Elektrokemoterapija

Elektrokemoterapija je postopek zdravljenja, ki omogoča, da v celice lahko vstopijo zdravila, ki drugače v celice ne morejo prehajati. Postopek temelji na lokalnem dovajanju kratkih visokonapetostnih električnih pulzov, ki začasno povečajo prepustnost celične membrane ter tako omogočijo transport molekul, za katere je sicer celična membrana neprepustna [1,2]. Metoda se v kliniki uporablja na področju zdravljenja tumorjev (elektrokemoterapija za zdravljenje tumorjev z vnosom kemoterapevtikov bleomicin ali cisplatin) [3-12]. Prva klinična elektrokemoterapija z uporabo bleomicina je bila izvedena na Institutu Gustave Roussy v Franciji leta 1991 [13], elektrokemoterapija s cisplatinom pa na Onkološkem Institutu Ljubljana v Sloveniji leta 1995 [14]. Od takrat je bilo z elektrokemoterapijo zdravljenih že preko 4000 pacientov po vsem svetu (Avstralija, Avstrija, Belgija, Bolgarija, Danska, Francija, Grčija, Irska, Italija, Japonska, Madžarska, Mehika, Nemčija, Nikaragva, Poljska, Portugalska, Slovenija, Španija, Švedska, Velika Britanija, Združene države Amerike). Trenutno se za potrebe zdravljenja notranjih tumorjev z elektrokemoterapijo razvijajo operativni, endoskopski in prekokožni pristopi, ki bodo omogočili doseči tumor v notranjosti telesa [15,16].

Opis delovanja

Če biološko celico izpostavimo električnemu polju zadostne jakosti, na membrani vsilimo transmembransko napetost, kar vodi do strukturnih sprememb v celični membrani [17-22]. Te spremembe povzročijo povečanje prepustnosti membrane, ki omogoči, da molekule, ki normalno ne morejo prehajati v celico, lahko vstopijo v celico [1,23,24]. Ta pojav imenujemo elektroporacija (ali elektropermeabilizacija). Uporaba elektroporacije se je močno povečala, ko so pojav začeli izrabljati za izboljšanje vnosa kemoterapevtikov v celice, kar imenujemo elektrokemoterapija. V biomedicinskih aplikacijah elektroporacije se uporabljajo kratki visokonapetostni enosmerni električni pulzi. Amplituda pulzov je odvisna od lastnosti tkiva in od oblike ter položaja elektrod in mora biti, glede na rezultate raziskav na tumorjih v in vivo pogojih, zadosti velika, da na celotnem področju tumorja dosežemo električno polje velikosti 400 V/cm (8 pulzov s trajanjem 100 mikrosekund) [25]. Trajanje pulzov je po navadi 100 mikrosekund. V prvih eksperimentih so bili pulzi dovedeni na 1 sekundo (ponavljalna frekvenca 1 Hz), danes pa so pulzi, ki jih dovajamo na kožne ali podkožne tumorje, dovedeni s ponavljalno frekvenco 5000 Hz, da dosežemo čim manjše nelagodje za pacienta zaradi električne stimulacije bližnjih mišic in čim krajši postopek zdravljenja [26,27]. Za namene zdravljenja globoko ležečih, notranjih tumorjev, ki ležijo relativno blizu srca, pa je dovajanje pulzov sinhronizirano z absolutno refraktorno dobo posameznega srčnega utripa v elektrokardiogramu z namenom, da zagotovimo čim večjo varnost za pacienta [28, http://www.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01264952]. Pulzi so dovedeni v serijah po osem pulzov, dovajanje pa po potrebi lahko tudi ponovimo.

Opis zdravljenja

Postopek zdravljenja z elektrokemoterapijo vsebuje lokalno ali sistemsko dovajanje kemoterapevtika, ki drugače ne more prehajati celične membrane (npr. bleomicina), ali kemoterapevtika, ki slabo prehaja v celice (npr. cisplatin), ter dovajanje električnih pulzov na zdravljeno področje, ko koncentracija zdravila v tumorju doseže najvišjo vrednost [12]. Z dovajanjem električnih pulzov izpostavimo celice električnemu polju, ki povzroči, da na celični membrani nastanejo nanospremembe, ki povečajo prepustnost membrane. Zaradi povečane prepustnosti membrane lahko molekule kemoterapevtika prosto preidejo v citoplazmo in izrazijo svoj citotoksični efekt. Tumor lahko pozdravimo, če vanj in okrog njega razporedimo več elektrod in dovajamo pulze med vsakim parom elektrod, pri tem pa je v tumorju prisotna ustrezna koncentracija kemoterapevtika [25]. Postopek lahko ponovimo že čez nekaj tednov, v primeru, ko prvo zdravljenje ni bilo v celoti uspešno bodisi zaradi velikosti tumorja bodisi zaradi nepopolne dostopnosti tumorja.

Učinkovitost, klinični pomen

V številnih kliničnih študijah (v fazi II in III) so raziskovalci ugotovili, da je odzivnost tumorjev zdravljenih z elektrokemoterapijo kožnih in podkožnih metastaz ali tumorjev z bleomicinom ali cisplatinom okrog 80 % [29]. Z elektrokemoterapijo dosežemo hitrejše in bolj učinkovito zmanjšanje velikosti tumorjev kot s standardno kemoterapijo za zdravljenje kožnih ali podkožnih tumorjev. Uspešno so bili zdravljeni pacienti s kožnimi metastazami melanoma, s Kaposi sarkomom, s ploščatoceličnim karcinomom, z bazalnoceličnim karcinomom, z adenokarcinomom in z rakom dojke [4-7,9,10,30]. Prvi klinični rezultati elektrokemoterapije notranjih tumorjev (jetrnih metastaz) so prav tako obetavni in spodbudni.

Varnost

Pri elektrokemoterapiji se uporabljajo nižje doze kemoterapevtika kot pri standardnem protokolu kemoterapije. Pri uporabi elektrokemoterapije v kliniki je tako zaznati le manjše stranske učinke. Če je uporabljena ustrezna anestezija za blaženje simptomov povezanih z dovajanjem električnih pulzov, potem je kontrola nad nivojem bolečine med elektrokemoterapijo dobra in je postopek sprejemljiv za pacienta. Poleg bolečine, ki je omejena na zdravljen tumor in okoliško tkivo, se med dovajanjem električnih pulzov pojavlja tudi mišična kontrakcija, ki pri pacientih povzroča le manjše nelagodje [4]. Ob dovajanju pulzov med elektrokemoterapijo se pojavi tudi prekinitev pretoka v žilah (angl. vascular lock): za nekaj minut se krvni pretok v zdravljenem tumorju in okoliškem normalnem tkivu prekine [31,32]. Prekinitev pretoka je prekratka, da bi lahko s tem povzročili škodljive učinke, vendar pa v tumorjih traja dlje kot v normalnem tkivu, kar prispeva k večji učinkovitosti elektrokemoterapije. Zdravljenje z elektrokemoterapijo je za pacienta sprejemljiv postopek, saj bi bila večina vprašanih pacientov vključenih v klinično študijo za namene določitve Evropskih standardnih operativnih postopkov za elektrokemoterapijo (ESOPE) pripravljena postopek zdravljenja ponoviti, če bi bilo to potrebno [4].

Uporaba v veterini

Elektrokemoterapija se uporablja tudi v onkologiji na področju veterine, in sicer na psih, mačkah in konjih. Centri, kjer je tako zdravljenje možno, se nahajajo v Braziliji, Franciji, Italiji, Sloveniji, Veliki Britaniji in na Irskem. Uporablja se za zdravljenje različnih tumorjev [33].

Opombe

Elektrokemoterapija je odobrena in financirana v kar nekaj državah Evropske unije (Danska, Grčija, Italija, Nemčija, Poljska, Portugalska, Slovenija, Velika Britanija). Zdravljenje z elektrokemoterapijo v Sloveniji izvajajo na Onkološkem inštitutu Ljubljana. Klinična naprava za elektrokemoterapijo – Cliniporator (Igea s.r.l., Carpy, Italija) – je pridobila CE certifikat medicinske naprave in se nahaja na trgu skupaj s Standardnimi operativnimi postopki za elektrokemoterapijo kožnih in podkožnih tumorjev [4,34].

Reference

[1] Mir, L.M., Orlowski, S., Belehradek Jr, J. & Paoletti, C. Electrochemotherapy potentiation of antitumour effect of bleomycin by local electric pulses. Eur J Cancer 27, 68-72 (1991).

[2] Sersa, G., Cemazar, M. & Miklavcic, D. Antitumor effectiveness of electrochemotherapy with cis-diamminedichloroplatinum(II) in mice. Cancer Res 55, 3450-3455 (1995).

[3] Gehl, J. & Geertsen, P.F. Palliation of haemorrhaging and ulcerated cutaneous tumours using electrochemotherapy. Eur J Cancer Suppl 4, 35-37 (2006).

[4] Marty, M. et al. Electrochemotherapy - An easy, highly effective and safe treatment of cutaneous and subcutaneous metastases: Results of ESOPE (European Standard Operating Procedures of Electrochemotherapy) study. Eur J Cancer Suppl 4, 3-13 (2006).

[5] Larkin, J.O. et al. Electrochemotherapy - Aspects of preclinical development and early clinical experience. Ann Surg 245, 469-479 (2007).

[6] Sersa, G. et al. Electrochemotherapy in treatment of tumours. Eur J Surg Oncol 34, 232-240 (2008).

[7] Möller, M.G., Salwa, S., Soden, D.M. & O’Sullivan, G.C. Electrochemotherapy as an adjunct or alternative to other treatments for unresectable or in-transit melanoma. Expert Rev Anticancer Ther 9, 1611-1630 (2009).

[8] Campana, L.G. et al. Electrochemotherapy: clinical outcome and predictive factors from a single institution experience on 50 melanoma patients. Ann Surg Oncol 17, S106-S106 (2010).

[9] Testori, A. et al. Electrochemotherapy for cutaneous and subcutaneous tumor lesions: a novel therapeutic approach. Dermatol Ther 23, 651-661 (2010).

[10] Hampton, T. Electric Pulses Help With Chemotherapy, May Open New Paths for Other Agents. JAMA 305, 549-551 (2011).

[11] Muñoz Madero, V. & Ortega Pérez, G. Electrochemotherapy for treatment of skin and soft tissue tumours. Update and definition of its role in multimodal therapy. Clin Transl Oncol 13, 18-24 (2011).

[12] Sersa, G. & Miklavcic, D. Electrochemotherapy of Tumours. JoVE (2008).doi:10.3791/1038

[13] Mir, L.M. et al. Electrochemotherapy, a novel antitumor treatment - 1st clinical-trial (in French: L’electrochimiotherapie, un nouveau traitement antitumoral: premier essai clinique). C R Acad Sci III 313, 613-618 (1991).

[14] Rudolf, Z. et al. Electrochemotherapy with bleomycin. The first clinical experience in malignant melanoma patients. Radiol Oncol 29, 229-35 (1995).

[15] Soden, D.M. et al. Successful application of targeted electrochemotherapy using novel flexible electrodes and low dose bleomycin to solid tumours. Cancer Lett 232, 300-310 (2006).

[16] Miklavcic, D. et al. Towards treatment planning and treatment of deep-seated solid tumors by electrochemotherapy. BioMed Eng OnLine 9, 10 (2010).

[17] Weaver, J.C. & Chizmadzhev, Y.A. Theory of electroporation: A review. Bioelectrochemistry Bioenerg 41, 135-160 (1996).

[18] Kotnik, T., Bobanovic, F. & Miklavcic, D. Sensitivity of transmembrane voltage induced by applied electric fields - a theoretical analysis. Bioelectrochemistry Bioenerg 43, 285-291 (1997).

[19] Weaver, J.C. Electroporation of cells and tissues. IEEE Trans Plasma Sci 28, 24–33 (2000).

[20] Chen, C., Smye, S.W., Robinson, M.P. & Evans, J.A. Membrane electroporation theories: a review. Med Biol Eng Comput 44, 5-14 (2006).

[21] Puc, M., Kotnik, T., Mir, L.M. & Miklavcic, D. Quantitative model of small molecules uptake after in vitro cell electropermeabilization. Bioelectrochemistry 60, 1-10 (2003).

[22] Puc, M. et al. Techniques of signal generation required for electropermeabilization: Survey of electropermeabilization devices. Bioelectrochemistry 64, 113-124 (2004).

[23] Cemazar, M. & Sersa, G. Electrotransfer of therapeutic molecules into tissues. Curr. Opin. Mol. Ther 9, 554-562 (2007).

[24] Sersa, G. et al. Electrochemotherapy with cisplatin: potentiation of local cisplatin antitumour effectiveness by application of electric pulses in cancer patients. Eur. J. Cancer 34, 1213-1218 (1998).

[25] Zupanic, A., Corovic, S. & Miklavcic, D. Optimization of electrode position and electric pulse amplitude in electrochemotherapy. Radiol Oncol 42, 93-101 (2008).

[26] Pucihar, G., Mir, L.M. & Miklavcic, D. The effect of pulse repetition frequency on the uptake into electropermeabilized cells in vitro with possible applications in electrochemotherapy. Bioelectrochemistry 57, 167-172 (2002).

[27] Zupanic, A., Ribaric, S. & Miklavcic, D. Increasing the repetition frequency of electric pulse delivery reducesunpleasant sensations that occur in electrochemotherapy. Neoplasma 54, 246-250 (2007).

[28] Mali, B. et al. The effect of electroporation pulses on functioning of the heart. Med Biol Eng Comput 46, 745-757 (2008).

[29] Sersa, G. The state-of-the-art of electrochemotherapy before the ESOPE study; advantages and clinical uses. Eur J Cancer Suppl 4, 52-59 (2006).

[30] Heller, R., Gilbert, R. & Jaroszeski, M.J. Clinical applications of electrochemotherapy. Adv. Drug Deliv. Rev 35, 119-129 (1999).

[31] Sersa, G. et al. Vascular disrupting action of electroporation and electrochemotherapy with bleomycin in murine sarcoma. Br J Cancer 98, 388-398 (2008).

[32] Jarm, T., Cemazar, M., Miklavcic, D. & Sersa, G. Antivascular effects of electrochemotherapy: implications in treatment of bleeding metastases. Expert Rev Anticancer Ther 10, 729-746 (2010).

[33] Cemazar, M. et al. Electrochemotherapy in Veterinary Oncology. J Vet Intern Med 22, 826-831 (2008).

[34] Mir, L.M. et al. Standard operating procedures of the electrochemotherapy: Instructions for the use of bleomycin or cisplatin administered either systemically or locally and electric pulses delivered by the CliniporatorTM by means of invasive or non-invasive electrodes. Eur J Cancer Suppl 4, 14-25 (2006).