Irreversible
Elektroporation – IRE
Das NanoKnife™-Verfahren
Das NanoKnife Gewebeablationsverfahren ist eine neuartige Therapie, die Irreversible Elektroporation (IRE) verwendet, um Zellen zu zerstören. Das umgebende Gewebe wird dabei nicht verletzt. Prostatakrebs kann mit dieser Methode erstmals so behandelt werden, dass die Kontinenz erhalten bleibt und nur ein geringes Risiko für eine Impotenz entsteht. Außerdem hat das NanoKnife-Verfahren eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit für Schmerzen oder Narbenbildung.
Hier bei VITUS sind wir stolz auf unsere Pionierarbeit, die wir mit dem NanoKnife-Verfahren geleistet haben. Wir gehören zu den weltweit führenden Experten im Einsatz von IRE in der Behandlung von Prostatakrebs.
Durch unsere enge Zusammenarbeit mit dem Erfinder der IRE für medizinische Zwecke, Prof. Boris Rubinsky von der Universität Berkeley in den USA, hatten wir die Möglichkeit, IRE in allen Stadien der Entwicklung, vom Labor über Tierversuche bis zur Anwendung am Menschen zu untersuchen und zu verstehen. Unsere Physiker und Ärzte gehören damit zu den Pionieren und weltweit führenden Experten für Elektroporationsverfahren – sowohl im wissenschaftlich-technischen Bereich als auch im klinischen Einsatz.
Die Behandlung mit Irreversibler Elektroporation (IRE) kann Nebenwirkungen wie Impotenz und Inkontinenz vermeiden bei vergleichbarer Wirksamkeit
Während sich in anderen Bereichen der Medizin moderne, schonende Behandlungen schon längst durchgesetzt haben, lassen diese in der Urologie noch auf sich warten. Bei Brustkrebs wird seit langem nicht mehr die ganze Brust amputiert, sondern der Tumor fokal entfernt. Beim Nierenzellkarzinom wird, wenn möglich, nicht die ganze Niere entfernt, sondern nur der Tumor – der gesunde Teil der Niere wird erhalten. Die Prostata wird immer noch „radikal“, also komplett entfernt, in den meisten Fällen unnötigerweise.
Das hat sich seit der erfolgreichen Einführung der Irreversiblen Elektroporation (IRE) zur Behandlung von Prostatakrebs geändert. Mit IRE kann Prostatakrebs fokal zerstört werden, mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit für Nebenwirkungen.
Das breite Spektrum der IRE -Behandlungen:
Von der fokalen Therapie kleiner Karzinome bis zum Problemlöser bei inoperablen T4-Karzinomen
RE – auch unter dem Produktnamen NanoKnife bekannt – ermöglicht die schonende Behandlung von Prostatakrebs unter Vermeidung von Impotenz und Inkontinenz.
Mit IRE kann die gesamte Bandbreite von Prostatakarzinomen behandelt werden – vom kleinen fokalen Karzinom bis hin zu T4-Tumoren, die bereits die Blase oder den Enddarm infiltriert haben – also inoperable, meist fortgeschrittene Fälle.
VORTEILE DER
NANOKNIFE-BEHANDLUNG IM ÜBERBLICK
- Einmalige Behandlung an nur einem Tag bei 3-tägigem Aufenthalt
- Höchste bisher erreichte Potenzerhaltungsrate*
- Statistisch 0% Inkontinenz**, ***
- Keine operativen Schnitte
- Keine Nachbehandlung nötig
- Keine höhere Rezidivrate als radikale Verfahren**
- Behandlung selbst nach Prostatektomie oder Strahlentherapie
- Sekundäre immunologische Effekte
* Bei der sogenannten Harninkontinenz handelt es sich um die mangelnde oder fehlende Fähigkeit des Körpers, den Blaseninhalt sicher zu speichern und selbstbestimmt zu entleeren. Dies führt zu unwillkürlichem Urinverlust. Während es mehrere mögliche Definitionen für Inkontinenz gibt, kommt eine Langzeitstudie zu Inkontinenz nach Prostatektomie** zu dem Schluss, dass eine sinnvolle Definition von Inkontinenz ist, wenn ein Patient 12 Monate nach einer Prostataoperation 2 oder mehr Einlagen pro Tag benötigt.
** Sacco E, Prayer-Galetti T, Pinto F, et al. Urinary incontinence after radical prostatectomy: incidence by definition, risk factors, and temporal trend in a large series with a long-term follow-up. BJU Int. 2006;97:1234–41.
*** Syan, Raveen, and Victor W. Nitti. „Post-prostatectomy Incontinence Initial Evaluation.“ Urinary Dysfunction in Prostate Cancer. Springer, Cham, 2016. 15-30.
NanoKnife-Technologie
ideal für die Behandlung von Prostatakrebs
Das NanoKnife-Verfahren basiert auf ultrakurzen Impulsen, die starke elektrische Felder erzeugen. Die Impulse sind 100 Mikrosekunden lang – also 0,0001 Sekunden. Im Vergleich zu den Standardverfahren verfügt diese neue Technologie über einzigartige Eigenschaften, durch die sie sich ideal für die Behandlung der Prostata eignet.
- Gewebeselektivität: Nur Zellen, die eine Zellmembran haben, wie Krebszellen, werden zuverlässig zerstört. Alle anderen Strukturen, wie Nerven, Blutgefäße und Bindegewebsstrukturen bleiben dabei erhalten.
- Ultrascharfe Kanten: Mit NanoKnife lässt sich der Bereich zwischen vollständig entferntem und unbehandeltem Gewebe in Mikrometern messen. Damit hebt sich NanoKnife von anderen Behandlungsmethoden, wie Strahlentherapie, hitze-basierten Behandlungen und sogar Operationen, deutlich ab. Bei diesen Methoden ist das zentrale Behandlungsfeld immer von einem Bereich umgeben, in dem das Gewebe ungewollt geschädigt wird. Oft ist das eine Zone mit einem Durchmesser von mehreren Zentimetern.
- Programmierter Zelltod: NanoKnife führt dazu, dass der Zelltod (Apoptose) eintritt, ohne dass es zu Strahlenschäden oder Verbrennungen kommt und sich Narben bilden. Bei den derzeitigen Standardmethoden, wie Strahlentherapie (Protonentherapie, Brachytherapie, usw.) und Wärmetherapie (HIFU, Mikrowellentherapie, usw.), entsteht immer ein großer „toxischer“ Bereich, denn das verbrannte Gewebe ist für den Körper giftig. Die Folge sind Entzündungen und Schmerzen mit anschließender Narbenbildung. All das verhindert oder schränkt weitere Behandlungen ein, die im Falle eines Rezidivs nötig werden könnten.
- Beliebig oft wiederholbar: Da die IRE-Behandlung nicht zu langfristigen Gewebeschäden führt, können alle anderen Behandlungsmethoden (Strahlentherapie, Wärme, Operation) auch nach einer NanoKnife-Behandlung weiterhin uneingeschränkt durchgeführt werden. Außerdem kann die Behandlung mittels IRE so oft wie nötig wiederholt werden.
- Schmerzfrei und minimalinvasiv: Denn es wird kein Gewebe durch Verbrennung oder Strahlung geschädigt. Außerdem kommen als invasive Instrumente nur dünne Nadeln zum Einsatz. So bemerken unsere Patienten die Behandlung in der Regel kaum.
- Schnell und in einer Sitzung: Sogar ausgedehnte Bereiche können unter Vollnarkose häufig in nur einer Sitzung behandelt werden.
- Große Bandbreite an Einsatzmöglichkeiten: Die Behandlung von kleinen, früh entdeckten Prostatatumoren ist auf jeden Fall die einfachste Anwendung von NanoKnife. NanoKnife ist aber auch eine Behandlungsoption bei inoperablen Karzinomen, die die Prostatakapsel bereits durchbrochen haben, sowie für die Behandlung von Rezidiven, die nach einer Strahlentherapie, radikalen Prostataentfernung, HIFU oder Brachytherapie auftreten.
- Immunsystem: Die Tumorfragmente, die während der NanoKnife-Behandlung freigesetzt werden, unterstützen das Immunsystem der Patienten dabei, weitere Prostatatumorzellen zu bekämpfen.
Präzision entscheidend für den Therapieerfolg mit NanoKnife
Seit 2007 ist die IRE-Technik durch die FDA in den USA und die CE-Kennzeichnung in Europa zugelassen. Dies erfolgte, weil entsprechenden Studien belegen, dass sämtliche Zellen innerhalb des Behandlungsbereiches mit dieser Methode abgetötet werden können. Um das zu erreichen und eine erfolgreiche IRE-Behandlung durchzuführen, sind zwei Faktoren entscheidend:
- Erstens:
Die exakte Position des Tumors muss vor der Behandlung bekannt sein. - Zweitens:
Das Behandlungsfeld muss genau an der richtigen Position platziert werden.
Die erste Bedingung wird durch eine multiparametrische MRT-Untersuchung, eine 3D-Biopsie oder, wenn nötig, weitere Verfahren erfüllt. Die zweite Bedingung wird durch einen minimalinvasiven Eingriff unter Vollnarkose erfüllt. Dabei werden sterile Nadeln mit variabler Expositionslänge eingeführt. „Expositionslänge“ bezieht sich auf den Bereich der Nadel, der das Gewebe mit elektrischem Strom in Kontakt bringt. Mit diesem Verfahren haben wir bereits seit 2011 Erfahrung und haben weltweit die meisten Prostatabehandlungen durchgeführt. Damit gehören wir zu den führenden Experten weltweit, während andere Kliniken gerade erst am Anfang stehen.
Klinische Anwendung der IRE bei Prostatakrebs
Richtige Technik entscheidend über gute oder schlechte Resultate
Wie bei vielen anderen medizinischen Behandlungen entscheiden die technischen Details der IRE-Behandlung über deren Erfolg, d.h. über die Verlässlichkeit, mit der der Tumor zerstört wird und über die durch die Behandlung ausgelösten Nebenwirkungen.
Leider wurden für die IRE-Behandlung der Prostata bisher keine technischen Standards festgelegt. D.h., dass jeder Arzt die IRE-Behandlungen nach eigenem Ermessen mit seiner eigenen Technik durchführt. Die meisten Urologen benutzen daher für die Platzierung der Elektroden ein Grid, auch Brachytherapie-Grid genannt, dass sie von der Brachytherapie her kennen und das dort für die Einbringung der radioaktiven Seeds benutzt wird.
Platzierung der IRE-Elektroden mit einem Brachytherapie-Grid ist zu ungenau für gute Behandlungsergebnisse
Und damit beginnen die Probleme. Denn die Benutzung eines Grids reduziert die Genauigkeit mit der die IRE-Elektroden platziert werden können erheblich. Dies wird im Folgenden illustriert.
Abbildung 7 zeigt das Problem mit der Nutzung eines Brachytherapie-Grids zur Platzierung der Elektroden.
Da die Elektroden aus dünnen, ca. 1 mm dicken Metallstäben bestehen, sind diese flexibel. Bein Einbringen in die Prostata über ein Loch im Grid werden diese durch die Gewebeschichten des Beckenbodens mehr oder weniger verbogen und vom beabsichtigten Weg abgelenkt. Bei einer Eindringtiefe von 6 cm (typische Position der Prostata) genügt eine Verbiegung von nur 2 Grad, dass die Elektrodenspitze die gewünschte Position um 2 mm verpasst.
Werden Elektroden durch zwei benachbarte Gridlöcher mit 5 mm Abstand eingeführt, können die Spitzen der Elektroden in der Prostata in einem Abstand von 1 bis 9 mm positioniert werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass sie tatsächlich einen Abstand von 5 mm erzielen, ist gering und wäre reiner Zufall. Bei einem typischen Abstand der Elektroden von 15 bis 20 mm und einer typischen Größe der Prostata von 30 – 40 mm Querdurchmesser ist eine Ungenauigkeit von 5 ± 4 mm völlig inakzeptabel. Die Einbringung der Elektroden über ein Standard Brachytherapie-Grid ist daher ungeeignet.
Die VITUS Methode
Höchste Genauigkeit durch manuelles Einbringen der Elektroden in die Prostata
Nicht nur wegen der Ungenauigkeit in der X-Y-Ebene des Brachytherapie-Grids (beschrieben in Abbildung 6, 7 und 8) haben wir im VITUS Prostata Center die manuelle Einbringung der Elektroden (Abbildung 9) perfektioniert. Diese Methode ermöglicht eine Platzierung der Elektroden mit 1 -2 mm Präzision.
Die Abbildungen in diesem Abschnitt illustrieren die Vorteile der manuellen Elektrodenplatzierung nach der VITUS Methode.
Abbildung 9A zeigt einen Querschnitt durch eine Prostata mit einem fiktiven Prostatakarzinom (in Magenta) in der rechten (radiologische Orientierung, auf dem Bild links) Außenzone. Auch gezeigt sind die verschiedenen Anteile des neurovaskulären Bündels (NVB), in und auf der Prostatakapsel sowie extrafascial. Weiter extern gelegene, anatomisch schlecht definierte Anteile des NVB sind nicht gezeigt.
Abbildung 9B zeigt die Überlagerung eines Standard Brachytherapy-Grids mit 5 mm Lochabstand über die Prostata. Gemäß der Technik, die durch die Herstellerfirma Angiodynamics empfohlen wird, sind die Elektroden (grüne Punkte) so zu platzieren, dass der Tumor von Elektroden umgeben wird. Die Lokalisation der Elektroden ergibt sich aus den nächstgelegenen Grid-Punkten, respektive Löchern im Grid. Die Abbildung zeigt die IRE-Ablationsfelder, die sich aus einer Applikation mittels Grid ergeben.
Zwei Fakten sind auffällig:
- 1. Drei der Elektroden sind außerhalb der Prostatakapsel, direkt im NVB platziert. Dies führt mit großer Wahrscheinlichkeit zu Verletzungen des NVB.
- 2. Das Gesamtablationsfeld (die Summe aus den einzelnen Ablationsfeldern) reicht weit über die Kapsel der Prostata hinaus und überdeckt das rechte NVB.
Dies führt zu unnötigen Schäden im rechten NVB. Denn die Elektroden werden während der Pulsabgabe heiß, so dass sie thermische Schäden verursachen können, wenn sie in unmittelbarer Nähe von sensiblen Strukturen sind. Diese betreffen zwar nur einen Bereich von ca. 1 – 2 mm um jede Elektroden, was jedoch ausreicht, das rechte NVB zu beschädigen, da die Elektroden in direktem Kontakt mit diesem sind. Außerdem entstehen um die Elektroden während der elektrischen Pulse Elektrolyseprodukte wie H+ und OH- mit einem sauren und basischen Milieu, die ebenfalls zu Schäden an Nerven und Gefäßen führen.
Abbildung 9 B: Überlagerung eines Standard Brachytherapy-Grids mit 5 mm Lochabstand über die Prostata.
Abbildung 9 C: IRE-Ablationsfelder, die sich aus den Elektrodenpaaren ergeben, die manuell eingeführt wurden.
Vorteile der manuellen
Elektrodenplatzierung
in der x-y-Ebene mit der
VITUS Methode
Abbildung 9C zeigt die Vorteile der manuellen Platzierung der IRE-Elektroden mit der VITUS Methode. Ohne vorgegebene Gridpunkte können die Elektroden alle innerhalb der Prostatakapsel platziert werden. Eine direkte Schädigung des neurovaskulären Bündels (NVB) durch von den Elektroden ausgehender Hitze oder Elektrolyseprodukten wird dadurch vermieden.
Durch die freie Platzierung der Elektroden kann ein IRE-Ablationsfeld erzeugt werden, das sich optimal der Kontur der Prostata anschmiegt so dass der Tumor (Magenta) sicher zerstört, das NVB jedoch geschont wird.
Vorteile der manuellen Elektrodenplatzierung in der z-Ebene
(Längsrichtung)
mit der VITUS Methode
Die Elektrodenplatzierung mit der VITUS Methode bringt jedoch nicht nur in der x-y-Ebene Vorteile, sondern auch in der z-Richtung, der Längsachse der Prostata. Dies ist in Abbildung 10 illustriert.
Bei Platzierung der Elektroden durch ein Brachytherapy-Grid sind alle Elektroden, bis auf geringe Abweichungen, parallel in z-Richtung ausgerichtet.
Da die Form der Prostata jedoch einer auf ihrer Spitze stehenden Pyramide ähnelt (Apex kaudal/unten, Basis kranial/oben), führt eine parallele Einbringung der Elektroden mit gleicher Länge des leitfähigen Elektrodenanteils dazu, dass die kaudalen/unteren Anteile der elektrisch leitfähigen Elektrode außerhalb der Kapsel, direkt im NVB liegen und dieses durch Hitze und Elektrolyseprodukte schädigen (Abbildung 10 links, roter Bereich).
Dies kann mit der VITUS Methode verhindert werden, indem die Elektroden schräg-anguliert, der Prostatakapsel folgend eingebracht werden. Dies ist nur manuell, d.h. ohne Grid möglich. Durch die Anpassung der „exposure length“, d.h. des elektrisch leitfähigen Elektrodenanteils, kann erreicht werden, dass das NVB vor Hitze und Elektrolyseprodukten geschützt wird (Abbildung 11). Simulationen des elektrischen Feldes, die von den VITUS Physikern durchgeführt wurden, zeigen, dass sich das IRE-Ablationsfeld bei der VITUS Methode der Prostatakapsel auch in der dritten Raumrichtung (z-Richtung) anschmiegt und somit für optimale Resultate sorgt.
