Investigación de la crioterapia

(1. Facultad de Medicina de la Universidad Tsinghua, Beijing 100084, China; 2. Departamento de Dermatología, Primer Hospital Afiliado de la Universidad Médica de Dalian, Dalian 116011, China)

Resumen:La crioterapia es un tipo de tratamiento físico que utiliza temperaturas de congelación para inducir la ablación del tejido local y destruir de manera controlada cierto tejido vivo, teniendo sus mayores aplicaciones terapéuticas en dermatología y oncología. Los equipos manuales de pulverización de nitrógeno se utilizan principalmente en el tratamiento de lesiones cutáneas, mientras que los sistemas automáticos de congelación con múltiples sondas, como el bisturí de argón-helio y el bisturí combinado, se emplean en el tratamiento de diversos tumores sólidos. Recientemente, las investigaciones han cubierto la mayoría de los mecanismos, técnicas y análisis clínicos de la crioterapia. Sin embargo, las variaciones a nivel genómico en la respuesta inmunitaria a la crioterapia y la terapia combinada con fármacos inmunológicos aún requieren mayor investigación para revelar la naturaleza de la crioterapia y mejorar su efecto clínico.

Palabras clave:Crioterapia; Ablación tumoral; Ciclo de congelación-descongelación; Sistema Quirúrgico Endocare CryocareTM; Cuchillo Combinado HYGEATM

En los últimos años, la crioterapia se ha utilizado para el tratamiento de diversas lesiones cutáneas y se ha convertido en un medio importante para tratar tumores sólidos que no pueden extirparse quirúrgicamente. Como nuevo tratamiento local, la crioterapia presenta las ventajas de una ablación eficaz y precisa, en comparación con otros tratamientos como la ablación por radiofrecuencia y la hipertermia. Puede destruir las células patológicas directamente provocando necrosis y apoptosis celular, modificando la microcirculación local y regulando el sistema inmunitario para eliminar las lesiones cutáneas y los tumores malignos. El uso de la crioterapia tiene menos reacciones adversas y un mejor efecto de reparación tisular [1]. Con el desarrollo del dispositivo de crioterapia, la mejora de lacrioblacióntecnología y la acumulación de experiencia clínica, la crioterapia desempeña un papel cada vez más importante en el tratamiento de enfermedades de la piel y tumores. El campo de aplicación de la crioterapia se está expandiendo constantemente. Este artículo describe el desarrollo del dispositivo de crioterapia y la situación actual del uso de refrigerantes, compara el principio y las características de crioterapia del bisturí de argón-helio ampliamente utilizado en la actualidad y el bisturí combinado recién comercializado, y revisa las investigaciones sobre crioterapia a nivel nacional e internacional, con el fin de promover la mejora del efecto terapéutico de la técnica de crioterapia y la expansión del campo de tratamiento.

1 Dispositivos de crioterapia y refrigerantes

1.1 Desarrollo del dispositivo de crioterapia. Actualmente, los dispositivos manuales de pulverización de nitrógeno líquido que consisten en un tanque de almacenamiento refrigerado y una boquilla se utilizan principalmente en clínica para realizar criocirugía por pulverización para enfermedades de la piel. Con el uso generalizado de la criocirugía, se ha desarrollado un dispositivo de criocirugía automatizado de múltiples sondas. En 1998, Endocare Corporation de los Estados Unidos desarrolló con éxito un dispositivo de tratamiento de tumores, el bisturí de argón-helio estadounidense. Bajo la guía de TC o ecografía B, la cabeza del bisturí de argón-helio puede penetrar con precisión en el centro del tejido tumoral por vía percutánea, donde el tejido tumoral puede reducirse a -100 °C mediante la refrigeración adiabática rápida de argón en la punta del bisturí; la bola de hielo puede entonces descongelarse y calentarse rápidamente a 50 °C mediante el calentamiento rápido de helio en la punta [2]. El equipo del profesor Liu Jing, en colaboración con HYGEA, ha desarrollado de forma independiente un dispositivo de tratamiento de tumores a gran escala: el bisturí combinado. El sistema de tratamiento del bisturí combinado puede alcanzar temperaturas tan bajas como -196 °C y tan altas como 80 °C o más [3]. Tanto el bisturí combinado como el bisturí de argón-helio están diseñados para eliminar las células cancerosas mediante el cambio rápido entre refrigeración y producción de calor de alta intensidad, pero el bisturí combinado tiene un rendimiento general significativamente mejor que el del bisturí de argón-helio, y un coste más bajo tanto de la sonda como del nitrógeno líquido [4]. Actualmente, hay disponibles para uso clínico diversos tipos de dispositivos de crioterapia.

1.2 Refrigerantes. Aunque el dióxido de carbono líquido, el óxido nitroso, el freón o el argón también pueden utilizarse como refrigerantes en el tratamiento clínico, el nitrógeno líquido sigue siendo el refrigerante moderno más comúnmente utilizado. El argón líquido se utiliza para enfriar la punta de la sonda a 300 atmósferas mediante el efecto Joule-Thomson (J-T), lo que significa que el gas se transfiere por la presión de un orificio de restricción en la cámara de intercambio de calor de la sonda. En el aparato J-T, el argón líquido ofrece un enfriamiento más rápido que el nitrógeno líquido, pero solo a -130 a -135 °C, y el reflujo de gas después de la congelación calienta rápidamente la sonda. En el tratamiento de tumores, debido a la menor capacidad de congelación del argón líquido, se requiere el doble de sondas para lograr el mismo efecto de congelación en comparación con el diámetro de congelación del nitrógeno líquido. Sin embargo, los tanques de almacenamiento de aislamiento al vacío de nitrógeno líquido no son necesarios para el aparato J-T con gas argón presurizado para refrigeración. El bisturí de argón-helio pertenece al aparato J-T, y el gas argón que trabaja a 300 a 500 atmósferas es un gas de ultra alta presión poco común, con acceso restringido y riesgos de seguridad en la implementación quirúrgica; mientras que el bisturí combinado funciona mediante congelación por cambio de estado, utilizando nitrógeno líquido con una presión de trabajo de 2 a 5 atmósferas, que es fácil de obtener y tiene buena seguridad y operabilidad [5]. Los otros dos criógenos comúnmente utilizados en el aparato J-T son el dióxido de carbono líquido y el óxido nitroso líquido, que, aunque se han utilizado clínicamente durante muchos años, carecen de capacidad de congelación suficiente para tratar cánceres agresivos o la capacidad de congelación de los dispositivos de múltiples sondas.

2 Técnicas de crioterapia

2.1 Métodos de crioterapia. Existen tres métodos principales: aplicación con hisopo de algodón, pulverización dirigida e intervención con sonda. Los dos primeros métodos se utilizan principalmente para el tratamiento de diversas enfermedades de la piel, mientras que la intervención con sonda se utiliza principalmente para el tratamiento de diversos tumores. Dado que el virus puede sobrevivir en el nitrógeno líquido y contaminar el refrigerante, el método de aplicación con hisopo de algodón requiere la distribución por separado del refrigerante para cada paciente a fin de evitar la infección cruzada [6]. Además, la profundidad máxima de congelación de la aplicación de nitrógeno líquido con hisopo de algodón es de 2 a 3 mm, por lo que no se puede utilizar para el tratamiento de lesiones profundas. La pulverización dirigida es un tratamiento de pulverización utilizando una unidad manual de pulverización de nitrógeno líquido, con tres modos principales: modo directo (pulverización directa del centro de la lesión), modo espiral (pulverización desde el centro de la lesión en espiral hacia afuera) y modo "pincel" (movimiento de la boquilla de un lado a otro de las lesiones como si se pintara una pared). El uso de un cono de plástico aislante térmico manual es una mejora del tratamiento de pulverización dirigida. El cono de tamaño apropiado se coloca directamente en el área de la lesión, de modo que el área de pulverización del refrigerante se limita a la zona expuesta que se ve desde la punta del cono, profundizando la congelación en comparación con el uso de pulverizaciones solas, y el refrigerante se aplica directamente a los tejidos diana, lo que permite el efecto terapéutico de congelación profunda y congelación extensa con la velocidad de enfriamiento más lenta del refrigerante [7]. La punta del cono tiene diferentes tamaños y formas, que permiten la formación de una variedad de bloques congelados en el tejido diana. La intervención con sonda es un enfoque terapéutico de la criocirugía que utiliza sondas, donde una o más sondas se insertan en los tejidos más profundos del tumor, y el refrigerante se recicla a través de la aguja bajo presión y turbulencia, lo que da lugar a la formación de una bola de hielo dentro de los tejidos más profundos del tumor que se está tratando. 2 ciclos de congelación-descongelación pueden extirpar hasta el 85% de los tumores sólidos, y se requieren múltiples congelaciones para tumores más profundos o de mayor diámetro. El bisturí combinado y el bisturí de argón-helio son dispositivos para la intervención con sonda.

2.2 Velocidad de enfriamiento. En la crioterapia, la congelación rápida (velocidad de enfriamiento > 50 °C/min) ocurre solo en las proximidades de la criosonda, con velocidades de enfriamiento más bajas cuanto más lejos de la sonda. Aproximadamente a 1 cm del centro de la pulverización, la velocidad de enfriamiento es solo de 10~20 °C/min, y está relacionada con la temperatura de la boquilla. La mayoría de los tejidos no se enfrían rápidamente cuando se realiza crioterapia en tumores de > 2 cm de diámetro, pero las velocidades de enfriamiento bajas no parecen alterar el resultado del tratamiento [8]. Farrant y Walter [9] sugieren que el principal factor determinante de la supervivencia celular son los diferentes cambios de calor a los que están expuestas las células en diferentes momentos, no la velocidad de enfriamiento. El tiempo necesario para congelar diferentes tejidos lesionados también varía considerablemente.

2.3 Control de temperatura. El pequeño volumen de agua intracelular y la diversidad de electrolitos conducen a diferentes puntos de congelación, incluso tan bajos como -54,9 °C (el punto de congelación más bajo de las soluciones de cloruro de calcio). En la terapia tumoral u otras situaciones en las que se debe garantizar la destrucción del tejido mediante criogenia, -50 °C es lo más seguro para todos los tejidos tumorales, considerando el margen de error para las aplicaciones clínicas. No hay requisito de duración de la congelación si el tejido se mantiene por debajo de -50 °C, mientras que un estado congelado (por ejemplo, por encima de -40 °C) aumentará la destrucción del tejido. Cuando la temperatura del tejido es superior a -40 °C, cuanto mayor sea el tiempo de descongelación, más evidente será el efecto del soluto y el crecimiento de cristales de hielo, y más fuerte será el daño a las células [8].

2.4 Ciclo de congelación-descongelación. Los ciclos repetidos de congelación-descongelación son más destructivos para el tejido tumoral, pero los intervalos específicos entre los ciclos de congelación-descongelación no se han determinado en este momento. Whittaker [10] descubrió en experimentos de congelación repetida cíclica en mucosa oral de hámster que los cristales de hielo intracelulares aumentaban en el intervalo entre cada ciclo de congelación-descongelación, lo que llevó a proponer que intervalos más largos aumentan la eficacia de la congelación, y que tiempos de descongelación más prolongados inducen la ruptura osmótica de las membranas celulares mediante la recristalización de los cristales de hielo intracelulares. Al mismo tiempo, la descongelación continua mantendrá el tejido en un estado de hipotermia que dura lo suficiente como para estancar la microcirculación. Cuando se produce pérdida de calor en esta región congelada, el segundo ciclo de congelación-descongelación será más eficaz. Sin embargo, en la práctica clínica, es difícil esperar largos intervalos para que los cristales de hielo se descongelen completamente debido a la carga de trabajo. En resumen, la técnica más deseable para destruir el tejido patológico es congelar rápidamente el tejido a una temperatura baja apropiada, prolongar la duración mediante una descongelación lenta y repetir el ciclo de congelación-descongelación.

3 Mecanismos simples de la crioterapia

3.1 Fenómenos superficiales. Cuando se aplica criopulverización a lesiones cutáneas, se produce un cambio evidente inmediatamente después de un período de congelación de 20 a 30 s, mostrando un campo de hielo blanco. A los pocos minutos de la descongelación, la piel en el borde del campo de hielo aparece de color rojo púrpura y se mueve de manera concéntrica, con límites distintos de la piel sana circundante tanto en las capas epidérmicas como en las más profundas de la piel, seguido de que los tejidos más profundos se vuelven más pálidos, y se forman ampollas hemorrágicas en la superficie que gradualmente forman costras durante un período de 2 a 6 semanas [11]. Esencialmente, no hay diferencia en los cambios después del tratamiento de criocongelación y criopulverización; se pueden ver cristales de hielo inmediatamente después de la congelación, pero los primeros cambios celulares se retrasan hasta aproximadamente 30 min después, cuando aparecen números crecientes de eosinófilos en el citoplasma; dentro de 1 h después de la congelación, puede no haber muerte celular evidente, pero la cariopicnosis y la homogeneización del citoplasma pueden ocurrir en las horas siguientes [12].

3.2 Necrosis celular y apoptosis. La necrosis celular o muerte celular regulada por genes (apoptosis) es un mecanismo por el cual la congelación produce directamente daño celular. Un estudio de criopreservación de experimento in vivo realizado por Forest et al [13] en el que se inyectó una célula de adenocarcinoma de pulmón humano en la región dorsal de ratones mostró necrosis parcial en el centro de la región congelada con células apoptóticas en la región circundante, y la apoptosis aumentó gradualmente en el período de 2 a 8 h después de la congelación, que tuvo lugar en la región más allá de la región necrótica, pero el límite entre las dos no estaba claro, y la segunda necrosis se observó después de 4 días. El experimento in vivo ilustra el momento de la apoptosis después de la criocirugía y también aclara el vínculo directo entre los estudios in vitro e in vivo. La apoptosis o necrosis secundaria es causada por los cambios del microambiente dentro y fuera de las células tumorales durante la congelación, como el cambio del valor del pH, la anormalidad de la ATPasa, el daño mitocondrial, la alteración electrolítica, la ruptura de orgánulos y del núcleo [14].

3.3 Daño celular directo. El sitio congelado muestra microscópicamente desgranulación del retículo endoplásmico. Histológicamente, aparecen ampollas en la unión dermoepidérmica, y se produce la muerte máxima de las células epidérmicas y los melanocitos asociados. La ruptura de la membrana celular debido a los cristales de hielo extracelulares es disruptiva para las células estrechamente empaquetadas en los tumores sólidos. Durante la congelación, se forman cristales de hielo en muchas células, destruyendo las mitocondrias y el retículo endoplásmico. Los cambios en el hielo extracelular y la disminución del agua extracelular están asociados con aumentos en la concentración de solutos. Los cambios en la presión osmótica pueden conducir a la lisis celular, la reducción del volumen celular y la ruptura de la membrana celular, algunos de los cuales son irreversibles y se exacerban durante la descongelación. Aunque muchas de las células parecen normales inmediatamente después de la descongelación, muchas de ellas han muerto. Los cristales de hielo grandes son más destructivos que los cristales de hielo pequeños [12]. La descongelación lenta está asociada con la recristalización del hielo y es más destructiva que la descongelación rápida. La criocirugía con nitrógeno líquido es más eficaz en la práctica clínica debido a la descongelación lenta del nitrógeno líquido en relación con otros refrigerantes, lo cual es un factor importante para aumentar la destrucción del tejido.

3.4 Detención de la microcirculación y regeneración. El enfriamiento suave reduce el flujo microvascular, lo que se observa fácilmente en invierno cuando la piel se vuelve blanca, pero este efecto es menor en las arteriolas. Después de la congelación con nitrógeno líquido, los vasos sanguíneos se contraen, pero después de una congelación profunda, los vasos sanguíneos comienzan a dilatarse, se forman microtrombos en los capilares y las venas y se fijan gradualmente a las células endoteliales, de modo que finalmente no fluyen en absoluto, y este efecto se puede observar por debajo de -15 °C. Los microtrombos se forman debido a la agregación plaquetaria y la estasis sanguínea, lo que resulta en necrosis celular avascular, y el grado de necrosis celular avascular dependerá de la profundidad de congelación y la anchura de difusión lateral [15]. En la práctica clínica, puede ocurrir oclusión de venas y capilares, pero raramente de grandes arterias y arteriolas.

El tejido se congela, pero la matriz puede no cambiar mucho, y la preservación de esta arquitectura es importante para la reparación. La cicatrización de heridas es un proceso activo que comienza con una respuesta inflamatoria en el borde de la lesión debido a las quimiocinas, con un inicio temprano de la infiltración de neutrófilos, seguido de la infiltración de monocitos, estimulada por mediadores inflamatorios como las hormonas proinflamatorias, la histamina y las citocinas, y que ocurre inmediatamente con la hipotermia y el edema causados por la descongelación del tejido congelado. Algunos estudiosos creen que la infiltración de células inflamatorias contribuye al desarrollo de la apoptosis y la destrucción del tejido [16]. A medida que se forma gradualmente tejido de granulación, los fibroblastos se diferencian en miofibroblastos, y el colágeno dañado es reemplazado por colágeno nuevo. La infiltración celular ayuda a establecer un nuevo sistema de microcirculación, que es esencial para el proceso de reparación de los tejidos [17]. La cicatrización retardada es una de las características de las heridas criogénicas, tanto en términos de formación de costras como de reabsorción, y la eliminación del tejido necrótico lleva algún tiempo. Las heridas por congelación cicatrizan más lentamente que las heridas por escisión, pero el sistema microcirculatorio mejora.

4 Estado actual de la crioterapia

4.1 Crioterapia de enfermedades de la piel. La crioterapia de dermatosis ha sido relativamente común, con alta tasa de curación y tasa de recurrencia de alrededor del 10%, como se muestra en la Tabla 1 [18]. En el tratamiento de pequeños carcinomas basocelulares y de células escamosas (2 cm de diámetro), Kuflik [19] en su resumen de 30 años de experiencia clínica con 4.406 cánceres de piel encontró una tasa de curación del 98% con crioterapia. Un estudio de Nordin y Stenquist [20] sobre el resultado de 100 tratamientos de criocirugía auricular durante un período de 5 años encontró solo una recurrencia y concluyó que la resección quirúrgica seguida de crioterapia de la lesión es un tratamiento seguro.

Tabla 1 Tiempo de congelación y resultados del tratamiento para dermatosis benignas y precancerosas

4.2 Crioterapia de tumores malignos. La mayoría de los tumores se tratan mejor mediante resección quirúrgica, lo que facilita el examen y la evaluación quirúrgica. El tratamiento quirúrgico conservador es un tratamiento mínimamente invasivo y ablativo (como la criocirugía). La criocirugía es un tratamiento seguro y eficaz para una variedad de tumores, principalmente aplicado a una variedad de tumores sólidos en todo el cuerpo, incluyendo cáncer de hígado, cáncer de pulmón, cáncer de próstata, cáncer colorrectal, glioma, cáncer renal, tumores benignos y malignos del hueso, melanoma, cáncer de mama, cáncer de páncreas, tumores de tejidos blandos, carcinomas suprarrenales, meningiomas y leiomiomas uterinos, así como alivio del dolor para cánceres, que ahora se usa más comúnmente para el cáncer de hígado y cáncer de pulmón [21-36]. La piel cancerosa se trata principalmente con un dispositivo manual de pulverización de nitrógeno líquido. Consulte la Tabla 2 para conocer el tiempo de crioterapia y los resultados del tratamiento [37]. La crioterapia tumoral in vivo se realiza principalmente utilizando el bisturí de argón-helio y el bisturí combinado. Desde la introducción del bisturí de argón-helio en China en 1999, más de 20.000 pacientes con tumores han recibido crioablación con bisturí de argón-helio, con una tasa efectiva de más del 90% [38]. La criocirugía es eficaz, pero no óptima. Los estudios han demostrado que la crioablación con bisturí de argón-helio combinada con fármacos quimioterapéuticos o múltiples inmunoterapias puede mejorar significativamente la tasa de supervivencia de los pacientes [39-40]. El estudio de Liu Bing y Zhang Yuanhao [41] mostró que las metástasis hepáticas del cáncer colorrectal tratadas con crioablación con bisturí de argón-helio combinada con inmunoterapia celular autóloga se redujeron más significativamente que las tratadas solo con crioterapia y solo con inmunoterapia celular autóloga. Un estudio de Liang et al [42] mostró que la combinación de crioablación, terapia con células asesinas naturales y Herceptin en el tratamiento del cáncer de mama recurrente dio como resultado una mejor reducción de los niveles de células tumorales circulantes, reducción del antígeno carcinoembrionario y glucoantígenos 15-3, y una mejora significativa de la función inmunitaria, en comparación con la crioablación sola o la combinación de crioablación y terapia con células asesinas naturales. El bisturí combinado pionero en China ha completado los ensayos clínicos y puede utilizarse ampliamente en la crioterapia de tumores sólidos clínicos. La primera aplicación clínica se llevó a cabo en el Hospital del Cáncer de la Universidad de Pekín el 13 de julio de 2018. En la actualidad, no se ha combinado con otras terapias y fármacos [43].

Tabla 2 Tiempo de congelación y resultados de la crioterapia para piel cancerosa

SIDA: síndrome de inmunodeficiencia adquirida

5. Resumen

La crioterapia tiene una amplia gama de aplicaciones y un alto valor clínico. En la actualidad, la velocidad de enfriamiento, el mecanismo y el efecto terapéutico de las indicaciones de la crioterapia se han estudiado completamente, especialmente para la crioablación con bisturí de argón-helio, pero el estudio clínico sobre el bisturí combinado con poco tiempo de aplicación no es suficiente. El bisturí combinado tiene las ventajas de bajo precio, bajo coste operativo y rendimiento general superior al bisturí de argón-helio, lo que lo hace más adecuado para la aplicación clínica en China. Es muy importante determinar el esquema de tratamiento del bisturí de argón-helio o bisturí combinado combinado con múltiples inmunoterapias, el tipo y modo de administración de los fármacos combinados, así como el tiempo de congelación, el tiempo de recalentamiento y el intervalo de tiempo entre los ciclos de congelación-descongelación, para mejorar el efecto clínico de la crioterapia, pero aún se necesitan más estudios. Además, el problema de la tolerancia inmunitaria causada por la liberación de antígenos tisulares por la destrucción celular después de la criocirugía también debe abordarse. El estudio adicional de la respuesta inmunitaria a la crioterapia, principalmente los cambios en la liberación de citocinas y la diferenciación de células T en la expresión génica y las vías de señalización relacionadas, es de gran importancia para la comprensión de la esencia de la crioterapia.

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Recibido el: 24 de octubre de 2018 Revisado el: 20 de noviembre de 2018 Editor: Li Jin