEKT VUT zaměřil na využití elektroporace při odstraňování tkáně vrostlé do stentu ve žlučovodu. V případě, že se pacientovi žlučovod ucpává, vloží do něj lékaři stent (kovová samoexpandabilní mřížka), který jej roztáhne tak, aby žluč mohla játry správně protékat. Časem však může docházet k tomu, že buňky, ať už se jedná o normální, či rakovinové, znovu přes mřížku do stentu prorostou a způsobí opětovné ucpání. „Běžně se tento problém řeší například vložením dalšího stentu či jinými termálními ablačními metodami, avšak je možné použít i elektroporaci, a to jak stejnosměrnou, tak i střídavou, i když u stejnosměrné je opět třeba počítat s nepříjemnými kontrakcemi, které je třeba eliminovat farmakologicky,“ říká Dalibor Červinka. Při elektroporačním zákroku je do žlučovodu zaveden specializovaný katétr opatřený elektrodami. Za pomoci vysokonapěťových pulzů se pak nežádoucí tkáň odstraní. „Momentálně se v tomto projektu zabýváme simulacemi, kterými chceme zjistit, jaké množství elektrické energie je nutné při zákroku aplikovat pro dosažení žádoucího efektu. Vyvíjí se také technické zařízení a příslušná metodika, která před zákrokem stanoví potřebné parametry pulzů.“ I když je tento unikátní projekt zaměřen na odstraňování stenóz jaterních stentů, není využití elektroporace v hepatologii a onkologii žádnou novinkou. Již řadu let se ve světě i u nás experimentálně používá komerční přístroj NanoKnife, jenž je homologovaný na ablaci měkkých tkání, jako je slinivka, játra, plíce i mozek. „Pro výzkumné účely se však příliš nehodí, protože kromě toho, že používá stejnosměrné pulzy, nedisponuje potřebnou variabilitou nastavení, a též připojování různých experimentálních elektrod je u něj problematické. Další komplikací je také jeho omezená dostupnost. Vývojem nových elektroporačních zařízení se snažíme o zvýšení povědomí o této nadějné ablační technice a o její rozšíření do různých oblastí medicíny,“ uzavírá Veronika Novotná. /Kristina Kadlas Blümelová/
