磁性水凝胶在内镜下非肌层浸润性膀胱癌切除术中的应用

张苗苗，吉 琳，张涵芷，刘培楠，牟星宜，徐庶钦，雷凤萍，李 恒，马 锋，吕 毅，史爱华，严小鹏

(西安交通大学:1.第一附属医院肝胆外科，2.第一附属医院精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心，3.启德书院，4.西安交通大学宗濂书院,陕西西安 710061)

膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤，其中70%以上的患者初诊时肿瘤未侵犯膀胱肌层，称为非肌层浸润性膀胱癌(non-muscle-invasive bladder cancer，NMIBC)[1]。膀胱肿瘤的整块切除(en-bloc resection of bladder tumor，ERBT)是其治疗的新标准[2]。有研究表明膀胱肿瘤黏膜下剥离术(bladder tumor-endoscopic submucosal dissection，BT-ESD)是ERBT的代表手术之一，具有较高的肿瘤完整切除率，可为病理分期、分级提供可靠依据[3]。但是当肿瘤面积比较大时，常导致整块切除困难。

磁外科(magnetic surgery，MS)是利用磁性物质间隔空发力的特点来实现组织压榨、器官锚定、可控示踪、管腔导航、间隙扩张、磁力驱动等功能，从而完成临床诊断和治疗的新兴综合性技术学科[4]。借助磁外科技术可实现血管吻合[5-6]、消化道管腔吻合[7-9]、减戳孔腔镜手术[10-13]、辅助消化内窥镜下内镜黏膜下层剥离术(endoscopic submucosal dissection，ESD)操作[14-15]、空肠营养管引导置入[16-17]、复杂消化道修补[18-20]等，甚至还可用于疾病动物模型的制备[21-22]等诸多方面。磁锚定技术(magnetic anchor technique，MAT)是利用磁体与磁体或磁体与顺磁性物质之间的磁场吸引力，使锚定磁体对靶磁体进行非接触性空间锚定的技术[4]。我们在前期进行了MAT辅助BT-ESD的实验研究验证了其可行性[2]。本研究拟探讨磁性水凝胶辅助BT-ESD操作的可行性，现报道如下。

1 材料与方法

1.1 实验材料基于磁锚定技术的BT-ESD磁性装置包括2部分：锚定磁体和靶磁体。本实验中锚定磁体是由N48系列烧结钕铁硼加工而成，为直径50 mm、高140 mm的圆柱体，表面电镀镍，轴向饱和充磁，表面磁场强度0.65 T。锚定磁体外套有“U”形树脂外壳。本实验中靶磁体为磁性水凝胶。磁性水凝胶由海藻酸钠-四氧化三铁混悬液与钙剂发生凝胶化反应而成，其中海藻酸钠质量浓度为25 g/L，四氧化三铁微粒直径约为5～20 μm，钙剂选用100 g/L的葡萄糖酸钙溶液。以4个新鲜离体猪膀胱为模型，利用电子胃镜系统进行内镜下操作。该实验经西安交通大学动物实验伦理委员会批准(No.XJTULAC2021-1366)。

1.2 操作方法经尿道进内窥镜，探查并确认病灶，在病变黏膜和肌层之间按体积比1∶1注射海藻酸钠-四氧化三铁混悬液和钙剂，两者相遇后发生凝胶化反应，在黏膜层和肌层之间形成磁性水凝胶。将锚定磁体靠近膀胱，使锚定磁体工作面位于病变黏膜的对侧，在锚定磁体的磁场力作用下，磁性水凝胶被吸引，同时使病变黏膜抬起，维持足够的组织张力，便于内镜下完成病变黏膜的整块剥离(图1)。

A：病变黏膜；B：病变黏膜下注射磁性水凝胶；C：锚定磁体吸引磁性水凝胶并抬起病变黏膜。图1 磁性水凝胶辅助BT-ESD操作过程示意图

2 结 果

在4个新鲜离体猪膀胱模型上均成功完成磁性水凝胶辅助BT-ESD操作。术中海藻酸钠-四氧化三铁混悬液注射顺利，凝胶化反应良好，在黏膜层和肌层之间形成组织分离垫。当锚定磁体靠近膀胱后，磁性水凝胶在磁场力作用下被吸引，此时黏膜层和肌层之间充分显露，并形成稳定的组织张力，极大地方便了内镜下操作(图2)。

A：内窥镜下所见的病变黏膜；B：病变黏膜下注射磁性水凝胶；C：锚定磁体靠近膀胱；D：在锚定磁体磁场力作用下磁性水凝胶被吸起；E：完成切除的膀胱病变组织(黑色箭头所指为磁性水凝胶及病变黏膜；红色箭头所指为膀胱；白色箭头所指为锚定磁体)。图2 磁性水凝胶辅助离体猪膀胱BT-ESD操作过程

3 讨 论

整块切除和无接触是肿瘤切除的基本原则，不仅适用于开放性手术，也适用于腔镜手术和内窥镜下操作。开放性手术和腔镜手术能够为术者提供良好的组织牵拉和术野暴露，而内窥镜下操作时由于缺乏有效的“第3只手”辅助牵拉，往往不能提供有效的组织张力和充分的术野暴露，因此增加了操作难度。内窥镜下有效的辅助牵引暴露能够显著改善术者操作体验，并减少出血、穿孔等并发症的发生率。以消化系统ESD为例，可采用的辅助牵引方法有经皮穿刺牵引法[23]、重力牵引法[24]、橡皮筋牵引法[25]、S-O夹牵引法[26]、磁锚定牵引法[27-28]等。

BT-ESD与消化道ESD有类似之处，因此消化道ESD辅助牵引技术也可用于BT-ESD，我们团队在前期开展了磁锚定技术辅助经尿道膀胱肿瘤内镜下黏膜剥离术的实验研究，显示出良好的牵拉暴露效果[2]。尿道与消化道虽然均为管腔结构器官，但尿道较消化道管腔更小，可扩张性也比消化道差，因此在消化道ESD中使用的靶磁体在BT-ESD中操作的便利性稍差。为此，我们率先提出了用磁性水凝胶替代圆环状靶磁体的设想，离体动物实验结果证明了该设想的可行性。将磁性水凝胶作为辅助BT-ESD的靶磁体具有以下优点：①磁性水凝胶通过黏膜下注射的方法比经尿道置入磁环作为靶磁体在操作上更为灵活方便；②利用磁环作为靶磁体时，需要借助软组织夹将靶磁体与病变黏膜结合后才能发挥磁力牵拉作用，而磁性水凝胶注射法则省去该操作过程。本实验为可行性验证实验，因此以离体的猪膀胱为模型，进一步优化操作流程后可进行在体动物实验。综上所述，基于磁锚定技术原理的磁性水凝胶在辅助内镜下非肌层浸润性膀胱癌切除术中具有应用潜力。