磁性水凝膠黏膜下注射輔助離體豬食管內鏡黏膜下剝離術的可行性研究*

張苗苗，張涵芷，劉培楠，任炳屹，史愛華，馬鋒，呂毅，嚴小鵬

（1.西安交通大學第一附屬醫院肝膽外科，陜西西安 710061；2.西安交通大學啟德書院，陜西西安 710061；3.西安交通大學宗濂書院，陜西西安 710061；4.西安交通大學第一附屬醫院精準外科與再生醫學國家地方聯合工程研究中心，陜西西安 710061）

隨著內鏡技術的發展，內鏡黏膜下剝離術（endoscopic submucosal dissection，ESD）已成為治療消化道早癌的重要方法，并在臨床廣泛應用[1]。常規ESD通過在黏膜下注射生理鹽水、甘油果糖、透明質酸鈉等液體，在黏膜下層和肌層組織之間獲得清晰的組織間隙，以便于病變黏膜的剝離操作。由于內鏡操作下缺乏“第三只手”的輔助牽拉，剝離面術野暴露往往較為困難，無法為組織間隙提供足夠的組織張力，這正是ESD操作難度較大的根本原因。因此，一些內鏡醫生提出了輔助ESD 操作的黏膜牽拉技術，如：經皮穿刺牽引法[2]、橡皮筋牽引法[3]、牙線牽引法[4]、S-O 夾牽引法[5]、磁錨定牽引法[6]等，提升了術者的ESD操作體驗。其中，磁錨定牽引法通過在病變黏膜上固定靶磁體，借助體外錨定磁體的磁場力可吸引牽拉靶磁體，從而對病變黏膜發揮牽拉作用。與其他輔助牽拉技術相比，磁錨定牽引法操作相對簡單，牽拉力大小和牽拉方向可靈活調整，該方法已用于臨床，雖然報道的臨床病例有限，但其優越性已凸顯[7]。目前，在應用這些輔助技術時，仍需要在黏膜下注射液體。當在黏膜下注射海藻酸鈉-四氧化三鐵微粒溶液和交聯劑時，可一次性完成黏膜下液體注射，且兩者凝膠化反應形成的磁性水凝膠又可以作為磁錨定輔助ESD操作的靶磁體，進一步改良和優化了磁錨定技術在ESD 中的應用。本研究以新鮮離體豬食管為模型，探討了該技術應用的可行性。現報道如下：

1 材料與方法

1.1 磁性水凝膠的制備

磁性水凝膠可通過磁性溶液與交聯劑的凝膠化反應來形成。本實驗中，磁性溶液采用微米級四氧化三鐵微粒與2.5%的海藻酸鈉溶液按質量分數1∶1配置而成，使用前通過振蕩器充分混勻。交聯劑選用10%的葡萄糖酸鈣溶液。使用時，借助同軸雙通道注射裝置同時勻速注射上述溶液，磁性溶液中海藻酸鈉與鈣離子結合后可迅速形成磁性水凝膠。當磁溶液與葡萄糖酸鈣的體積比為1∶1 時，所形成的磁性水凝膠狀態最好。2 g磁性水凝膠的最大吸水量為2.53 g。利用同軸雙通道注射裝置，將磁溶液和葡萄糖酸鈣按照體積比1∶1注射到活體實驗豬皮下脂肪組織中，8 h后獲取注射部位組織，肉眼觀察未見水凝膠向周圍皮下脂肪組織擴散，HE 染色后光鏡下觀察磁性水凝膠周圍組織未見明顯的炎癥細胞浸潤及組織壞死，提示凝膠化反應和組織相容性良好。見圖1。

圖1 磁性水凝膠及周圍組織HE染色 （HE×4）Fig.1 The HE staining of magnetic hydrogel and surrounding tissue （HE×4）

1.2 錨定磁體

錨定磁體采用N48燒結釹鐵硼為原料，經機械加工成直徑50 mm、高140 mm 的圓柱體，磁體表面電鍍鎳，軸向飽和充磁。錨定磁體嵌入壁厚5 mm 的U形樹脂殼內，U形的裸露面為錨定磁體的工作面。錨定磁體磁場表面強度為0.65 T。錨定磁體實物見圖2。

圖2 錨定磁體實物圖Fig.2 Physical drawing of anchor magnet

1.3 新鮮離體豬食管

新鮮離體豬食管8個，取自本團隊其他實驗項目結束后處以安樂死的豬，食管長度約20 cm。

1.4 實驗操作方法

血管鉗夾閉遠端食管，經食管上段進胃鏡并充氣，使食管處于擴張狀態。探查食管黏膜狀況，假定病變黏膜。利用同軸雙通道注射裝置在假定的病變黏膜下勻速緩慢注射海藻酸鈉磁性溶液和10%葡萄糖酸鈣溶液共1.5 mL，兩者溶液體積比為1∶1，觀察病變黏膜隆起情況。電刀沿隆起的病變黏膜邊緣切開黏膜層，將錨定磁體置于食管外，病變黏膜下的磁性水凝膠在錨定磁體磁場力作用下被吸起，從而顯露黏膜剝離面。調整錨定磁體與食管的距離，在黏膜下層和肌層之間形成適宜的組織張力，可輔助內鏡下病變黏膜的完整切除。實驗操作過程見圖3。

圖3 基于磁錨定技術的磁性水凝膠輔助ESD術示意圖Fig.3 Schematic diagram of magnetic hydrogelassisted ESD based on magnetic anchor technique

本實驗在西安交通大學第一附屬醫院外科夢工場實驗室完成，研究經實驗倫理委員會批準（No.XJTULAC2019-1006），實驗操作符合實驗動物倫理要求。因本研究為創新性實驗的可行性驗證，所以未設立對照組。

2 結果

在8個離體豬食管上成功實施了磁性水凝膠輔助ESD操作。實驗中，利用同軸雙通道注射裝置順利注射海藻酸鈉磁性溶液及鈣劑，凝膠化反應良好。錨定磁體靠近食管后，在錨定磁體磁場力的作用下，黏膜下磁性水凝膠被吸引，同時病變黏膜被抬起，黏膜下剝離面術野顯露充分，極大地改善了ESD 操作體驗。術中通過調整錨定磁體的位置，可靈活改變錨定磁體對磁性水凝膠的吸引方向和牽拉力大小。在磁性水凝膠的吸引牽拉下，黏膜剝離過程順利，8個食管均未出現穿孔，剝離的黏膜無肉眼可見的肌層組織。ESD操作過程見圖4。

圖4 基于磁錨定技術的磁性水凝膠輔助ESD操作過程Fig.4 Magnetic hydrogels assist the ESD operation process based on magnetic anchor technique

3 討論

ESD在食管早癌中的治療價值已被諸多臨床研究肯定。如何改善內鏡醫生的ESD操作體驗、提高病變黏膜的完整切除率以及降低并發癥（出血、穿孔、狹窄）發生率是后續的研究重點。ESD的3種主要并發癥均與病變黏膜缺乏靈活有效的牽拉有關，只要解決了病變黏膜的牽拉問題，就能改善術者ESD 操作體驗，為病變黏膜的整塊切除創造條件，同時也能降低并發癥發生率。

磁外科是近些年新興的臨床新技術，該技術利用磁場力可完成器官吻合、組織牽拉、病變示蹤和定向驅動等。磁外科臨床應用技術包括磁壓榨技術、磁錨定技術、磁示蹤技術、磁懸浮技術、磁導航技術、磁驅動技術等六大類[7-8]。磁錨定技術作為磁外科的核心臨床技術，主要用于減戳孔腔鏡手術[9-13]、輔助ESD手術[14-16]以及磁錨定技術與磁壓榨技術的聯合應用[17]。磁性物體間的非接觸性力是磁錨定技術用于ESD的本質。在既往使用磁錨定的ESD中，牽拉病變黏膜的靶磁體均為固體磁性材料。本團隊在前期研究的基礎上，提出將磁性水凝膠作為ESD靶磁體以替代固態磁體的設計[18]，實現黏膜下注射和靶磁體置入一次完成。

直接注射磁性水凝膠會增加注射難度。本研究采用海藻酸鈉和四氧化三鐵的懸浮液作為磁性溶液，無細胞毒性，以鈣離子作為交聯劑，兩者同時注射到黏膜下層，即可發生凝膠化反應。本研究顯示，海藻酸鈉磁性溶液與鈣劑凝膠化反應良好，未出現磁性溶液在組織間隙內擴散的現象。在磁錨定技術中，錨定磁體與靶磁體之間的磁場力大小除了與兩者之間的距離密切相關外，還與錨定磁體和靶磁體的基本屬性有關。一般而言，磁性水凝膠的磁力學性能遠遠低于固體磁體，利用磁性水凝膠來代替固體磁體，磁力能否滿足要求是一個關鍵問題。本實驗中，當錨定磁體靠近食管后，磁性水凝膠被吸起，為黏膜下剝離面提供了清晰的術野和足夠的組織張力。

綜上所述，基于磁錨定技術的磁性水凝膠輔助ESD 是可行的，后續將進一步優化磁性水凝膠配比、進行組織相容性評價和大量動物實驗驗證。該方法有望用于臨床。