Криабляция («криотерапия», «криодеструкция» или «криохирургия») – это метод локального лечения, основанный на воздействии экстремально низких температур для разрушения тканей, который приобретает все большее мировое признание как высокоэффективный, малоинвазивный метод лечения злокачественных и доброкачественых новообразований. Уже сегодня международные ассоциации такие как NCCN, AUA, EUA, РОУ, ESMO, ASBS, и другие, рекомендуют использование криоабляции в своих клинических рекомендациях.

Современная криоабляция. Ледяной шар образуется на кончике криоиглы и разрушает раковые клетки. Благодарим за фотографию Павла Балахнина, заведующего отделением РХМДиЛ, к.м.н, ГБУЗ «СПб КНпЦСВМП(о)» г. Санкт-Петербург.
Современная криоабляция. Ледяной шар образуется на кончике криоиглы и разрушает раковые клетки. Благодарим за фотографию Павла Балахнина, заведующего отделением РХМДиЛ, к.м.н, ГБУЗ «СПб КНпЦСВМП(о)» г. Санкт-Петербург.

История

В медицинской практике идея использовать отрицательные температуры для лечения онкологических заболеваний не является новой и имеет давнюю историю. В Англии в период между 1845 и 1851 гг. James Arnott впервый применил замороженный солевой раствор для лечения распространенного рака молочной железы и рака матки. Несмотря на то, что основной целью применения раствора являлось обезболивание, James Arnott обнаружил эффекты, которые низкие температуры способены оказывать на жизнеспособность раковых клеток. После этого случая и началось широкое применение низких температур, как метода локального воздействия на поверхностные опухоли, но достигаемые температуры от -18oC до -24 oC ограничивали клиническое применение метода. Изменения наступили в 1877 году с появлением технологий позволяющих получать сжиженные газы. Жидкий кислород способный охлаждаться до температуры -180 oC нашел широкое применение для локального воздействия на кожу для лечения множества различных заболеваний, включая рак.

Современная криоабляция берет свое начало с 60-х годов прошлого столетия благодаря разработкам Купера (Cooper) и Ли (Lee) и появлению криозондов с использованием жидкого азота, что позволило более прицельно воздействовать холодом на более глубоко расположенные органы и ткани. Первый же опыт использования чрескожной криоабляции, согласно литературному источнику, был проведен с помощью ультразвукового метода лучевой визуализации в 1995 году, но не нашел широкого применения из-за несовершенства аппаратуры.

Ледяной шар разрушающий раковые клетки. Благодарим за фотографию Павла Балахнина, заведующего отделением РХМДиЛ, к.м.н, ГБУЗ «СПб КНпЦСВМП(о)» г. Санкт-Петербург.
Ледяной шар разрушающий раковые клетки. Благодарим за фотографию Павла Балахнина, заведующего отделением РХМДиЛ, к.м.н, ГБУЗ «СПб КНпЦСВМП(о)» г. Санкт-Петербург.

С того времени благодаря развитию технологий в методиках лучевой визуализации органов и тканей и усовершенствованию технологии доставки холода в область воздействия привели к возможности выполнять минимально инвазивные чрескожные («перкутанные») процедуры под визуализацией и контролем ультразвука, компьютерного и магнитно-резонансного томографа. На сегодняшний день в мире выполнено более 300 000 процедур криоабляции в области онкологии. Эффективность и безопасность метода доказана клинически.

Механизм действия

В процессе разрушения и гибели опухолевых клеток при криоабляции лежат различные биологические механизмы возникающие в разных зонах термического воздействия. Они разделяются на четрые основные категории: прямое повреждение клеток, повреждение сосудов и ишемия, апоптоз и иммуномодуляция. Температуры от -20 oC  до -40оС и ниже, оказывают летальное воздействие на клетки и исследования показали, что для полной абляции ледяной шар должен распространиться за пределы опухоли до 1 см

Типичные характеристики ткани через неделю после воздействия криоабляции. Полный некроз в области воздействия криоабляции без повреждения окружающих тканей.
Типичные характеристики ткани через неделю после воздействия криоабляции. Полный некроз в области воздействия криоабляции без повреждения окружающих тканей.

Прямое повреждение клеток преимущественно вызвано клеточной дегидратацией возникающей при охлаждения тканей. Быстрая заморозка способстует более быстрому охлаждению жидкости во внеклеточном пространстве, чем во внутриклеточном, охлаждению которой препятствует липидный бислой. Это приводит к повышению концентрации внеклеточной жидкости, нарастанию осмотрического градиента, перемещению жидкости, сморщиванию клеток и деформации плазматической мембраны. Клеточная дегидратация и высокая внеклеточная концентрация растворенного вещества усиливается за счет образования кристаллов льда внутри клетки, что дополнительно повреждает целостность органелл и клеточной мембраны.  Во время оттаивания, внутриклеточное пространство становится гипертоническим и клетки разрушаются под воздействием гипергидратации, набирая жидкость из внеклеточного пространства. 

Механизмы клеточной гибели при криоабляции.  1. В центральной зоне криоабляции во время заморозки образуется выраженная область некроза, где происходит прямое повреждение клеток. В этой области температура стремительно падает ниже -40 oC, что вызывает образование льда из внеклеточного пространства внутрь клетки. Это приводит к гипертонической внеклеточной среде и осмотическому сморщиванию клеток от перемещения жидкости из клетки. Образование кристаллов льда увеличивает прямое повреждение клеток. 2. Индуцированное холодом повреждение сосудов вызывает повреждение эндотелиальных клеток и межклеточных соединений, что приводит к агрегации тромбоцитов и микротромбозу. Сужение сосудов (вазоконстрикция) возникает в ответ на снижение температуры. Замораживание также вызывает гиперемию и повышенную сосудистую проницаемость. Возникающая ишемия вызывает дальнейший коагуляционный некроз. 3.  Апоптоз происходит в периферийной зоне низких сублетальных температур, и это, вероятно, вызвано обратимым повреждением. 4.  Кровеносные сосуды снабжают иммунные клеточные инфильтраты. Повышенный и сниженный противоопухолевый иммунитет может быть вызван криоаблацией; Иммуномодуляция может зависеть от преобладающего вида клеточной смерти. Некоторые опухолевые клетки подвергаются апоптозу. Когда антигенпредставляющие клетки (АРС), такие как дендритные клетки (ДК) и макрофаги фагоцитируют опухолевые клетки после апоптоза без сигналов опасности, опухолевые антигены представлены на молекулах главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса I без костимуляции Т-клеток. Умирающие клетки могут даже секретировать иммунодепрессивные цитокины , такие как интерлейкин-10 (IL-10) и трансформирующий фактор роста-β (TGFβ). Это вызывает клональную анергию и делецию. Другие опухолевые клетки некротичны, и выплескивают свое внеклеточное содержимое: ДНК, РНК, белок теплового шока 70 (HSP70), мочевую кислоту и белок группы B1 высокой подвижности (HMGB1). Провоспалительные цитокины индуцируют ДК принимать больше антигентов и выражать сигналы опасности через стимулирующие молекулы, которые необходимы для праймирования соседних Т-клеток TCR и T-клеточных рецепторов. Источник: Katrina F. Chu and Damian E. Dupuy. Thermal ablation of tumours: biological mechanisms and advances in therapy.
Механизмы клеточной гибели при криоабляции. 1. В центральной зоне криоабляции во время заморозки образуется выраженная область некроза, где происходит прямое повреждение клеток. В этой области температура стремительно падает ниже -40 oC, что вызывает образование льда из внеклеточного пространства внутрь клетки. Это приводит к гипертонической внеклеточной среде и осмотическому сморщиванию клеток от перемещения жидкости из клетки. Образование кристаллов льда увеличивает прямое повреждение клеток. 2. Индуцированное холодом повреждение сосудов вызывает повреждение эндотелиальных клеток и межклеточных соединений, что приводит к агрегации тромбоцитов и микротромбозу. Сужение сосудов (вазоконстрикция) возникает в ответ на снижение температуры. Замораживание также вызывает гиперемию и повышенную сосудистую проницаемость. Возникающая ишемия вызывает дальнейший коагуляционный некроз. 3. Апоптоз происходит в периферийной зоне низких сублетальных температур, и это, вероятно, вызвано обратимым повреждением. 4. Кровеносные сосуды снабжают иммунные клеточные инфильтраты. Повышенный и сниженный противоопухолевый иммунитет может быть вызван криоаблацией; Иммуномодуляция может зависеть от преобладающего вида клеточной смерти. Некоторые опухолевые клетки подвергаются апоптозу. Когда антигенпредставляющие клетки (АРС), такие как дендритные клетки (ДК) и макрофаги фагоцитируют опухолевые клетки после апоптоза без сигналов опасности, опухолевые антигены представлены на молекулах главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса I без костимуляции Т-клеток. Умирающие клетки могут даже секретировать иммунодепрессивные цитокины , такие как интерлейкин-10 (IL-10) и трансформирующий фактор роста-β (TGFβ). Это вызывает клональную анергию и делецию. Другие опухолевые клетки некротичны, и выплескивают свое внеклеточное содержимое: ДНК, РНК, белок теплового шока 70 (HSP70), мочевую кислоту и белок группы B1 высокой подвижности (HMGB1). Провоспалительные цитокины индуцируют ДК принимать больше антигентов и выражать сигналы опасности через стимулирующие молекулы, которые необходимы для праймирования соседних Т-клеток TCR и T-клеточных рецепторов. Источник: Katrina F. Chu and Damian E. Dupuy. Thermal ablation of tumours: biological mechanisms and advances in therapy.

Повреждение сосудов возникает, когда криоаблация вызывает повреждение эндотелия микроциркуляторного русла, что приводит к агрегации тромбоцитов, сосудистому стазу и микротромбозу. Сужение сосудов (вазоконстрикция) происходит в ответ на снижение температуры, тем самым также вызывая сосудистый стаз. Это приводит к ишемической гибели клеток в целевой области и способствует коагуляционному некрозу.

Прямой коагуляционный некроз индуцированный низкими температурами возникает в центральной зоне термического воздействия, в то время как апоптоз наблюдается на периферии. Было обнаружено, что сублетальные температуры в периферической зоне могут приводить к активации апоптоза некоторыми клетками. Баланс между некрозом и апоптозом влияет на потенциальную иммуномодуляцию, вызванную криоабляцией. Известно, что именно омертвевшие клетки приводят к стимуляции имунной системы, в то же время клетки, подвергнутые апоптозу, могут проявлять иммуносупрессивное действие. Это приводит к более детальному рассмотрению иммуномодулирующего действия криоабляции.

ИММУНОМОДУЛЯЦИЯ

Наблюдение, что метастатические опухоли иногда регрессируют после фокальной криоаблации первичной опухоли, было отмечено во многих сообщениях отдельных и сериях случаев, с тех пока как криоабляция впервые была использована для лечения рака предстательной железы в 1970-х годах. Выраженная воспалительная реакция, развивающаяся после криоабляции, способствовала началу проведения большого числа исследований, направленных на изучение иммуномодулирующего действия криоабляции. Ранние исследования показали присутствие органоспецифических и опухоль-специфических сывороточных антител после криоабляции. В инновационном исследовании, в котором измерялись опухолевые ганглиозиды в сыворотки пациентов с раком толстой кишки, у которых были метастазы в печени, криоабляция метастазов привела к значительному увеличению уровней ганглиозидов в сыворотки и иммуноглобулина М (IgM), который был специфический к ганглиозидам.  Подобного ответа не наблюдалось после радиочастотной (РЧА) абляции и хирургического удаления метастазов печени.

Объяснением этому является то, что при использовании высокотемпературных методов абляции денатурация белка от тепла уменьшает количество интактных противоопухолевых антигенов и кроме того, высокотемпературная коагуляция тканей препятствует выбросу в кровоток внутриклеточных продуктов в больших количествах. В отличие от того, процесс замораживания сохраняет нетронутыми внутрицитоплазматические органеллы и ультраструктуры клеток, одновременно открывая плазматическую мембрану для воздействия иммунных клеток.

Гистологические исследования показали посткриоабляционные опухолевые инфильтраты нейтрофилов,  инициирующие рекрутинг макрофагов. С помощью твердофазного иммуноферментного анализа (ИФА) показано, что замораживание также приводит к системному повышению опухолеспецифических антителАктивность NK-клеток, опухолеспецифический Т-клеточный ответ в региональных лимфатических узлах и уровень системных циркулирующих Т-клеток увеличиваются после криоаблации в различных моделях. Способствует ли криоабляция гуморальному ответу или клеточному иммунитету, зависит от того, какой моноцитарный медиатор ДК или макрофаги первым или в больших количествах достигает зоны абляции.  Дендритные клетки (ДК) особенно хороши для праймирования Т-клеточного-опосредованного  иммунного ответа и  обладают несколькими дополнительными механизмами, позволяющими представлять экзогенные антигены в комплексе не только с молекулами главного комплекса гистосовместимости (MHC) класса II,  но и главного комплекса гистосовместимости класса I, что является ключевым фактором для мощной генерации CD8+ цитотоксических T-лимфоцитов (T-киллеров, CTL), способных блокировать активность опухолевых  клеток. Это так называемое перекрестное представление (cross-presentation), когда антигены, обычно представляемые молекулами МНС II класса, могут быть представлены также и молекулами МНС I класса, соответственно происходит индукция как CD4+, так и CD8+ лимфоцитов. Напротив, макрофаги не могут праймировать Т-клетки. Если макрофаги преобладают в посткриоаблатированной ткани, гуморальный ответ может быть более вероятным.

Инновационное оборудование

Современная криоабляция использует ультратонкие криоиглы (диаметром от 1.5мм до 2.4мм) способные создавать ледяной шар («айсбол») строго определенной формы в зависимости от типа иглы. Возможность использовать несколько криоигл одновременно позволяет создавать ледяной шар необходимых размеров и форм для создания области поражения ткани («зоны абляции») в зависимости от размеров и форм опухоли. Область поражения ткани («зона абляции») отчетливо видна на системах лучевой визуализации, что позволяет быть уверенным, что новообразование было полностью покрыто льдом и, следовательно, уничтожено.

Использование ультратонких криоигл стало возможным благодаря инновационному криооборудованию третьего поколения, принцип работы которого основан на использовании сжатых газов под высоким давлением Аргона и Гелия и эффекте Джоуля-Томпсона при подачи газов в иглы. Криогла представляет собой замкнутый контур, внутри которой располагается тонкая трубка. Поэтому газ, поступающий из криосистемы в иглу, не распространяется во внешнюю среду, а возвращается обратно в систему через внутреннее пространство. Таким образом, когда сжатый газ Аргон через тонкую трубку внутри иглы поступает во внутреннее пространство, то за счет перепада давления кончик иглы мгновенно охлаждается и начинает формироваться ледяной шар, который к 8-ой минуте достигает своих максимальных размеров.

После того, как зона абляции сформировалась, и область воздействия полностью покрылась льдом, подача сжатого газа Аргона в иглу прекращается и начинается подаваться сжатый газ Гелий, который при перепаде давления создает эффект нагревания ткани для более быстрого перепада температур в области воздействия. После процесса оттаивания цикл повторяется. 

Преимущества и возможности

Преимуществом метода криоабляции, в частности перед традиционным хирургическим методом, является минимальная инвазивность и возможность проводить процедуры криоабляции под местной анестезией или седацией. Минимальная инвазивность метода криоабляции достигается за счёт того, что процедуры проводятся без разрезов. Криоиглы вводятся в область воздействия прямо через кожу под контролем ультразвука или компьютерного томографа. В результате процедуры криоабляции завершаются практически без кровопотерь и сопровождаются более быстрым восстановлением. Высокоэффективность метода криоабляции доказана клинически и долгосрочные результаты лечения сопоставимы с хирургическими. Более того, криоабляция может быть применена даже в тех случаях, когда хирургические методы лечения, по тем или иным причинам, невозможны.

Чрескожная криоабляция обладает рядом важных преимуществ и перед другими методами абляции такими как радиочастотная абляция, микроволновая абляция, лазерная абляция, ультразвуковая абляция, необратимая электропорация. Важным неоспоримым преимуществом криоабляции является видимая зона абляции. Ледяной шар имеет высокий показатель эхогенности и хорошо визуализируется как при помощи ультразвука, так и при использовании компьютерного или магнитно-резонансного томографов. Данное преимущество криоабляции позволяет легко контролировать край абляции в режиме реального времени для:

Оценка зоны абляции. Метастаз до (слева) и после (справа) криоабляции - полная абляция опухоли. Благодарим за фотографию Павла Балахнина, заведующего отделением РХМДиЛ, к.м.н, ГБУЗ «СПб КНпЦСВМП(о)» г. Санкт-Петербург.
Оценка зоны абляции. Метастаз до (слева) и после (справа) криоабляции - полная абляция опухоли. Благодарим за фотографию Павла Балахнина, заведующего отделением РХМДиЛ, к.м.н, ГБУЗ «СПб КНпЦСВМП(о)» г. Санкт-Петербург.
  1. Адекватной оценки зоны абляции;
  2. Значительного снижения риска повреждения жизненно важных структур, например нервных стволов;
  3. Конфигурации зоны абляции опухолей неправильной формы. 

Кроме того, зона гипотермического повреждения тканей (зона абляции) отчетливо визиализируется сразу после криоабляции, поэтому есть возможность оценить её размеры, а также определить наличие остаточной опухоли и, при необходимости, повторить процедуру. 

На сегодняшний день криоабляция с использованием ультратонких криоигл хорошо изучена и успешно используется для лечения:

Рак предстательной железы
Локализованный рак почки
Первичный и метастатический рак печени
Первичный и метастатический раз легких
Злокачественные и доброкачественные новообразования костей и мягких тканей
Фиброаденома молочной железы
Неврома Мортона
Опухоли других локализаций

Использование низких температур для терапии вышеперечисленных заболеваний не ограничивается, а ограничивается технологией криоабляции, которой посвящен сайт. Кроме перечисленных выше заболеваний холод успешно используется в дерматологии с целью удаления паппилом, гемангиом, кондилом, бородавок, миксомы, дерматофибромы, пигментных и сосудистых невусах, гипертрофических рубцах; в нейрохирургии с целью деструкции глубокорасположенных мозговых структур, опухолей центральной нервной системы, проводящих путей, для локального охлаждения определенных зон коры головного мозга при эпилепсии; в гинекологии при лечении эрозий, диспластических процессов, полипов, эндометриоза шейки матки, остроконечных кондилом, эндометрия матки; в офтальмологии при лечении заболеваний роговицы и конъюнктивы, помутневшего хрусталика и других областях медицины.