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多模态超声观察微波消融治疗裸鼠胶质瘤的实验室研究

2025-03-14 50 上传者：管理员

摘要：目的本研究旨在探讨多模态超声成像技术在微波消融(MWA)治疗裸鼠U87胶质瘤细胞移植瘤中的应用效果。方法建立裸鼠U87胶质瘤细胞移植瘤模型，待瘤体长径达至1.2～1.5 cm时，在超声引导下对移植瘤进行MWA治疗。之后采用常规超声、弹性超声及超声造影(CEUS)等多模态成像技术，评估消融前及消融后肿瘤内部的各声学特征变化。随后，在消融后48 h对肿瘤进行病理检查，以评估消融效果并分析组织坏死情况。结果本研究成功建立了12只裸鼠胶质瘤模型，MWA治疗后常规超声示瘤内回声显著增强，血流信号明显减少，CEUS示消融区几乎无造影剂充填，弹性成像表明瘤内硬度显著增加。消融后，瘤内二维超声灰度值从14.28±0.71显著增加至28.52±1.52(P<0.05),CEUS灰度值也从119.42±0.73降低至19.33±0.41(P<0.05)。病理检查结果表明，MWA治疗后消融区细胞坏死率达到94%。结论多模态超声能够实时有效地评估裸鼠胶质瘤MWA治疗的效果，为MWA治疗脑肿瘤提供了初步的实验支持，并为进一步的临床应用提供了依据。

关键词：
多模态超声
微波消融
恶性肿瘤
移植瘤
胶质瘤
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胶质瘤是颅内最常见的恶性肿瘤之一,其5年生存率仅为5%[1]｡手术切除作为临床一线治疗方案,虽然能够提供治疗机会,但伴随较大的创伤｡因此,寻找更为有效的微创治疗方法已成为医学研究的重点[2]｡微波消融(microwaveablation,MWA)作为一种新兴的热消融技术,在多种器官的局部肿瘤治疗中已确立了其重要地位[3-5]｡与传统手术相比,MWA在影像技术指导下能够实现对靶区病灶的精准治疗,并具备创伤小､并发症少等潜在优势[6]｡

然而,在胶质瘤等脑肿瘤治疗中,MWA的广泛应用仍面临挑战,主要难题之一是实时监测肿瘤的消融术后疗效[7]｡尽管增强型计算机断层扫描(computedtomography,CT)和磁共振成像(magneticresonanceimaging,MRI)被认为是评估热消融效果的高精度检测方法,但它们无法实现手术过程中的实时监测[8]｡超声技术在消融前的鉴别诊断､初步定位和治疗设计中发挥重要作用,并在消融术中及消融术后的常规随访检查中具有不可或缺的作用[9-10]｡因此,本研究旨在建立裸鼠U87胶质瘤细胞皮下移植瘤模型,并在超声引导下进行MWA治疗,利用多模态超声成像技术观察MWA治疗前后及过程中胶质瘤的声学特征变化,以初步评估多模态超声成像技术在胶质瘤MWA治疗中的应用价值｡

一、资料与方法

1.建立裸鼠U87胶质瘤细胞移植瘤模型

①使用含10%胎牛血清的DMEM培养基培养U87细胞至对数生长期,清洗､消化､离心､PBS重悬,并调整细胞悬液的浓度为1×107/mL｡②选取4周龄雄性裸鼠,适应性饲养7d后,取U87细胞悬液200μL注入裸鼠右侧腋下｡③采用二维超声于7d后进行检测,裸鼠皮下种植部位出现类圆形稍低回声区,表明模型建立成功｡

2.MWA治疗

待肿瘤的长径达到1.2~1.5cm时,对12只裸鼠的皮下移植胶质瘤行MWA治疗｡在治疗前,使用超声设备对裸鼠的肿瘤进行精确定位并于超声引导下选择消融针的最佳穿刺点｡治疗过程中,启动KY-2200微波消融治疗仪,设置功率为5W,在超声引导下开始进行一次MWA治疗｡在整个治疗过程中,本研究持续监测消融区域的温度,确保治疗的安全和有效性｡

3.多模态超声检查

采用佳能Aplioi500彩色多普勒超声诊断仪,探头频率5~14MHz,于消融前及消融后即刻对裸鼠皮下移植胶质瘤依次行二维超声､彩色多普勒血流成像(colorDopplerflowimaging,CDFI)､弹性超声及超声造影(contrastenhancedultrasound,CEUS)检查,观察消融区多模态超声成像情况｡使用ImageJ软件进行超声显影图像的灰度值分析｡

4.病理检查

消融后48h内,处死实验裸鼠｡取消融区行病理检查,以术后病理组织坏死结果为标准,分析多模态成像评估消融效果的价值｡

5.统计学方法

采用SPSS23.0软件进行统计分析,计数资料采用χ2检验或精确概率法检验;计量资料若服从正态分布,以xs表示,组间采用配对样本t检验;不符合正态分布者,以中位数(上下四分位数)表示,用Mann-WhitneyU检验进行比较｡P<0.05为差异有统计学意义｡

二、结果

1.裸鼠U87胶质瘤模型的建立

本组共建立12只裸鼠U87胶质瘤细胞皮下移植瘤模型,7d后利用二维超声发现裸鼠皮下种植部位均出现类圆形稍低回声区,造模成功率达到100%｡

2.MWA治疗前､后的多模态超声观察

(1)常规超声MWA前,二维超声观察见肿块均呈低回声(图1a),CDFI示周边及内部可见血流信号｡MWA过程中,二维超声可以清晰显示消融针位置(图1b),并可见肿块内回声逐渐增强｡MWA后即刻,消融区回声不均匀,局部可见强回声点,CDFI显示肿块内未见明显血流信号或周边仅见少许彩色血流｡Im-ageJ软件的数据分析结果提示,MWA前后灰度值分别为14.28±0.71和28.52±1.52,消融后二维超声的灰度值显著增高(P<0.05),见图2｡

(2)CEUS消融前,裸鼠皮下移植瘤内显示不同程度的造影剂填充(图1c),消融后,消融区域内未见造影剂填充或仅边缘有少量填充(图1d)｡ImageJ软件分析显示,MWA前后灰度值分别为119.42±0.73和19.33±0.41,消融后CEUS的灰度值显著降低(P<0.05),见图2｡

(3)应变式弹性成像:消融前,肿块表现为红色为主或者红绿相间(图1e),消融后即刻,所有肿块均显示为以蓝色为主(图1f),提示肿块均变硬｡

图1MWA治疗前､后裸鼠胶质瘤的多模态超声图像

图2MWA治疗前､后二维超声和超声造影的灰度值比较

3.消融后的病理观察

取移植瘤消融区行病理检查,大体标本切面见消融病灶边界清晰,呈灰白色,质脆,肿块中央可见消融针道(图3a);HE染色观察(图3b),见消融区凝固性坏死区红染,细胞坏死率均值为94%｡

三、讨论

MWA治疗已被纳入各种器官肿瘤的治疗指南中,其特点是升温快､瘤间温度高､凝固性坏死完全以及抗热沉降作用强｡此外,MWA对周围组织的损伤较小,为脑肿瘤的微创治疗提供了新的可能性[11]｡术中及术后对靶区消融情况的正确判断是实现安全有效消融的关键因素之一｡在消融过程中实现近实时成像评价的准确可靠方法成为确定治疗质量的重要环节,以防止因治疗不足或过度而造成损伤｡

在本研究中,采用二维超声､CDFI､CEUS以及弹性超声去综合评价裸鼠胶质瘤经微波消融治疗后的疗效｡初步研究结果显示,在MWA治疗过程中,二维超声能够实时监测消融针的位置和针道情况,确保治疗的精确性｡治疗后即刻采用CEUS可以发现移植瘤内几乎看不到造影剂充填,这表明CEUS能直接反映组织微循环灌注状况｡CEUS通过检测血流灌注信息,能够提供关于肿瘤血管分布和血流动力学的重要信息,这对于评估MWA治疗的即时效果和长期疗效至关重要｡通过比较消融前后造影剂的灌注变化,可以有效评估消融效果;若病灶完全消融,通常不会有造影剂灌注[12]｡在临床实践中,尽管CEUS是一种微创检查方法,需要建立静脉通道和推注造影剂,但其评估消融效果已得到多数研究者的认可[13]｡

图3MWA治疗后肿瘤大体标本图和对应病理切片图

超声弹性成像则通过评估组织硬度的差异,进一步提供了关于肿瘤和周围正常组织之间生物学特性的信息,有助于区分治疗后的坏死区域和残留活性肿瘤｡本研究结果显示弹性超声可以直观地评估裸鼠胶质瘤的消融情况,可以发现MWA治疗后肿瘤硬度明显增大｡这可能是因为消融后细胞脱水､蛋白变性发生凝固坏死,这种坏死过程伴随着组织硬度的显著增加,故超声弹性成像可评估组织消融效果｡孔月等[14]也利用弹性超声成像发现甲状腺结节消融后组织硬度值较消融前明显增大｡因此,超声弹性成像作为一种非侵入性的评估工具,能够为本研究提供关于消融区域治疗效果的即时反馈,这对于指导临床治疗决策和优化治疗方案具有重要意义｡

然而,本研究也有一定的局限性,即裸鼠皮下成瘤虽然有助于观察,但消融针过长需穿透肿瘤,可能导致周围组织损伤｡因此在部分肿瘤治疗过程中本研究采用水隔离技术,结果发现能有效减少正常组织损伤｡

四、结论

本研究首次利用裸鼠U87胶质瘤细胞移植瘤模型进行MWA治疗的研究,结果揭示了多模态超声技术在术中和术后消融区域的全面评估潜力,这不仅为MWA治疗脑肿瘤提供了初步的实验支持,而且为其在临床应用中的进一步优化和推广提供了理论依据｡

参考文献:

[1]陈治光,张巍,何文.基于聚偏氟乙烯-三氟乙烯的复合压电纳米粒子用于脑胶质瘤细胞的精准成像与靶向治疗[J].首都医科大学学报,2023,44(6):912-920.

[10]陈菲.多模态超声观察高强度聚焦超声及射频消融兔VX_2皮下移植瘤的实验研究[D].广州:南方医科大学,2018.

[13]张丽华,陈玮吉,林宁,等.超声造影与超声引导下组织学活检在IgG4相关性自身免疫性胰腺炎中的诊断价值[J].中国超声医学杂志,2024,40(7):821-824.

[14]孔月,程志刚,韩治宇,等.组织弹性定量分析在甲状腺良性病灶微波消融治疗中的应用价值[J].中国超声医学杂志,2014,30(6):489-492.

文章来源:祁娇娇,柯青兰,马丽园,等.多模态超声观察微波消融治疗裸鼠胶质瘤的实验室研究[J].中国超声医学杂志,2025,41(03):330-333.