代, 丝雨

他从苍天处取得闪电,从暴君处取得民权。——杜尔哥(1779)

 

1752年6月的一天,本杰明·富兰克林在暴风雨中放飞了一只风筝,将当时最神秘也最危险的一股力量,雷电,引入了人类世界。这个行为显然十分危险,事实上一个月之后就有一名富兰克林的模仿者被闪电击中死亡,这让整个故事有了一种普罗米修斯盗取天火一般的英雄神话色彩。

 

而电力的重要,也与火类似。现代生活无处不电,你能想象没有手机、电脑、空调甚至电灯的日子吗?

 

就更不会有那么多千奇百怪的,利用电的治疗方法了。比如下图这位患者头上贴着的电极,大家猜猜是做什么用的呢?

百变的电
电是什么时候开始用来治病的? 

科学家开始认识电,是在十八世纪,但是古罗马、古希腊和古埃及的先贤们已经尝试过用电“疗伤”了。那时候治病“设备”也比较天然,医生们只是把电鱼放在患处,患者的慢性疼痛就被“治愈”了。

 

富兰克林用风筝跟上帝“借”电之后,也尝试了把电用在医学上,比如说他曾经试过用摩擦产生的静电去治疗一个妇女的歇斯底里症,现在所称的静电疗法(Franklinization)就是用富兰克林的名字命名的。

 

其实当时用电治疗疑难杂症还挺常见的,毕竟一个新兴事物的出现,总是伴随着众人不切实际的期待嘛,电被当作万能灵药也没啥奇怪。不过时间来到二十一世纪,电变得无处不在,我们对它的认识也逐渐清晰,不再头顶“万能药”光环的电,才真正成为了一种“好药”。

看当时的画,电简直就是万能灵药,什么都能治
 
电能治什么病?这得从电到底是啥开始,来,回忆一下上学时被物理支配的恐惧吧。从定义上来说,指的是具有电荷性质的物质的存在和运动相关的一组物理现象。当电荷发生定向运动,那么就会产生电流;只要电荷存在,无论带正电还是带负电,它的周围都存在电场;电流会产生磁场,磁场与电场的相互作用则产生了电磁波

 

看不懂不怕,咱们举几个实例。

 

电流不用多说,随处可见的插座里奔跑着的就是电流了,胆大的伸手摸一下就能免费体验(开玩笑的不要摸)。

 

电磁波就更加常见了,从手机、无线网络的“信号”,到日常里色彩斑斓的光,再到拍片用的X射线,其实都是电磁波。

 

电场则比较看不见摸不着。说起来电场和重力场很像,都是一种“力场”,“身在场中”就会受力,只不过重力场里受力的是质量,而电场则是电荷。嗯,说起来很像是被一只看不见的手推拉着,还挺玄妙的。

麦克斯韦他老人家曾经曰过,电磁相伴相生(雾
 
人体是不规则的导体,体内的各种分子带电,甚至神经、肌肉的活动也是由电来介导,自然可以被电影响、调节,各种各样形式的电带来了各种各样不同的物理疗法[1],如今已经广泛应用在各个医疗领域。比如说,用于复位心律的除颤仪,用于疼痛管理的经皮神经电刺激(TENS),用于治疗帕金森病的深脑电刺激(DBS),用于治疗精神疾病的经颅磁刺激(TMS),用于治疗心脏疾病的射频消融(RFA),用于治疗皮肤病、促进伤口愈合的光疗,抗癌的微波消融(MWA)和放射治疗等。

消融
 
一口气说了这么多,电流、磁场、电磁波射线都见了,电场用在哪儿呢?确实,在肿瘤治疗电场(tumor treating field,TTFields)这个概念出现之前,电场治疗可能还真就只有骗子用得多。

开头照片里的设备就是应用了TTFields的电场治疗仪Optune,仔细看可以看到患者头上前后左右对应贴着四片电极,电场发生器和皮肤之间还隔着一层绝缘材料。通过电极形成的低强度、中频交变电场,可以杀死患者大脑中的癌细胞。

 

史无前例的抗癌黑科技
既非给癌细胞通电把它“电死”,又不是用热把癌细胞“烤熟”,仅仅想象一个癌细胞漂浮在电场里,然后它就自爆了,这个好似魔术舞台一样的场景,真的不由得人不大呼一声,黑科技! 

电场居然能有这么神奇的应用,科学家早干吗去了?

TTFields拿下来长这样
 
嗨,说来话略有点长,容奇点糕先提个问题,刚才叨叨了这么多治疗设备,治疗的病种简直完全不相关,这是怎么做到的呢?说电百变,并不夸张,只需要稍稍改变频率,电场就能够发挥出完全不同的生理功效

 

我们日常生活中用的电是交流电,是由方向和大小会随着周期变化的电场形成的,它单位时间内变化的次数就是频率。比如说,频率为50Hz,那么它每秒就会变化50次。

 

一般我们认为频率低于1kHz的电场是低频电场,这种电场是不能够“穿透”细胞膜的,对细胞内部束手无策,只能干扰干扰细胞膜表面粒子运动[2]。这招其实也挺厉害,粒子内外流动,细胞表面电位一变,神经和肌肉举手了,电位变化,我们吃这一套,刺激足够,就会兴奋哇。

用于缓解疼痛的经皮电刺激(TENS)
 
与此相对,10MHz以上的高频电场,就能够穿越细胞膜,影响到细胞内部了。在高频电场的作用下,热效应急剧增加,产生的大量热量就这么把细胞“热死”了(这里应当有焦耳的名字,但是也很复杂就不展开说了)。而且高频电场由于频率高,作用间隔短,达不到神经或肌肉兴奋需要的刺激时间,所以和低频电场的作用不重叠。然而中频电场,很尴尬。从10kHz到1MHz,既不能激活神经和肌肉,也不足以在低强度下产生足够的热能,所以很长一段时间里,科学家们都觉得中频电场很废,对细胞来说没什么有意义的生物学效应[3]。

 

在好长一段时间里,科学家们的认识就是,中频电场能影响到细胞内部微观粒子的排列,细胞在电场中还会旋转[4-6]。

 

排排坐,转圈圈,这有什么啊?能干吗啊?

这张图说了啥下文揭秘
 
直到2004年,中频电场才平反。当年一个名叫 Yoram Palti的以色列科学家带领团队在《癌症研究》上发表了一篇论文[7],结论表明,中频电场是可以和癌症战斗的!在实验中,极低强度(<2V/cm)的中频电场(100-300kHZ)对各种癌细胞系生长都表现出了明显的抑制作用。此后一系列研究陆续证实中频电场可以在临床上抗癌,彻底翻身,大快人心啊。

 

其中道理听起来相当黑科技了。

 

癌细胞和正常细胞的最大差别就是,癌细胞永远处于积极的增殖中。生物课本教过,有丝分裂中细胞能够一分为二,是在纺锤体的“牵引”下实现的。如果这个功能不正常了,可想而知,细胞应该就没法正常分裂、增殖了

 

那事情就好办多了,纺锤体和其他细胞器一样,也是由生物大分子构成的,生物大分子它,带电啊。

用电场干扰细胞分裂?靠谱!
 
和前人的结论一样, Palti博士也在研究中发现,适当地施加中频电场,就能够干扰癌细胞中蛋白质的运动,其结果就是要么癌细胞根本没法分裂成两个细胞,要么分裂出的子细胞不正常,总而言之走向的终点都是一样的——细胞凋亡。实验中,接受中频电场治疗的小鼠肿瘤生长得到了抑制,更厉害的是,完全没有观察到存在什么典型的副作用或损伤,对治疗癌症来说这岂不是很理想!

 

随后两个3期临床研究结果[8,9]分别证实,TTFields在胶质母细胞瘤(GBM)的治疗上,效果等同化疗,与化疗(替莫唑胺)联用则能收获更好的治疗效果。而且不管怎么说,TTFields的治疗体验确实不错,除了要剃光头戴电极之外,给患者生理上带来的不良反应很小,比较常见的是皮疹等皮肤的不适。

GBM本身是一种很恶质的脑部肿瘤,一直以来治疗都是难题,患者生存期很短。根据发表在JAMA上的论文报告,在替莫唑胺化疗的基础上,联用TTFields能够将患者无进展生存期从4个月延长到7.1个月,总生存期从15.6个月提高到了20.5个月[9],5年生存率从5%一跃升至13%[10]。 

可见的疗效加上不显著副作用,FDA很快批准TTFields用于新诊断和复发GBM的治疗。除此之外,TTFields还正在其他的癌种探索。去年,TTFields已经登陆香港,现在大陆还没有获批。

 

咦,感觉给某些人提供了一条生财之路……

 

是骗子把戏还是黑科技?
在电的治疗史上,不论中外,打着科学旗号骗钱的屡见不鲜。远有在上个世纪美国生物磁场的百万骗局,近的,你家楼下的玉石床垫养生馆就是。是上当受骗的人傻吗?要奇点糕说,还是骗子太会吹了,而我们又不知道怎么认准“真货”,病急乱投医中了招就不奇怪了。 

那么从骗子吹水到医疗黑科技,这中间的鸿沟到底都填着什么呢?

比如这种号称什么都能治的“水电带”,因为在第一届世博会上做了宣传,很快就风靡了全世界,大文豪狄更斯用它“治”过腿疼,福楼拜的《包法利夫人》还提到过
 
就以TTFields为例,上一节奇点糕说到它的原理,只用了几百个字,但能说得这么简单,是奇点糕科普做得好(呸真表脸),看似简单的原理背后,有非常多的需要钻研的技术细节。比如说,人体这么多种细胞,对电场的反应都一样吗?什么样的电场条件能够使抗癌效果最大化呢?在人体结构这么复杂,怎么让深处的癌灶能够处于需要的电场条件中呢?实验室解决以上问题,到了临床试验更复杂了。TTFields对所有患者都有效吗?和其他治疗方法比起来更好更安全吗?怎么调整治疗方案?副作用呢?

 

获得了完整的临床数据,最终疗法是否能够真的投入临床使用,还需要专业人员的评估、审核和批准,比如美国的FDA和中国的NMPA。批准上市之后,更是要严格按照适应症范围来使用。

 

这些都不是简单的“照着做”就能够复制的。

 

授人以鱼不如授人以渔,与其让奇点糕挨个叨叨,不如让大家习得辨认黑科技的慧眼,多思考多求证,毕竟你电或不电,电就在那里,不来不去。

 

 

编辑神叨叨
#编辑部的故事#上次写奇葩抗癌疗法的时候BioTalker说

电场抗癌骗人别说那么绝对吧~

然后甩了我TTFields

表示长见识了

现在你们再去看那段就会觉得

我写得很心虚

再也不敢想当然了

 

参考资料:[1] Robinson AJ, Snyder-Mackler, L. Clinical electrophysiology: electrotherapy and electrophysiologic testing 3rd ed. Baltimore: Lippincott Williams and Wilkins, 2008;151-196, 198-237, 239-274[2] Bassett CA. The development and application of pulsed electromagnetic fields (PEMFs) for ununited fractures and arthrodeses. Clin Plast Surg 1985;20:259-77

[3] Elson E. Biologic effects of radiofrequency and microwave fields: in vivo and in vitro experimental results. In: Bronzino JD, editor, The biomedical engineering handbook. CRC Press, Inc., Boca Raton, FL; 1995. p. 1417-23

[4] Takashima S, Schwan HP. Alignment of microscopic particles in electric fields and its biological implications. Biophys J 1985;47:513–8.

[5] Zimmermann U, Vienken J, Pilwat G. Rotation of cells in an alternating electric field: the occurrence of a resonance frequency. Z Naturforsch C 1981;36:173–7.

[6] Holzapfel C, Vienken J, Zimmermann U. Rotation of cells in an alternating electric field: theory and experimental proof. J Membr Biol 1982;67:13–26.

[7] Kirson E D, Gurvich Z, Schneiderman R, et al. Disruption of cancer cell replication by alternating electric fields[J]. Cancer research, 2004, 64(9): 3288-3295.Alternating electric fields arrest cell proliferation in animal tumor models and human brain tumors

[8] Stupp R, Wong E T, Kanner A A, et al. NovoTTFields-100A versus physician’s choice chemotherapy in recurrent glioblastoma: a randomised phase III trial of a novel treatment modality[J]. European journal of cancer, 2012, 48(14): 2192-2202.

[9] Stupp R, Taillibert S, Kanner A A, et al. Maintenance therapy with tumor-treating fields plus temozolomide vs temozolomide alone for glioblastoma: a randomized clinical trial[J]. Jama, 2015, 314(23): 2535-2543.

[10]Stupp R, Taillibert S, Kanner A, et al. Effect of tumor-treating fields plus maintenance temozolomide vs maintenance temozolomide alone on survival in patients with glioblastoma: a randomized clinical trial[J]. Jama, 2017, 318(23): 2306-2316.

本文作者  |  代丝雨
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