磁性水凝胶用于内镜胃黏膜下剥离术的实验研究

张苗苗，刘培楠，张涵芷，徐庶钦，牟星宜，雷凤萍，史爱华，马锋，吕毅，严小鹏

1.西安交通大学第一附属医院 a.肝胆外科；b.精准外科与再生医学国家地方联合工程研究中心，陕西 西安 710061；2.西安交通大学 a.启德书院；b.宗濂书院，陕西 西安 710061

引言

胃癌在我国属于常见恶性肿瘤，据统计在所有恶性肿瘤中，胃癌的发病率和死亡率位居第二[1]。内镜技术的普及和推广，使更多的早期胃癌（Early Gastric Cancer, ECG）被发现。内镜黏膜下剥离术（Endoscopic Submucosal Dissection, ESD）作为ECG的主要治疗手段之一，具有创伤小、远期疗效好等优点[2]。但同时，ESD操作难度较大、操作耗时长，对操作者要求高，且有出血、穿孔和狭窄等不良事件发生[3]。优化ESD操作不仅能有效降低操作难度，减少并发症发生率，还能提高病变黏膜的整块切除率。为病变黏膜提供有效的牵拉暴露是为优化ESD操作的核心[4]。“医疗环”牵引法[5]、经皮穿刺牵引法[6]等辅助技术可以在一定程度上优化ESD操作。

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[7]，其构成要素主要包括锚定磁体和靶磁体两部分。磁锚定技术能够优化腔镜手术和内镜操作，可用于减戳孔腹腔镜手术[8-10]、胸腔镜下肺楔形切除[11-12]、辅助内镜下胃空肠吻合[13]等。2004年Kobayashi等[14]率先报道了将磁锚定技术用于辅助ESD的研究。基于磁锚定技术原理，我们首次提出将磁性水凝胶作为靶磁体来配合锚定磁体，实现对ESD术中病变黏膜的牵拉。本研究通过在新鲜离体猪胃上进行磁性水凝胶辅助ESD的操作，探讨了该技术的可行性，现报道如下。

1 实验材料与方法

1.1 新鲜离体猪胃

取本团队其他实验结束后处以安乐死猪的新鲜离体猪胃4个，实验过程符合实验动物伦理要求，该研究经西安交通大学动物实验伦理委员会批准（批准号NO.XJTULAC2019-1006）。本实验为探索新技术的可行性，不设立对照组，4个新鲜离体猪胃均作为实验组。

1.2 锚定磁体

由N48烧结钕铁硼加工而成，表面磁场强度0.65 T。磁体为直径50 mm、高140 mm的圆柱体，表面电镀镍，外套树脂外壳。锚定磁体如图1所示。

图1 锚定磁体

1.3 磁性水凝胶

磁性水凝胶由海藻酸钠-四氧化三铁混悬液（5～20 μm的Fe3O4颗粒与2.5%的海藻酸钠溶液按质量体积比为1 g∶1 mL配制）与1%葡萄糖酸钙溶液产生凝胶化反应而成。本实验借助同轴双通道注射装置将两者同时注射到胃黏膜下，在黏膜下形成磁性水凝胶。

1.4 实验操作设计

将新鲜离体猪胃清洗干净，夹闭幽门端，经食管贲门结合部进入胃镜并充气，使胃处于扩张状态。胃镜探查并假定病变黏膜部位，然后利用同轴双通道注射装置在病变黏膜下注射海藻酸钠-Fe3O4混悬液和葡萄糖酸钙，二者相遇后可迅速发生凝胶化反应而形成磁性水凝胶，并使病变黏膜隆起。高频电刀沿隆起边缘切开黏膜，然后将锚定磁体靠近胃，在锚定磁体的磁场力作用下，病变黏膜被吸引牵拉，可清晰显露黏膜剥离面。在锚定磁体和磁性水凝胶的辅助下，电刀继续沿剥离面对黏膜进行剥离，完成ESD操作，实验操作如图2所示。

图2 离体猪胃ESD实验操作过程

2 结果

在4个新鲜离体猪胃上均顺利完成ESD操作。术中海藻酸钠-Fe3O4四氧化三铁混悬液和钙剂注射顺利，凝胶化反应迅速，病变黏膜隆起良好，镜下未见磁性水凝胶向周围组织弥散。当锚定磁体靠近胃时，注射部位的磁性水凝胶被锚定磁体吸引，同时提拉病变黏膜，可清晰显露黏膜剥离面，并维持一定的组织张力，胃镜下可顺利完成ESD操作。黏膜剥离面未见穿孔等，结果如图3所示。

图3 剥离病变黏膜

3 讨论

ESD在消化道早癌中的治疗价值已被临床证实。优化ESD操作的方法包括选择更合适的黏膜下注射液体、采用功能更灵活的内镜操作设备[15-17]以及各种辅助黏膜牵拉方法等，上述方法各有优缺点，临床中可根据具体情况酌情选用。相比较而言，基于磁锚定技术的ESD黏膜牵拉方法所需设备简单、效果确切、可操作性强，是具有重要发展前景的技术。前期，我们也设计了基于磁锚定技术的辅助ESD操作的磁性装置，并进行了动物实验，显示出了良好的应用前景[4]。磁锚定技术中磁性装置包括靶磁体和锚定磁体两部分，其中锚定磁体置于机体外是主动施力部分，靶磁体与病变黏膜相连接是被动受力部分。锚定磁体可以采用永磁体也可采用电磁装置，靶磁体一般采用永磁材料加工成环状，以便于靶磁体与病变黏膜结合。

磁性水凝胶是在水凝胶中加入磁性微粒从而使其具备顺磁性物质的性质。成型后的磁性水凝胶相当于软性磁性材料，既能够被磁体吸引，同时也具有水凝胶的柔软性。以海藻酸钠溶液和Fe3O4微粒的混悬液作为基液，当基液与钙剂相遇后可迅速发生凝胶化反应形成磁性水凝胶。本实验以该凝胶化反应为依据，将其作为ESD操作中的黏膜下注射溶液，使其在待切除的病变黏膜下形成磁性水凝胶，并以此作为牵拉病变黏膜的靶磁体。而锚定磁体仍然采用永磁体的设计方案。实验结果表明，磁性水凝胶作为靶磁体，在锚定磁体的磁场力作用下能够被吸引，同时牵拉病变黏膜，可为ESD操作提供清晰的黏膜剥离面和组织张力，大大改善了ESD操作体验。与现有ESD操作中使用的永磁体做成的靶磁体相比，具有操作更简单，牵拉效果确切等优点。

本实验目的为探讨磁性水凝胶用于内镜胃黏膜下剥除术的可行性，因此将离体猪胃作为实验模型，目前尚未进行在体动物实验是本研究的不足之处。但该实验结果显示磁性水凝胶用于胃ESD具有可行性，进一步优化操作流程和进行在体动物实验验证后，该技术可在临床试用。