KR102385845B1

KR102385845B1 - Irreversible electroporation system and method

Info

Publication number: KR102385845B1
Application number: KR1020210178863A
Authority: KR
Inventors: 김성남; 김홍배; 정세웅
Original assignee: (주)더스탠다드
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2021-12-14
Publication date: 2022-04-12

Abstract

The present invention relates to irreversible electroporation system and method with a longer duty cycle than a conventional irreversible electroporation device. The irreversible electroporation system according to an embodiment of the present invention comprises: an electrode unit; a power supply unit for supplying power to the electrode unit; a voltage generation unit for generating a voltage pulse by supplying the power from the power supply unit; and a control unit for controlling by applying the generated voltage pulse to the electrode unit, wherein an electric field may be formed in the electrode unit by the applied voltage pulse, the applied voltage pulse may have a duty cycle of 5% to 83%.

Description

Irreversible electroporation system and method

본 발명은 비가역 전기 천공 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 긴 듀티 사이클을 갖는 비가역 전기 천공 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to irreversible electroporation systems and methods, and more particularly to irreversible electroporation systems and methods with long duty cycles.

일반적으로, 비가역성 전기 천공법(irreversible electroporation: IRE)은 짧은 고 전기 펄스가 표적 조직에 전달되어 세포막의 비가역적 투과에 의해 세포 사멸과 세포 사멸을 유도하는 새로운 비열 조직 절제 기술이다 In general, irreversible electroporation (IRE) is a novel non-thermal tissue ablation technique in which a short high electric pulse is delivered to a target tissue to induce apoptosis and apoptosis by irreversible permeation of the cell membrane.

IRE는 냉동 절제, 고주파 절제 및 마이크로파 절제와 같은 기존의 여러 절제 기술과 비교하여 조직 절제의 대체 방법으로 활발히 연구되고 있다. IRE is being actively studied as an alternative method of tissue ablation compared to several existing ablation techniques such as cryoablation, radiofrequency ablation, and microwave ablation.

여러 전임상 연구에서 돼지 간 및 췌장 모델에서 혈관을 통해 방열판없이 IRE의 조직 절제 능력이 입증되었다. 또한 절제 부위 내의 동맥, 정맥 및 담관과 같은 혈관은 IRE [1,6-8]의 영향을 받지 않았다. Several preclinical studies have demonstrated the tissue ablation capacity of IRE without heat sinks via blood vessels in porcine liver and pancreatic models. Also, vessels such as arteries, veins and bile ducts within the resection site were not affected by IRE [1,6-8].

그러나 기존의 비가역 전기 천공(IRE)은 250~1000ms와 같이 상대적으로 긴 펄스 간 지연으로 인해 0.01~0.04% 범위의 상대적으로 짧은 듀티 사이클을 갖는다. 이러한 긴 펄스 지연은 잔류 암 세포를 남겨서 암 재발로 이어진다. However, conventional irreversible electroporation (IRE) has relatively short duty cycles ranging from 0.01 to 0.04% due to relatively long inter-pulse delays, such as 250 to 1000 ms. This long pulse delay leaves residual cancer cells leading to cancer recurrence.

이 문제를 극복하기 위해 IRE는 많은 임상 시험에서 테스트 펄스와 IRE의 주요 펄스 사이에 10Å 이상에서 수행된다. 이러한 전류는 전극 사이의 조직 내에서 아크를 발생시켜 심각한 역효과를 유발할 수 있다. To overcome this problem, IRE is performed in many clinical trials at greater than 10 Å between the test pulse and the main pulse of the IRE. These currents can arc in the tissue between the electrodes, causing serious adverse effects.

따라서 이러한 부작용들을 줄이기 위해 IRE의 듀티 사이클을 조절하여 충분한 세포 사멸을 유발할 수 있음을 생각해 볼 수 있다.Therefore, it is conceivable that sufficient cell death can be induced by regulating the duty cycle of IRE to reduce these side effects.

이전 연구에 따르면, 양극성(Biphasic) 펄스의 듀티 사이클을 증가시키면 잔류 암세포가 생존하지 못하도록 전기 천공된 세포가 증가할 수 있다. 하지만 단극성(Monophasic) 펄스의 듀티 사이클을 증가시켜서 세포 사멸 효율 및 이의 안전성에 대해 평가한 사례는 없었다.Previous studies have shown that increasing the duty cycle of biphasic pulses can increase the number of electroporated cells to prevent residual cancer cells from surviving. However, there was no case of increasing the duty cycle of a monophasic pulse to evaluate the efficiency of apoptosis and its safety.

전술한 바와 같이, 기존의 비가역적 전기 천공법(IRE)은 0.01-0.04 % 범위의 짧은 듀티 사이클의 펄스 폭을 사용하여 절제된 조직 내에 잔류 간 세포를 남겨서 암의 유발 원인이 되고, 펄스 폭의 듀티 사이클과 IRE의 타당성 및 안전성 간의 관계가 명확하지 않은 문제점이 있다. As described above, conventional irreversible electroporation (IRE) uses a pulse width with a short duty cycle in the range of 0.01-0.04 % to leave residual hepatocytes in the resected tissue, causing cancer, and the duty cycle of the pulse width is There is a problem in that the relationship between the cycle and the validity and safety of the IRE is not clear.

관련 선행 특허 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제 10-2019-0122627 호(2019.10.30. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 비가역적 전기천공법 장치가 기재되어 있다.As a related prior patent document, there is Republic of Korea Patent Publication No. 10-2019-0122627 (published on October 30, 2019), which describes an irreversible electroporation apparatus.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 피험자의 절제된 조직 내에 잔류 간 세포를 남기지 않고, 펄스 폭의 듀티 사이클과 비가역 전기 천공(IRE)의 타당성 및 안전성 간의 관계를 명확하게 할 수 있도록 하는, 비가역 전기 천공 시스템 및 방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, to make it possible to clarify the relationship between the duty cycle of the pulse width and the validity and safety of irreversible electroporation (IRE) without leaving residual liver cells in the excised tissue of a subject. , to provide an irreversible electroporation system and method.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공 시스템은, 전극 유닛; 상기 전극 유닛에 전원을 공급하기 위한 전원 유닛; 상기 전원 유닛으로부터 전원을 공급받아 전압 펄스를 생성하는 전압 생성 유닛; 및 상기 생성된 전압 펄스를 상기 전극 유닛에 인가하도록 제어하는 제어 유닛을 포함하고, 상기 전극 유닛에는 상기 인가된 전압 펄스에 의해 전기장이 형성되고, 상기 인가된 전압 펄스는 5% 내지 83% 듀티 사이클을 가질 수 있다.Irreversible electroporation system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, the electrode unit; a power supply unit for supplying power to the electrode unit; a voltage generating unit receiving power from the power supply unit and generating a voltage pulse; and a control unit controlling to apply the generated voltage pulse to the electrode unit, wherein an electric field is formed in the electrode unit by the applied voltage pulse, and the applied voltage pulse has a duty cycle of 5% to 83% can have

상기 듀티 사이클은 단극성(Monophasic) 듀티 사이클 또는 양극성(Biphasic) 듀티 사이클 중 하나일 수 있다.The duty cycle may be either a monophasic duty cycle or a biphasic duty cycle.

상기 전극 유닛이 피험자의 췌장에 타일 타민 염산염, 졸라 제팜 염산염 및 자일 라진 염산염이 주사되고, 이소 플루란이 1.5 내지 2.0%로 유지될 수 있다.The electrode unit may inject tiletamine hydrochloride, zolazepam hydrochloride and xylazine hydrochloride into the subject's pancreas, and isoflurane may be maintained at 1.5 to 2.0%.

상기 제1 바이폴라 전극 및 상기 제2 바이폴라 전극은 간격이 10 mm의 거리로 유지되고, 15 mm의 노출이 유지될 수 있다.A distance between the first bipolar electrode and the second bipolar electrode may be maintained at a distance of 10 mm, and an exposure of 15 mm may be maintained.

상기 피험자는, 상기 비가역 전기 천공(IRE)이 2시간 진행된 제1 그룹(G1); 상기 비가역 전기 천공(IRE)이 2일 동안 진행된 제2 그룹(G2); 상기 비가역 전기 천공(IRE)이 14일 동안 진행된 제3 그룹(G3); 및 상기 비가역 전기 천공(IRE)이 14일 동안 특정 전기적 조건으로 진행된 제4 그룹(G4)을 포함할 수 있다.The subject, the first group (G1), the irreversible electroporation (IRE) proceeded for 2 hours; the second group (G2) in which the irreversible electroporation (IRE) was performed for 2 days; a third group (G3) in which the irreversible electroporation (IRE) was performed for 14 days; and a fourth group (G4) in which the irreversible electroporation (IRE) was performed under specific electrical conditions for 14 days.

상기 제1 그룹 내지 상기 제3 그룹은, 상기 전압 펄스의 진폭이 1500 V/cm이고, 상기 전압 펄스의 폭이 100 ㎲이고, 상기 전압 펄스의 간격이 100 ㎲이고, 상기 전압 펄스의 수가 90이고, 상기 전압 펄스의 듀티 사이클이 50%일 수 있다.In the first group to the third group, the amplitude of the voltage pulse is 1500 V/cm, the width of the voltage pulse is 100 μs, the interval of the voltage pulse is 100 μs, and the number of voltage pulses is 90 , a duty cycle of the voltage pulse may be 50%.

상기 제4 그룹의 상기 특정 전기적 조건은, 상기 전압 펄스의 진폭이 1000 V/cm이고, 상기 전압 펄스의 폭이 1000 ㎲이고, 상기 전압 펄스의 간격이 100 ㎲이고, 상기 전압 펄스의 수가 90이고, 상기 전압 펄스의 듀티 사이클이 83%일 수 있다.The specific electrical condition of the fourth group is that the amplitude of the voltage pulse is 1000 V/cm, the width of the voltage pulse is 1000 μs, the interval of the voltage pulse is 100 μs, the number of voltage pulses is 90 , a duty cycle of the voltage pulse may be 83%.

상기 피험자의 췌장은 5 mm 간격으로 절단되고, 절제 영역의 중앙 부분이 1 % Triphenyltetrazolium chloride(TTC) 용액에 넣어져 37 °C에서 20 분간 염색되고, 10 % 중성 포르말린 용액에 고정되고, 마톡 실린(H) 및 에오신(E) 염색된 후 사진 촬영(photograph) 되고, 절제 영역의 수평 및 수직 축이 측정될 수 있다.The subject's pancreas was cut at intervals of 5 mm, and the central part of the resection area was put in 1% Triphenyltetrazolium chloride (TTC) solution and stained at 37 °C for 20 minutes, fixed in 10% neutral formalin solution, and martoxylin ( H) and eosin (E) staining and then photographed, the horizontal and vertical axes of the ablation area can be measured.

상기 듀티 사이클이 50%인 비가역 전기 천공(IRE)에 따른 혈액학적 평가는 상기 피험자의 혈액 샘플 수집 후 혈청이 분리되고, 아스파 테이트 트랜스 아미나제(AST), 알라닌 트랜스 아미나제(ALT), 알칼리성 포스파타제(ALP), 총 빌리루빈(T-bil), 리파제(lipase) 및 아밀라제(amylase) 수준이 측정될 수 있다.Hematological evaluation according to irreversible electroporation (IRE) with the duty cycle of 50% is that serum is isolated after collection of the subject's blood sample, aspartate transaminase (AST), alanine transaminase (ALT), alkaline phosphatase (ALP), total bilirubin (T-bil), lipase and amylase levels can be measured.

상기 피험자의 절제 영역인 췌장 이미지는, 상기 제1 그룹(G1)의 너비가 24.244 ±6.046 mm이고, 높이가 19.475 ±2.045 mm이고, 면적이 470.325 ±117.936 mm²이고, 상기 제2 그룹(G2)의 너비가 15.284 ±1.318 mm이며, 높이가 15.317 ±2.021 mm이고, 면적이 233.217 ±27.766 mm²일 수 있다.In the image of the pancreas as the resection region of the subject, the width of the first group (G1) was 24.244 ± 6.046 mm, the height was 19.475 ± 2.045 mm, and the area was 470.325 ± 117.936 mm ² , and the second group (G2) may have a width of 15.284 ±1.318 mm, a height of 15.317 ±2.021 mm, and an area of 233.217 ±27.766 mm ² .

상기 피험자의 절제 영역인 췌장에 대한 염증의 정도와 중증도는, 간질성 부종, 출혈, 괴사 및 백혈구 침윤의 변화를 포함할 수 있다.The degree and severity of inflammation in the subject's resection region, the pancreas, may include interstitial edema, hemorrhage, necrosis, and changes in leukocyte infiltration.

상기 간질성 부종은 상기 제1 그룹(G1) 및 상기 제2 그룹(G2)에서 변화가 있고, 상기 제3 그룹(G3) 및 상기 제4 그룹(G4)에서 변화가 없다.The interstitial edema has a change in the first group (G1) and the second group (G2), and there is no change in the third group (G3) and the fourth group (G4).

상기 출혈은 상기 제1 그룹(G1) 및 상기 제2 그룹(G2)에서 변화가 있고, 상기 제3 그룹(G3) 및 상기 제4 그룹(G4)에서 변화가 없다.The bleeding has a change in the first group (G1) and the second group (G2), and there is no change in the third group (G3) and the fourth group (G4).

상기 괴사는 상기 제1 그룹(G1)에서 중증도 이상이 평균 4점이고, 상기 제2 그룹(G2)에서 중증도 이상이 평균 3.3점이고, 상기 제3 그룹(G3)에서 중증도 이상이 평균 1점이고, 상기 제4 그룹(G4)에서 중증도 이상이 평균 0. 7점이다.The necrosis in the first group (G1) has an average of 4 points or more, the second group (G2) has an average of 3.3 or more, and the third group (G3) has an average of 1 or more points, and the second group (G2) has an average of 1 point. In group 4 (G4), the average score of more than severe was 0.7 points.

상기 백혈구 침윤은 염증 세포 침윤 정도가 상기 제1 그룹(G1)에서 평균 2점이고, 상기 제2 그룹(G2)에서 평균 4점이고, 상기 제3 그룹(G3)에서 평균 2.7점이고, 상기 제4 그룹(G4)에서 평균 0. 3점이다.In the leukocyte infiltration, the degree of inflammatory cell infiltration was an average of 2 points in the first group (G1), an average of 4 points in the second group (G2), an average of 2.7 points in the third group (G3), and the fourth group ( In G4), the average score is 0.3.

상기 간질성 부종, 상기 출혈, 상기 괴사 및 상기 백혈구 침윤의 4가지 점수의 합을 비교한 결과, 상기 제4 그룹(G4) < 상기 제3 그룹(G3) < 상기 제1 그룹(G1) < 상기 제2 그룹(G2) 순으로 나타난다.As a result of comparing the sum of the four scores of the interstitial edema, the bleeding, the necrosis, and the leukocyte infiltration, the fourth group (G4) < the third group (G3) < the first group (G1) < the above The second group (G2) appears in order.

상기 아스파 테이트 트랜스 아미나제(AST) 및 상기 알라닌 트랜스 아미나제(ALT)는 간세포 간 손상을 특징짓는 농도로서 상기 제1 그룹(G1) 내지 상기 제4 그룹(G4)에서 모두 정상이다.The aspartate transaminase (AST) and the alanine transaminase (ALT) are concentrations that characterize hepatocellular liver damage, and are all normal in the first group (G1) to the fourth group (G4).

상기 알칼리성 포스파타제(ALP)는 담즙 정체를 나타내는 수준으로서 상기 제1 그룹(G1) 내지 상기 제4 그룹(G4)에서 모두 정상이다.The alkaline phosphatase (ALP) is a level indicative of cholestasis, and all of the first group (G1) to the fourth group (G4) are normal.

상기 총 빌리루빈(T-bil)은 상기 비가역 전기 천공(IRE) 후 담관이 막혔는지 여부를 나타내는 수치로서 상기 전압 펄스의 듀티 사이클이 50%인 상기 비가역 전기 천공(IRE) 후 2 일에 약간의 변화가 있더라도 테스트 기간 동안 정상을 유지할 수 있다.The total bilirubin (T-bil) is a number indicating whether the bile duct is blocked after the irreversible electroporation (IRE), and a slight change at 2 days after the irreversible electroporation (IRE) where the duty cycle of the voltage pulse is 50% Even if there is, it can maintain normality during the test period.

상기 리파제(lipase) 및 아밀라제(amylase)는 췌장염을 나타내는 수준으로서 상기 전압 펄스의 듀티 사이클이 50%인 상기 비가역 전기 천공(IRE) 후 2 일에 1951.83 ±442.49이고, 상기 아밀라제(amylase) 농도의 경우 통계적으로 유의하지 않은 P <0.05이 될 수 있다.The lipase and amylase levels were 1951.83 ± 442.49 2 days after the irreversible electroporation (IRE) with the duty cycle of the voltage pulse being 50% as levels indicative of pancreatitis, and the amylase concentration was It can be a statistically insignificant P < 0.05.

상기 피험자의 절제 영역인 췌장의 종양 조직에 대한 적용은, 0.01 내지 0.04 % 범위의 듀티 사이클에 해당하는 부정맥 유발을 피하기 위해 최대 3kV 범위의 진폭과 1Hz 내지 4Hz의 90 펄스 범위의 전기 프로토콜을 이용하고, 규칙적인 전기 조건이 적용되는 경우 펄스 폭이 100 ㎲이고, 펄스 간격이 249.9 내지 999.9 ms이고, 상기 튜티 사이클을 20 % 내지 50 %로 줄이면 비가역 전기 천공 효율은 10 % 감소한다.The application to the tumor tissue of the pancreas, which is the resection area of the subject, uses an electrical protocol with an amplitude ranging up to 3 kV and a 90 pulse range of 1 Hz to 4 Hz to avoid arrhythmia induction corresponding to a duty cycle ranging from 0.01 to 0.04%, and , when regular electrical conditions are applied, the pulse width is 100 μs, the pulse interval is 249.9 to 999.9 ms, and reducing the duty cycle to 20% to 50% reduces the irreversible electroporation efficiency by 10%.

상기 제어 유닛은 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치, 제4 스위치, 및 브릿지선을 포함하는 브릿지 회로를 포함한다.The control unit includes a first switch, a second switch, a third switch, a fourth switch, and a bridge circuit including a bridge line.

상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 전기적으로 직렬 연결되고, 상기 제3 스위치 및 제4 스위치는 전기적으로 직렬 연결되고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치와 상호 전기적으로 병렬 연결된다.The first switch and the second switch are electrically connected in series, the third switch and the fourth switch are electrically connected in series, and the first switch and the second switch are the third switch and the fourth switch. are electrically connected in parallel with each other.

상기 브릿지선은 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 사이와 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치의 사이를 전기적으로 연결한다.The bridge line electrically connects between the first switch and the second switch and between the third switch and the fourth switch.

상기 제어 유닛은 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치를 제어하여 양의 전압 펄스 또는 음의 전압 펄스를 상기 바이폴라 전극 유닛에 제공한다.The control unit controls the first switch, the second switch, the third switch and the fourth switch to provide a positive voltage pulse or a negative voltage pulse to the bipolar electrode unit.

상기 양의 전압 펄스 또는 상기 음의 전압 펄스는 각각 그룹 펄스들을 포함하고, 상기 양의 전압 펄스 또는 상기 음의 전압 펄스의 전압은 700V 내지 3000V, 상기 양의 전압 펄스 또는 상기 음의 전압 펄스의 펄스 폭은 100㎲ 내지 1000㎲, 상기 양의 전압 펄스 또는 상기 음의 전압 펄스의 펄스 지연은 100㎲ 내지 2000㎲, 상기 양의 전압 펄스 또는 상기 음의 전압 펄스의 펄스 수는 1 내지 20개, 상기 그룹 펄스들의 수는 1 내지 5개, 상기 그룹 펄스들의 지연은 100㎲ 내지 2000㎲이다.The positive voltage pulse or the negative voltage pulse includes group pulses, respectively, the voltage of the positive voltage pulse or the negative voltage pulse is 700V to 3000V, the positive voltage pulse or the negative voltage pulse pulse the width is 100 μs to 1000 μs, the pulse delay of the positive voltage pulse or the negative voltage pulse is 100 μs to 2000 μs, the number of pulses of the positive voltage pulse or the negative voltage pulse is 1 to 20, the The number of group pulses is 1 to 5, and the delay of the group pulses is 100 μs to 2000 μs.

상기 제어 유닛은, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 사이에 제공된 제1 접지 스위치; 및 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치 사이에 제공된 제2 접지 스위치를 더 포함한다.The control unit may include: a first grounding switch provided between the first switch and the second switch; and a second ground switch provided between the third switch and the fourth switch.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공 방법은, (a) 전압 생성 유닛이 전원 유닛으로부터 전원을 공급받아 전압 펄스를 생성하는 단계; (b) 제어 유닛이 상기 생성된 전압 펄스를 전극 유닛에 인가하는 단계; 및 (c) 상기 인가된 전압 펄스에 의해 상기 전극 유닛에 전기장이 형성되는 단계를 포함하고, 상기 인가된 전압 펄스는 5% 내지 83% 듀티 사이클을 가질 수 있다.On the other hand, the irreversible electroporation method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, (a) the voltage generating unit receives power from the power supply unit to generate a voltage pulse; (b) applying, by a control unit, the generated voltage pulse to an electrode unit; and (c) forming an electric field in the electrode unit by the applied voltage pulse, wherein the applied voltage pulse may have a duty cycle of 5% to 83%.

상기 (b) 단계는, 상기 전극 유닛이 피험자의 췌장에 삽입되고, 상기 생성된 전압 펄스가 상기 전극 유닛에 인가되어 비가역 전기 천공(IRE)이 진행될 수 있다.In the step (b), the electrode unit is inserted into the subject's pancreas, and the generated voltage pulse is applied to the electrode unit to perform irreversible electroporation (IRE).

상기 피험자는, 상기 비가역 전기 천공(IRE)이 2시간 진행된 제1 그룹(G1); 상기 비가역 전기 천공(IRE)이 2일 동안 진행된 제2 그룹(G2); 상기 비가역 전기 천공(IRE)이 14일 동안 진행된 제3 그룹(G3); 및 상기 비가역 전기 천공(IRE)이 14일 동안 특정 전기적 조건으로 진행된 제4 그룹(G4)을 포함한다.The subject, the first group (G1), the irreversible electroporation (IRE) proceeded for 2 hours; the second group (G2) in which the irreversible electroporation (IRE) was performed for 2 days; a third group (G3) in which the irreversible electroporation (IRE) was performed for 14 days; and a fourth group (G4) in which the irreversible electroporation (IRE) was performed under specific electrical conditions for 14 days.

상기 피험자의 췌장은 5 mm 간격으로 절단되고, 절제 영역의 중앙 부분이 1 % Triphenyltetrazolium chloride(TTC) 용액에 넣어져 37 °C에서 20 분간 염색되고, 10 % 중성 포르말린 용액에 고정되고, 마톡 실린(H) 및 에오신(E) 염색된다.The subject's pancreas was cut at intervals of 5 mm, and the central part of the resection area was put in 1% Triphenyltetrazolium chloride (TTC) solution and stained at 37 °C for 20 minutes, fixed in 10% neutral formalin solution, and martoxylin ( H) and eosin (E) staining.

상기 듀티 사이클이 50% 인 비가역 전기 천공(IRE)에 따른 혈액학적 평가는, 상기 피험자의 혈액 샘플 수집 후 혈청이 분리되고, 아스파 테이트 트랜스 아미나제(AST), 알라닌 트랜스 아미나제(ALT), 알칼리성 포스파타제(ALP), 총 빌리루빈(T-bil), 리파제(lipase) 및 아밀라제(amylase) 수준이 측정된다.Hematological evaluation according to irreversible electroporation (IRE) with the duty cycle of 50%, serum is isolated after collection of the subject's blood sample, aspartate transaminase (AST), alanine transaminase (ALT), alkaline Phosphatase (ALP), total bilirubin (T-bil), lipase and amylase levels are measured.

상기 피험자의 절제 영역인 췌장에 대한 염증의 정도와 중증도는, 간질성 부종, 출혈, 괴사 및 백혈구 침윤의 변화를 포함한다.The degree and severity of inflammation to the subject's resected area, the pancreas, included changes in interstitial edema, hemorrhage, necrosis and leukocyte infiltration.

본 발명에 의하면, 피험자의 절제된 조직 내에 잔류 간 세포를 남기지 않고, 펄스 폭의 듀티 사이클과 비가역 전기 천공(IRE)의 타당성 및 안전성 간의 관계를 명확하게 할 수 있다.According to the present invention, it is possible to clarify the relationship between the duty cycle of the pulse width and the feasibility and safety of irreversible electroporation (IRE) without leaving residual liver cells in the excised tissue of the subject.

또한, 본 발명에 의하면, 빠른 시간 안에 전압 펄스를 인가할 수 있고, 전압 펄스의 횟수를 줄일 수 있다.In addition, according to the present invention, a voltage pulse can be applied within a short time, and the number of voltage pulses can be reduced.

또한, 본 발명에 의하면, 세포의 사멸도가 증가되고, 시간에 따른 조직 재생 및 혈액학적 안정성을 확보할 수 있다.In addition, according to the present invention, the degree of cell death is increased, and tissue regeneration and hematological stability according to time can be secured.

또한, 본 발명에 의하면, 듀티 사이클에 대한 전기 천공 효율의 펄스 지연 시간은 세포막의 전압 임계 값에 도달하지 않으면 남은 살아있는 세포를 생성할 수 있다.In addition, according to the present invention, if the pulse delay time of the electroporation efficiency with respect to the duty cycle does not reach the voltage threshold of the cell membrane, the remaining viable cells can be generated.

또한, 본 발명에 의하면, 췌장 절제로 인해 도관의 일부만 손상되었으나, 대부분의 그룹이 혈관이나 도관에 영향을 미치지 않았다.In addition, according to the present invention, only a portion of the conduit was damaged due to pancreatic resection, but most groups did not affect the blood vessel or conduit.

또한, 본 발명에 의하면, 혈액학적 평가에서 AST, ALT, ALP 및 T-bil은 시술 후 정상 수준에서 관찰되었으며, 듀티 사이클 50 % 비가역 전기 천공(IRE) 후 간세포 간 손상 및 담관 차단이 적용되지 않았다. In addition, according to the present invention, AST, ALT, ALP, and T-bil were observed at normal levels after the procedure in hematological evaluation, and hepatocellular liver damage and bile duct blockage were not applied after irreversible electroporation (IRE) with a duty cycle of 50%. .

또한, 본 발명에 의하면, 췌장염 동안 아밀라아제와 리파아제는 50 % 비가역 전기 천공(IRE)의 7 일에 증가한 후 14 일에 초기 수준으로 회복되었다. Furthermore, according to the present invention, during pancreatitis, amylase and lipase increased at 7 days of 50% irreversible electroporation (IRE) and then returned to initial levels at 14 days.

또한, 본 발명에 의하면, 조직 병리학에서 듀티 사이클 83 % 비가역 전기 천공(IRE)은 간질성 부종과 출혈이 없었으며 치료 후 14 일에 약한 괴사만을 나타냈다. Furthermore, according to the present invention, duty cycle 83% irreversible electroporation (IRE) in histopathology showed no interstitial edema and bleeding and only mild necrosis 14 days after treatment.

또한, 본 발명에 의하면, 듀티 사이클 83 % 비가역 전기 천공(IRE)은 또한 그 당시 약간의 염증과 함께 약한 세포 침윤을 일으키는 것으로 나타났다. Furthermore, according to the present invention, it was shown that duty cycle 83% irreversible electroporation (IRE) also resulted in mild cell infiltration with mild inflammation at that time.

또한, 본 발명에 의하면, 펄스 지속 시간의 50 %의 듀티 사이클을 사용하는 경우 83 % 비가역 전기 천공(IRE)은 모든 병리학적 점수에서 상대적으로 낮은 값을 보였으며, 섬유증이 상당히 적었다. 이러한 결과는 83 % 비가역 전기 천공(IRE)의 듀티 사이클이 심각한 부작용을 유발하지 않음을 의미한다. In addition, according to the present invention, when using a duty cycle of 50% of the pulse duration, 83% irreversible electroporation (IRE) showed relatively low values in all pathological scores and significantly less fibrosis. These results imply that the duty cycle of 83% irreversible electroporation (IRE) did not induce serious adverse effects.

또한, 본 발명에 의하면, 비가역 전기 천공(IRE) 동안 심장의 부정맥을 유발하지만, 본 발명의 결과는 50 % 비가역 전기 천공(IRE)도 83 % 비가역 전기 천공(IRE)도 IRE를 적용한 후 돼지 심장의 부정맥을 유발하지 않았음을 보여주었다. Furthermore, according to the present invention, although it induces cardiac arrhythmias during irreversible electroporation (IRE), the results of the present invention show that neither 50% irreversible electroporation (IRE) nor 83% irreversible electroporation (IRE) causes porcine heart after application of IRE. showed that it did not induce arrhythmias.

또한, 본 발명에 의하면, 조직학적 및 혈액학적 평가와 ECG 모니터링은 50 % 및 80 % 비가역 전기 천공(IRE)의 듀티 사이클 후에 부작용이 발생하지 않았음을 나타냈다.In addition, according to the present invention, histological and hematological evaluations and ECG monitoring indicated that no adverse events occurred after duty cycles of 50% and 80% irreversible electroporation (IRE).

그리고, 본 발명에 의하면, 50 % 비가역 전기 천공(IRE)의 듀티 사이클이 ECG 모니터링 또는 여기에 설명된 병리학적 및 혈액학적 평가를 통해 감지할 수 있는 부작용을 일으키지 않고 기존의 듀티 사이클 0.01~0.04 % 비가역 전기 천공(IRE)과 유사한 절제를 유도한다고 할 수 있다. And, according to the present invention, the duty cycle of 50% irreversible electroporation (IRE) produces no detectable adverse effects through ECG monitoring or the pathological and hematological evaluations described herein, and the conventional duty cycle of 0.01 to 0.04% It can be said to induce ablation similar to irreversible electroporation (IRE).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공 시스템의 외관 형상을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 전극 유닛을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 바이폴라 전극 유닛(100)의 작동 메커니즘을 개략적으로 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기천공용 바이폴라 전극 유닛(200)을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 전극에 대한 전기장의 크기를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 피험자인 돼지 췌장에 비가역 전기 천공(IRE)을 적용하기 위한 수술 절차를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 피험자인 돼지의 췌장에 대한 비가역 전기 천공(IRE)을 4 가지 그룹으로 구분하여 진행한 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 절제 영역을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 절제 영역에 대한 그룹별 염증의 정도와 중증도를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 절제 영역에 대한 손상 유무와 섬유증 정도를 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 혈액학적 평가에서 AST, ALT, ALP 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 혈액학적 평가에서 총 빌리루빈(T-bil) 결과를 나타낸 그래프이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 혈액학적 평가에서 AMYL, LIP 결과를 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 피험자에 대한 심전도(ECG) 관찰 결과를 나타낸 그래프이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공(IRE) 시스템을 인간유래 전립선암의 세포 사멸에 적용한 결과를 나타낸 그래프이다. 1 is a view showing the external shape of the irreversible electroporation system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a configuration diagram schematically showing the configuration of the irreversible electroporation system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically illustrating a bipolar electrode unit according to an embodiment of the present invention.
4 schematically shows an operating mechanism of the bipolar electrode unit 100 of FIG. 2 .
5 is a view schematically showing a bipolar electrode unit 200 for electroporation according to a second embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the magnitude of an electric field for a bipolar electrode according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a surgical procedure for applying irreversible electroporation (IRE) to the porcine pancreas, which is a subject according to an embodiment of the present invention.
8 is a view showing an example in which irreversible electroporation (IRE) for the pancreas of a pig as a test subject according to an embodiment of the present invention is divided into 4 groups.
9 is a graph showing a result of analyzing an excision area of a subject according to an embodiment of the present invention.
10 is a view showing the degree and severity of inflammation for each group in an excision area of a subject according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing the results of analyzing the presence or absence of damage to the excision area and the degree of fibrosis of a subject according to an embodiment of the present invention.
12 is a graph showing AST, ALT, and ALP results in hematological evaluation of a subject according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph showing total bilirubin (T-bil) results in a subject's hematological evaluation according to an embodiment of the present invention.
14 is a graph showing AMYL and LIP results in hematological evaluation of a subject according to an embodiment of the present invention.
15 is a graph illustrating an electrocardiogram (ECG) observation result for a subject according to an embodiment of the present invention.
16 is an operation flowchart for explaining the irreversible electroporation method according to an embodiment of the present invention.
17 is a graph showing the results of applying the irreversible electroporation (IRE) system according to an embodiment of the present invention to apoptosis of human-derived prostate cancer.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only this embodiment allows the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Accordingly, in some embodiments, well-known process steps, well-known device structures, and well-known techniques have not been specifically described in order to avoid obscuring the present invention. Like reference numerals refer to like elements throughout.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.In order to clearly express various layers and regions in the drawings, the thicknesses are enlarged. Throughout the specification, like reference numerals are assigned to similar parts. When a part, such as a layer, film, region, plate, etc., is “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. Conversely, when we say that a part is "just above" another part, we mean that there is no other part in the middle. Also, when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "under" another part, it includes not only the case where it is "directly under" another part, but also the case where there is another part in the middle. Conversely, when a part is said to be "just below" another part, it means that there is no other part in the middle.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.Spatially relative terms "below", "beneath", "lower", "above", "upper", etc. It can be used to easily describe the correlation between an element or components and other elements or components. The spatially relative terms should be understood as terms including different orientations of the device during use or operation in addition to the orientation shown in the drawings. For example, when an element shown in the figures is turned over, an element described as "beneath" or "beneath" another element may be placed "above" the other element. Accordingly, the exemplary term “below” may include both directions below and above. The device may also be oriented in other orientations, and thus spatially relative terms may be interpreted according to orientation.

본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In the present specification, when a part is said to be connected to another part, this includes not only a case in which it is directly connected, but also a case in which it is electrically connected with another element interposed therebetween. In addition, when it is said that a part includes a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1 구성 요소가 제 2 또는 제 3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.In this specification, terms such as first, second, third, etc. may be used to describe various components, but these components are not limited by the terms. The above terms are used for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second or third component, and similarly, the second or third component may also be alternately named.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used with the meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in a commonly used dictionary are not to be interpreted ideally or excessively unless clearly defined in particular.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 비가역 전기 천공 시스템 및 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail with respect to the irreversible electroporation system and method according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공 시스템의 외관 형상을 나타낸 도면이고, 도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따라 생성된 듀티 사이클 펄스 파형을 나타낸 도면이다.Figure 1 is a view showing the external shape of the irreversible electroporation system according to an embodiment of the present invention, Figure 2a is a configuration diagram schematically showing the configuration of the irreversible electroporation system according to an embodiment of the present invention, Figure 2b is this It is a diagram showing a duty cycle pulse waveform generated according to an embodiment of the present invention.

도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공 시스템(1000)은, 바이폴라 전극 유닛(100, 200); 커넥터(300); 제어 유닛(400); 전압 생성 유닛(500); 릴레이 스위치(600); 및 전원 유닛(700)을 포함한다.1, 2A and 2B, the irreversible electroporation system 1000 according to an embodiment of the present invention includes: bipolar electrode units 100 and 200; connector 300; control unit 400; voltage generating unit 500; relay switch 600; and a power supply unit 700 .

이외에, 비가역 전기 천공 시스템(1000)은 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.In addition, the irreversible electroporation system 1000 may further include other components.

본 발명의 실시예에서는 바이폴라 전극 유닛(100, 200)을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 단극성(Monophasic) 전극 유닛에도 동일하게 적용할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the bipolar electrode units 100 and 200 have been described as an example, but the present invention is not limited thereto, and the same may be applied to a monophasic electrode unit.

전원 유닛(700)은 바이폴라 전극 유닛(100, 200)에 전원(전력)을 공급한다.The power unit 700 supplies power (power) to the bipolar electrode units 100 and 200 .

바이폴라 전극 유닛(100, 200)은 제1 본체(10), 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)을 포함하는 제1 바이폴라 전극(110)과, 제2 본체(13), 제3 전극(23) 및 제4 전극(33)을 포함하는 제2 바이폴라 전극(130)을 포함한다.The bipolar electrode units 100 and 200 include a first bipolar electrode 110 including a first body 10 , a first electrode 20 , and a second electrode 30 , a second body 13 , and a third and a second bipolar electrode 130 including an electrode 23 and a fourth electrode 33 .

전압 생성 유닛(500)은 전원 유닛(700)으로부터 전원을 공급받아 전압 펄스를 생성한다. 즉, 전압 생성 유닛(500)은 전원 유닛(700)에서 공급되는 정격 전원을 이용해 기설정된 크기의 전압 펄스를 생성한다. 전압 생성 유닛(500)은 전압 펄스를 기설정된 단계별 크기로 가변시켜 생성할 수 있다. 예를 들면, 700V 내지 3000V의 전압 범위 내에서 단계를 나누어 특정 전압 펄스를 생성할 수 있다. 생성된 전압 펄스는 릴레이 스위치(600)로 공급된다.The voltage generating unit 500 receives power from the power supply unit 700 and generates a voltage pulse. That is, the voltage generating unit 500 generates a voltage pulse of a preset size using the rated power supplied from the power unit 700 . The voltage generating unit 500 may generate a voltage pulse by varying it with a preset step size. For example, a specific voltage pulse may be generated by dividing the steps within a voltage range of 700V to 3000V. The generated voltage pulse is supplied to the relay switch 600 .

릴레이 스위치(600)는 제어 유닛(400)의 제어에 따라 전압 생성 유닛(500)에서 생성된 전압 펄스를 커넥터(300)에 공급한다. 커넥터(300)로 공급된 전압 펄스는 바이폴라 전극 유닛(100, 200)에 인가된다.The relay switch 600 supplies the voltage pulse generated by the voltage generating unit 500 to the connector 300 under the control of the control unit 400 . The voltage pulse supplied to the connector 300 is applied to the bipolar electrode units 100 and 200 .

바이폴라 전극 유닛(100, 200)에는 상기 인가된 전압 펄스에 의해 바이폴라 네트워크 전기장이 형성된다. 즉, 바이폴라 전극 유닛(100, 200)에는 전압 생성 유닛(500)이 인가하는 전압 펄스에 의해 바이폴라 네트워크 전기장이 형성된다. 전압 펄스는 바이폴라 전극 유닛(100, 200)의 스위칭에 의해 양 또는 음으로 변환되어 인가된다. A bipolar network electric field is formed in the bipolar electrode units 100 and 200 by the applied voltage pulse. That is, the bipolar network electric field is formed in the bipolar electrode units 100 and 200 by the voltage pulse applied by the voltage generating unit 500 . The voltage pulse is converted into positive or negative by switching of the bipolar electrode units 100 and 200 and is applied.

여기서, 전압 펄스는 도 2b의 (b)에 도시된 바와 같이, 단극성 고(高) 듀티 사이클인 5% 듀티 사이클 내지 83% 듀티 사이클을 가질 수 있다. 일반적인 기존의 듀티 사이클은 도 2b의 (a)에 도시된 바와 같이, 단극성 저(抵) 듀티 사이클인 0.01% 내지 0.04% 듀티 사이클을 갖는다.Here, the voltage pulse may have a unipolar high duty cycle of 5% duty cycle to 83% duty cycle, as shown in (b) of FIG. 2B. A typical conventional duty cycle has a unipolar low duty cycle of 0.01% to 0.04% duty cycle, as shown in (a) of FIG. 2B.

따라서, 본 발명은 기존의 단극성 저(抵) 듀티 사이클(0.01~0.04%)을 단극성 고(高) 듀티 사이클(5~83%)로 대체함으로써, 빠른 시간 내에 펄스를 인가할 수 있고, 펄스 횟수가 줄어들며, 세포 사멸도를 증가시키며, 시간에 따른 조직 재생 및 혈액학적 안정성을 확보할 수 있다.Therefore, the present invention replaces the existing unipolar low duty cycle (0.01 to 0.04%) with a unipolar high duty cycle (5 to 83%), so that a pulse can be applied within a short time, The number of pulses is reduced, apoptosis is increased, and tissue regeneration and hematological stability can be secured over time.

제어 유닛(400)은 상기 생성된 전압 펄스를 제1 전극(20), 제2 전극(30), 제3 전극(23) 및 제4 전극(33)에 인가하도록 제어한다.The control unit 400 controls to apply the generated voltage pulse to the first electrode 20 , the second electrode 30 , the third electrode 23 , and the fourth electrode 33 .

제어 유닛(400)은 릴레이 스위치(600)를 제어하여 전압 펄스를 선택적으로 바이폴라 전극 유닛(100, 200)에 공급한다. 제어 유닛(400)이 바이폴라 전극 유닛(100, 200)에 전압 펄스를 기설정된 주기로 설정하여 인가할 수 있다. 즉, 전압 펄스를 스위칭하여 양 또는 음으로 변환해 인가할 수 있다. The control unit 400 controls the relay switch 600 to selectively supply voltage pulses to the bipolar electrode units 100 and 200 . The control unit 400 may set and apply a voltage pulse to the bipolar electrode units 100 and 200 at a preset period. That is, the voltage pulse can be switched to be positive or negative and applied.

제어 유닛(400)은 도면에 도시하지는 않았지만, 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치, 제4 스위치, 및 브릿지선을 포함하는 브릿지 회로를 포함한다.Although not shown in the drawings, the control unit 400 includes a bridge circuit including a first switch, a second switch, a third switch, a fourth switch, and a bridge line.

브릿지선은 제1 스위치 및 제2 스위치의 사이와 제3 스위치 및 제4 스위치의 사이를 전기적으로 연결한다.The bridge line electrically connects between the first switch and the second switch and between the third switch and the fourth switch.

제어 유닛(400)은, 제1 스위치와 제2 스위치의 사이에 제공된 제1 접지 스위치; 및 제3 스위치와 제4 스위치 사이에 제공된 제2 접지 스위치를 더 포함한다.The control unit 400 includes a first grounding switch provided between the first switch and the second switch; and a second ground switch provided between the third switch and the fourth switch.

제1 스위치 및 제2 스위치는 전기적으로 직렬 연결되고, 제3 스위치 및 제4 스위치는 전기적으로 직렬 연결되며, 제1 스위치 및 제2 스위치는 제3 스위치 및 제4 스위치와 상호 전기적으로 병렬 연결된다.The first switch and the second switch are electrically connected in series, the third switch and the fourth switch are electrically connected in series, and the first switch and the second switch are electrically connected in parallel with the third switch and the fourth switch. .

제어 유닛(400)은 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치를 제어하여 양의 전압 펄스 또는 음의 전압 펄스를 바이폴라 전극 유닛(100, 200)에 제공한다.The control unit 400 controls the first switch, the second switch, the third switch, and the fourth switch to provide a positive voltage pulse or a negative voltage pulse to the bipolar electrode units 100 and 200 .

양의 전압 펄스 또는 음의 전압 펄스는 각각 그룹 펄스들을 포함하고, 양의 전압 펄스 또는 음의 전압 펄스의 전압은 700V 내지 3000V, 양의 전압 펄스 또는 음의 전압 펄스의 펄스 폭은 100㎲ 내지 1000㎲, 양의 전압 펄스 또는 음의 전압 펄스의 펄스 지연은 100㎲ 내지 2000㎲, 양의 전압 펄스 또는 음의 전압 펄스의 펄스 수는 1 내지 20개, 그룹 펄스들의 수는 1 내지 5개, 그룹 펄스들의 지연은 100㎲ 내지 2000㎲이 될 수 있다.The positive voltage pulse or the negative voltage pulse includes group pulses, respectively, the voltage of the positive voltage pulse or the negative voltage pulse is 700 V to 3000 V, and the pulse width of the positive voltage pulse or the negative voltage pulse is 100 μs to 1000 μs μs, the pulse delay of positive or negative voltage pulses is 100 μs to 2000 μs, the number of pulses of positive or negative voltage pulses is 1 to 20, the number of group pulses is 1 to 5, group The delay of the pulses may be 100 μs to 2000 μs.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 전극 유닛을 개략적으로 나타낸 도면이다. 3 is a diagram schematically illustrating a bipolar electrode unit according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 전극 유닛(100)은 한 쌍의 바이폴라 전극들(110, 130)을 포함한다. Referring to FIG. 3 , the bipolar electrode unit 100 according to an embodiment of the present invention includes a pair of bipolar electrodes 110 and 130 .

한 쌍의 바이폴라 전극들(110, 130)은 제1 바이폴라 전극(110) 및 제2 바이폴라 전극(130)을 포함한다.The pair of bipolar electrodes 110 and 130 includes a first bipolar electrode 110 and a second bipolar electrode 130 .

제1 바이폴라 전극(110)은 제1 본체(10), 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)을 포함한다. 제1 본체(10)는 길게 뻗어 있다. 즉, 제1 본체(10)는 종양 세포(T)에 침투되도록 종양 세포(T)를 향하여 길게 뻗은 형상을 가진다. 제1 전극(20)은 제1 본체(10)의 표면에 형성된다. 제2 전극(30)은 제1 본체(10)의 길이 방향을 따라 제1 전극(20)과 이격되어 위치한다. 제2 전극(30)도 제1 본체(10)의 표면에 형성된다. 제1 전극(20)과 제2 전극(30)을 합쳐 바이폴라(bipolar)라고 한다.The first bipolar electrode 110 includes a first body 10 , a first electrode 20 , and a second electrode 30 . The first body 10 is elongated. That is, the first body 10 has a shape extending toward the tumor cells (T) to penetrate the tumor cells (T). The first electrode 20 is formed on the surface of the first body 10 . The second electrode 30 is spaced apart from the first electrode 20 in the longitudinal direction of the first body 10 . The second electrode 30 is also formed on the surface of the first body 10 . The first electrode 20 and the second electrode 30 are collectively referred to as bipolar.

제2 바이폴라 전극(130)은 제2 본체(13), 제3 전극(23) 및 제4 전극(33)을 포함한다. 제2 본체(13)는 길게 뻗어 있다. 즉, 제2 본체(13)는 종양 세포(T)에 침투되도록 종양 세포(T)를 향하여 길게 뻗은 형상을 가진다. 제3 전극(23)은 제2 본체(13)의 표면에 형성된다. 제4 전극(33)은 제2 본체(13)의 길이 방향을 따라 제3 전극(23)과 이격되어 위치한다. 제4 전극(33)도 제2 본체(13)의 표면에 형성된다. 제3 전극(23)과 제4 전극(33)도 합쳐서 바이폴라(bipolar)라고 한다. The second bipolar electrode 130 includes a second body 13 , a third electrode 23 , and a fourth electrode 33 . The second body 13 is elongated. That is, the second body 13 has a shape extending toward the tumor cell (T) so as to penetrate the tumor cell (T). The third electrode 23 is formed on the surface of the second body 13 . The fourth electrode 33 is positioned to be spaced apart from the third electrode 23 in the longitudinal direction of the second body 13 . The fourth electrode 33 is also formed on the surface of the second body 13 . The third electrode 23 and the fourth electrode 33 are also collectively referred to as bipolar.

따라서 제1 바이폴라 전극(110)과 제2 바이폴라 전극(130)은 바이폴라 네트워크를 형성한다. 바이폴라 네트워크에서는 다양한 형태의 전기장들이 반복되어 형성되므로 전기에너지의 집적을 극대화하여 종양 세포의 치료 효율을 높일 수 있다.Accordingly, the first bipolar electrode 110 and the second bipolar electrode 130 form a bipolar network. In the bipolar network, various types of electric fields are repeatedly formed, so that it is possible to maximize the accumulation of electric energy to increase the treatment efficiency of tumor cells.

기존에는 종양 세포 치료에 모노폴라 전극을 사용했었다. 이 경우, 전극의 면적이 커서 천공수가 너무 많아지는 문제점이 있었다. 이와는 달리, 본 발명의 일 실시예에서는 바이폴라 전극을 사용해 천공수를 반 정도로 줄여서 출혈 부작용을 감소시킨다. 또한, 바이폴라 네트워크 전기장을 형성하여 절개 범위를 모노폴라 전극에 비해 크게 형성한다. 따라서 종양 세포의 절개에 따른 영향을 극대화해 종양 세포의 사멸을 촉진할 수 있다.Previously, monopolar electrodes were used to treat tumor cells. In this case, there is a problem that the number of perforations is too large because the area of the electrode is large. On the contrary, in an embodiment of the present invention, the number of perforations is reduced by half by using a bipolar electrode, thereby reducing side effects of bleeding. In addition, by forming a bipolar network electric field, the cutting range is formed larger than that of the monopolar electrode. Therefore, it is possible to promote the death of tumor cells by maximizing the effect of dissection of tumor cells.

전극들(20, 30, 23, 33)은 제1 본체(10) 및 제2 본체(13)를 마스킹하고 스퍼터링 등에 의해 도전성 금속으로 도금 처리하여 형성한다. 도전성 금속으로 백금, 주석, 크롬, 아연, 순금 또는 구리 중 한 물질을 사용하거나 이들 중에서 복수의 물질들을 혼합한 합금을 제조하여 사용할 수 있다.The electrodes 20 , 30 , 23 , and 33 are formed by masking the first body 10 and the second body 13 and plating with a conductive metal by sputtering or the like. As the conductive metal, one of platinum, tin, chromium, zinc, pure gold, and copper may be used, or an alloy obtained by mixing a plurality of materials among these may be used.

동일한 제1 바이폴라 전극(110)에 형성된 전극들(20, 30)의 이격 거리(D)는 4mm 내지 10mm일 수 있다. 도 2에는 도시하지 않았지만 전극들(23, 33)의 이격 거리도 이와 동일하다. 전극들(20, 30)의 이격 거리(D)가 너무 크거나 작은 경우, 바이폴라 전기장 네트워크가 효율적으로 생성되기 어렵다. 따라서 전극들(20, 30)의 이격 거리(D)를 전술한 범위로 유지하는 것이 바람직하다.The separation distance D between the electrodes 20 and 30 formed on the same first bipolar electrode 110 may be 4 mm to 10 mm. Although not shown in FIG. 2 , the distance between the electrodes 23 and 33 is also the same. When the separation distance D between the electrodes 20 and 30 is too large or too small, it is difficult to efficiently generate a bipolar electric field network. Therefore, it is preferable to maintain the separation distance D of the electrodes 20 and 30 in the above-described range.

한편, 전극들(20, 30, 23, 33) 중 하나 이상의 전극의 길이(L)는 2mm 내지 6mm일 수 있다. 전극의 길이(L)가 너무 작거나 너무 큰 경우, 바이폴라 전기장 네트워크가 효율적으로 작용하기 어렵다. 따라서 전극의 길이(L)는 전술한 범위를 유지한다. 그리고 본체들(10, 13)의 폭은 2mm가 될 수 있다.Meanwhile, the length L of one or more of the electrodes 20 , 30 , 23 , and 33 may be 2 mm to 6 mm. If the length L of the electrode is too small or too large, it is difficult for the bipolar electric field network to work efficiently. Therefore, the length (L) of the electrode maintains the above-mentioned range. And the width of the main body (10, 13) may be 2mm.

전극들(20, 30, 23, 33)에 인가되는 전기장의 크기는 그 전기 전도도에 비례한다. 따라서 아래의 수학식 1이 성립하며, 전극들(20, 30, 23, 33) 상호간에는 아래의 전기장이 생성된다. 여기서, A1-B1, A1-A2, A1-B2, B1-A2, B1-B2, A2-B2의 다양한 전극들의 조합으로 전기장 네트워크를 형성할 수 있다.The magnitude of the electric field applied to the electrodes 20, 30, 23, 33 is proportional to their electrical conductivity. Therefore, Equation 1 below is established, and the electric field below is generated between the electrodes 20, 30, 23, and 33. Here, an electric field network may be formed by combining various electrodes A1-B1, A1-A2, A1-B2, B1-A2, B1-B2, and A2-B2.

E는 전기장, σ는 전기전도도, A1은 제1 전극(20), B1은 제2 전극(30), A2는 제3 전극(23), B2는 제4 전극(33)을 나타낸다.E denotes an electric field, σ denotes electrical conductivity, A1 denotes the first electrode 20 , B1 denotes the second electrode 30 , A2 denotes the third electrode 23 , and B2 denotes the fourth electrode 33 .

종양 세포(T)에 특정 세기 이상의 전기장이 인가되는 경우, 종양 세포(T)의 수분이 전기 분해되면서 췌장 세포(T)가 물리적인 스트레스를 받는다. When an electric field of a certain intensity or more is applied to the tumor cells (T), the moisture of the tumor cells (T) is electrolyzed and the pancreatic cells (T) are subjected to physical stress.

즉, 종양 세포(T)에 특정 세기 이상의 전기장이 인가되는 경우, 물 분자가 수소와 산소로 전기 분해되면서 일정 시간 지속되면 종양 세포(T)의 괴사가 진행된다. 한 쌍의 전극들(20, 30, 23, 33)에 펄스 형태의 전압을 가하여 종양 세포(T)에 전기장을 인가한다. That is, when an electric field of a specific intensity or higher is applied to the tumor cells T, the necrosis of the tumor cells T proceeds when water molecules are electrolyzed into hydrogen and oxygen for a predetermined period of time. An electric field is applied to the tumor cell T by applying a voltage in the form of a pulse to the pair of electrodes 20 , 30 , 23 , and 33 .

이 경우, 종양 세포(T)가 적응력이 생겨서 전기장에 익숙해지므로, 방어 작용을 할 수 있다. 예를 들면, 종양 세포(T)에는 세포내 대사 조절에 필수적인 칼륨 이온(K+)이 존재한다. 세포막에 천공이 생기는 경우, 칼륨 이온은 천공을 통해 세포 밖으로 유출된다. 칼륨 이온이 외부로 유출되어 세포내 칼륨 농도가 비정상이 된 종양 세포(T)는 세포막상 수용체로부터 세포 자살(apoptosis)에 이르는 신호를 전달받아 괴사한다. 이러한 비가역적 전기천공법에 의한 세포 자살을 종양 세포(T)에 적용할 수 있다.In this case, the tumor cells (T) have the ability to adapt and get used to the electric field, so they can act as a defense. For example, in tumor cells (T), potassium ions (K+), which are essential for regulating intracellular metabolism, are present. When a perforation occurs in the cell membrane, potassium ions flow out of the cell through the perforation. Tumor cells (T) whose intracellular potassium concentration becomes abnormal due to leakage of potassium ions to the outside receives a signal leading to apoptosis from receptors on the cell membrane and dies. Apoptosis by such irreversible electroporation can be applied to tumor cells (T).

본 발명의 실시예에서는 하나의 전극이 아닌 복수의 전극들(20, 30, 23, 33)을 사용한다. 이 경우, 전극들(20, 30, 23, 33) 상호 간에 바이폴라 네트워크 전기장이 형성되면서 종양 세포(T)의 절제 영역을 극대화하고 천공은 적게 할 수 있다. In the embodiment of the present invention, a plurality of electrodes 20 , 30 , 23 , and 33 are used instead of one electrode. In this case, as the bipolar network electric field is formed between the electrodes 20, 30, 23, and 33, the ablation area of the tumor cell T can be maximized and the perforation can be reduced.

그 결과, 종양 세포(T)의 사멸 가능성을 높일 수 있다. 또한, 전극들(20, 30, 23, 33)을 종양 세포(T)에 포지셔닝하기도 훨씬 수월해지므로 수술이 간편해진다. As a result, the possibility of death of the tumor cells (T) can be increased. In addition, since it is much easier to position the electrodes 20 , 30 , 23 , and 33 on the tumor cell T, the operation is simplified.

나아가, 본 발명의 실시예에서는 바이폴라 네트워크 전기장의 형성뿐만 아니라 온열 치료가 가미된 하이브리드 효과에 의해 종양 세포(T)를 더욱 용이하게 사멸시킬 수 있다. Furthermore, in the embodiment of the present invention, it is possible to more easily kill tumor cells (T) by the hybrid effect to which heat treatment is added as well as formation of a bipolar network electric field.

즉, 종양 세포(T)는 비가역적 전기 천공뿐만 아니라 열에도 영향을 받으므로, 그 치료 효과를 극대화할 수 있다. 이와는 달리 하나의 전극만 사용하는 경우, 종양 세포(T)의 절제 영역이 감소한다. 그 결과, 종양 세포(T)의 사멸 효과가 저하될 수 있다. 이를 도 4를 통하여 좀더 상세하게 설명한다.That is, since the tumor cells (T) are affected by heat as well as irreversible electroporation, the therapeutic effect can be maximized. Contrary to this, when only one electrode is used, the ablation area of the tumor cells (T) is reduced. As a result, the killing effect of the tumor cells (T) may be reduced. This will be described in more detail with reference to FIG. 4 .

도 4는 도 2의 바이폴라 전극 유닛(100)의 작동 메커니즘을 개략적으로 나타낸다. 4 schematically shows an operating mechanism of the bipolar electrode unit 100 of FIG. 2 .

도 4의 바이폴라 전극 유닛(100)의 작동 메커니즘은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 전기천공용 바이폴라 전극 유닛(100)은 다른 메커니즘으로 작동할 수도 있다.The operating mechanism of the bipolar electrode unit 100 of FIG. 4 is merely for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. Therefore, the bipolar electrode unit 100 for electroporation may operate by other mechanisms.

도 4에 도시한 바와 같이, 전극들(20, 30, 23, 33)(도 2에 도시)의 다양한 조합에 의해 임피던스들(G1, G2, G3, G4)이 작용하면서 종양 세포(T) 주위에 바이폴라 네트워크 전기장이 형성된다. 그 결과, 종양 세포(T)는 세포 자살(apoptosis)에 이르게 된다. 세포 자살에 걸리는 시간(t)은 전기장(E)이 인가되는 시간(t)에 비례한다.As shown in FIG. 4 , impedances G1 , G2 , G3 , G4 act by various combinations of electrodes 20 , 30 , 23 , 33 (shown in FIG. 2 ) around the tumor cell T A bipolar network electric field is formed. As a result, tumor cells (T) lead to apoptosis. The time taken for apoptosis (t) is proportional to the time (t) at which the electric field (E) is applied.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기천공용 바이폴라 전극 유닛(200)을 개략적으로 나타낸 도면이다. 5 is a view schematically showing a bipolar electrode unit 200 for electroporation according to a second embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 전기천공용 바이폴라 전극 유닛(200)은 제1 바이폴라 전극(120) 및 제2 바이폴라 전극(140)을 포함한다. The bipolar electrode unit 200 for electroporation shown in FIG. 5 includes a first bipolar electrode 120 and a second bipolar electrode 140 .

도 5의 전기천공용 바이폴라 전극 유닛(200)의 구조는 도 1의 전기천공용 바이폴라 전극 유닛(100)의 구조와 유사하므로, 동일한 부분에는 동일한 도면 부호를 사용하며 그 상세한 설명을 생략한다.Since the structure of the bipolar electrode unit 200 for electroporation of FIG. 5 is similar to that of the bipolar electrode unit 100 for electroporation of FIG. 1 , the same reference numerals are used for the same parts, and detailed description thereof is omitted.

도 5에 도시한 바와 같이, 제1 바이폴라 전극(120)은 제1 본체(12), 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)을 포함한다. 제1 본체(12)는 길게 뻗어 있다. 즉, 제1 본체(12)는 종양 세포(T)의 양측으로 침투되도록 종양 세포(T)를 향하여 길게 뻗은 형상을 가진다. 5 , the first bipolar electrode 120 includes a first body 12 , a first electrode 20 , and a second electrode 30 . The first body 12 is elongated. That is, the first body 12 has a shape extending toward the tumor cell (T) so as to penetrate both sides of the tumor cell (T).

제2 바이폴라 전극(140)은 제2 본체(14), 제3 전극(23) 및 제4 전극(33)을 포함한다. 제2 본체(14)는 길게 뻗어 있다. 즉, 제2 본체(14)는 종양 세포(T)의 양측으로 침투되도록 종양 세포(T)를 향하여 길게 뻗은 형상을 가진다.The second bipolar electrode 140 includes a second body 14 , a third electrode 23 , and a fourth electrode 33 . The second body 14 is elongated. That is, the second body 14 has a shape extending toward the tumor cell (T) so as to penetrate both sides of the tumor cell (T).

제1 본체(12)는 직선형 본체부(121)와 사선형 본체부(123)를 포함하고, 제2 본체(14)는 직선형 본체부(141)와 사선형 본체부(143)를 포함한다. The first body 12 includes a straight body part 121 and an oblique body part 123 , and the second body 14 includes a straight body part 141 and an oblique body part 143 .

직선형 본체부들(121, 141)은 종양 세포(T)를 향해 길게 뻗어 있다. The straight body parts 121 and 141 extend long toward the tumor cell T.

사선형 본체부들(123, 143)은 각각 직선형 본체부들(121, 141)과 각도를 이루면서 연결된다. 사선형 본체부들(123, 143)은 전립선암을 향하면서 상호간의 거리가 점차 멀어지게 형성된다. The oblique body parts 123 and 143 are connected while forming an angle with the straight body parts 121 and 141, respectively. The oblique body parts 123 and 143 are formed to gradually increase the distance from each other toward the prostate cancer.

바이폴라 전극들(120, 140)이 이러한 구조를 가지므로, 바이폴라 전극들(120, 140)을 종양 세포(T)의 양측에 배치하여 종양 세포(T)를 쉽게 사멸시킬 수 있다. 즉, 바이폴라 전극들(120, 140)에 의해 바이폴라 네트워크 전기장을 형성하여 종양 세포(T)를 자살에 이르게 할 수 있다.Since the bipolar electrodes 120 and 140 have such a structure, the bipolar electrodes 120 and 140 may be disposed on both sides of the tumor cell T to easily kill the tumor cell T. That is, a bipolar network electric field may be formed by the bipolar electrodes 120 and 140 to cause the tumor cell T to commit suicide.

이하에서는 실험예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다. 이러한 실험예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through experimental examples. These experimental examples are only for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto.

<실험예><Experimental example>

1. 재료 및 방법1. Materials and Methods

1) 실험 재료 : 동물(돼지)1) Experimental material: animal (pig)

동물 연구 프로토콜은 오송 첨단 의료 산업 진흥 재단(KBIO-IACUC-2020-062) 실험 동물 운영위원회의 승인을 받았다. 이 가이드 라인에 따르면 체중이 40 ~ 45kg 인 4 개월 된 암컷 돼지 9 마리를 크로 넥스사(한국 청주)에서 구입했다. 동물은 조달 후 검사 및 격리되었다.The animal research protocol was approved by the Osong Advanced Medical Industry Promotion Foundation (KBIO-IACUC-2020-062) Experimental Animal Steering Committee. According to these guidelines, nine 4-month-old female pigs weighing 40 to 45 kg were purchased from Kronex (Cheongju, Korea). Animals were inspected and quarantined after procurement.

공급 업체가 제공한 건강 모니터링 보고서에 7 일간의 적응 기간 동안 일반적인 증상을 관찰한 후 건강하고 실험에 적합한 것으로 확인되었다.According to the health monitoring report provided by the supplier, after observing the general symptoms during the 7-day adaptation period, it was confirmed to be healthy and suitable for the experiment.

그 후, 동물은 설정 온도 23 ±2 °C, 상대 습도 50 ±10 %, 환기 빈도 10-15 회 / h, 조명 시간 12 시간 (오전 8시 ~ 오후 8시 꺼짐) 및 조도에서 사육되었다. 실험 중 각 동물에 대해 0.74m²(AAALAC 가이드 라인) 이상의 케이지에서 150-300 Lux. 조사에 의해 멸균된 시험 동물(238075 pig chow, Cargill & Griprina)에 고체 사료를 공급했다. 물은 역 삼투압과 UV 장치를 통해 살균된 후 자동 급수 노즐을 통해 자유롭게 공급되었다.After that, the animals were housed at a set temperature of 23 ±2 °C, a relative humidity of 50 ±10%, a ventilation frequency of 10-15 times/h, a lighting time of 12 hours (8 am to 8 pm off) and illuminance. 150-300 Lux in cages of at least 0.74 m ² (AAALAC guidelines) for each animal during the experiment. Test animals (238075 pig chow, Cargill & Griprina) sterilized by irradiation were fed a solid diet. Water was sterilized through reverse osmosis and UV equipment, and then supplied freely through an automatic watering nozzle.

2) 실험 방법 : 비가역 전기 천공(IRE)2) Experimental method: irreversible electroporation (IRE)

제1 바이폴라 전극(110) 및 제2 바이폴라 전극(130)이 피험자인 돼지의 췌장에 삽입되어 비가역 전기 천공(IRE)이 진행되었다.The first bipolar electrode 110 and the second bipolar electrode 130 were inserted into the pancreas of a pig as a test subject, and irreversible electroporation (IRE) was performed.

실험을 위해, 피험자인 돼지의 췌장에 타일 타민 염산염과 졸라 제팜 염산염 (Zoletil, Virbac, France, 5mg / kg)과 자일 라진 염산염(Rompun®Bayer, German, 2mg / kg)이 근육 내로 주사되었다. For the experiment, tiletamine hydrochloride, zolazepam hydrochloride (Zoletil, Virbac, France, 5mg/kg) and xylazine hydrochloride (Rompun®Bayer, German, 2mg/kg) were intramuscularly injected into the pancreas of a pig as a test subject.

마취 후 이소 플루란이 1.5 내지 2.0%로 유지되었다.After anesthesia, isoflurane was maintained at 1.5-2.0%.

앙와위의 돼지를 교정한 후 복부를 탈모하고, 알코올과 포비돈으로 소독했다. 복부의 백선과 함께 중앙 절개 후 췌장에 IRE 적용 여부를 확인했다. After the pigs in the supine position were corrected, the abdomen was depilated and disinfected with alcohol and povidone. It was confirmed whether IRE was applied to the pancreas after a central incision with ringworm of the abdomen.

두 개의 전극인 제1 바이폴라 전극(110) 및 제2 바이폴라 전극(130)을 췌장에 삽입하고, 도 6에 도시된 바와 같이 전극 사이에 10mm의 거리를 유지하고 15mm의 노출을 유지했다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 전극에 대한 전기장의 크기를 나타낸 도면이다. 도 6을 비롯해 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 바이폴라 전극(110) 및 제2 바이폴라 전극(130)은 IRE 장비(EPO1, The Standard, Co. Ltd., Korea)에 연결되어 펄스 폭 100~1000 ㎲ 및 펄스 간격 100~2000 ㎲로 최대 3kV의 진폭을 적용할 수 있다.Two electrodes, the first bipolar electrode 110 and the second bipolar electrode 130, were inserted into the pancreas, and a distance of 10 mm was maintained between the electrodes as shown in FIG. 6 and an exposure of 15 mm was maintained. 6 is a diagram showing the magnitude of an electric field for a bipolar electrode according to an embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2 as well as FIG. 6 , the first bipolar electrode 110 and the second bipolar electrode 130 are connected to the IRE equipment (EPO1, The Standard, Co. Ltd., Korea) and pulse With a width of 100 to 1000 μs and a pulse interval of 100 to 2000 μs, an amplitude of up to 3 kV can be applied.

IRE를 적용하기 전에 적용된 전기장을 오픈 소스 소프트웨어인 OpenFOAM (Standard Co. Ltd., Korea)을 사용하여 앞에서 설명한대로 시뮬레이션하여 적용된 1500V의 전기장 강도 분포를 확인했다. Before applying the IRE, the applied electric field was simulated as previously described using the open source software OpenFOAM (Standard Co. Ltd., Korea), and the applied electric field strength distribution of 1500 V was confirmed.

IRE 전후 ECG 모니터링을 위해 cardiograph PageWriter TC70, Philips, Netherlands)를 사용했다. 안전을 보장하기 위해 IRE 동안 모니터와 센서의 연결이 끊어졌다. A cardiograph PageWriter TC70, Philips, Netherlands) was used for ECG monitoring before and after IRE. To ensure safety, the monitor and sensor were disconnected during the IRE.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 피험자인 돼지 췌장에 비가역 전기 천공(IRE)을 적용하기 위한 수술 절차를 나타낸 도면이다. 7 is a diagram illustrating a surgical procedure for applying irreversible electroporation (IRE) to the porcine pancreas, which is a subject according to an embodiment of the present invention.

도 7에서, (1)은 수술 준비, (2)는 피부 및 근육 절개, (3)은 췌장의 표적 부위를 나타내고, (4) 및 (5)는 IRE의 적용을 나타내며, (6)~(8)은 근육과 피부 폐쇄를 나타낸다.In Fig. 7, (1) shows the preparation for surgery, (2) shows the skin and muscle incision, (3) shows the target site of the pancreas, (4) and (5) shows the application of the IRE, (6)~( 8) shows muscle and skin occlusion.

IRE 수술이 끝난 후 군 동물의 복근층과 피하를 흡수성 봉합사(PDSII 2.0)로 봉합하고, 피부는 비 흡수성 봉합사(Dafilon 2.0)로 봉합했다. 봉합 부위를 포비돈으로 소독한 후 동물을 다시 케이지했다.After the IRE operation, the abdominal muscle layer and the subcutaneous tissue of the group animals were sutured with absorbable sutures (PDSII 2.0), and the skin was sutured with non-absorbable sutures (Dafilon 2.0). After the suture sites were disinfected with povidone, the animals were re-caged.

Cefazolin sodium(Cefazolin®Chong Kun Dang Pharm, Korea, 25 mg / kg, b.i.d) 및 meloxicam(Metacam®Boehringer Ingelheim, 독일, 0.4 mg / kg, s.i.d)는 수술 후 3 일 동안 투여되었다. Cefazolin sodium (Cefazolin® Chong Kun Dang Pharm, Korea, 25 mg/kg, b.i.d) and meloxicam (Metacam® Boehringer Ingelheim, Germany, 0.4 mg/kg, s.i.d) were administered for 3 days after surgery.

관찰 후 zolazepam hydrochloride (Zoletil, 10 mg / kg) 및 xylazine hydrochloride(Rompun®2 mg / kg)가 포함된 타일 타민 염산염을 근육 내 주사하고 마취한 후 안락사를 위해 KCl을 정맥 주사했다. 조직학적 분석을 위해 돼지의 췌장을 추출했다.After observation, tiletamine hydrochloride containing zolazepam hydrochloride (Zoletil, 10 mg/kg) and xylazine hydrochloride (Rompun®2 mg/kg) was injected intramuscularly, and anesthesia was followed by intravenous injection of KCl for euthanasia. Pig pancreas were extracted for histological analysis.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 피험자인 돼지의 췌장에 대한 비가역 전기 천공(IRE)을 4 가지 그룹으로 구분하여 진행한 예를 나타낸 도면이다.8 is a view showing an example in which irreversible electroporation (IRE) for the pancreas of a pig as a test subject according to an embodiment of the present invention is divided into 4 groups.

본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공(IRE) 시스템(100)은, 피험자인 돼지의 췌장에 대하여, 아래와 같이 4 가지 그룹으로 구분하여 비가역 전기 천공(IRE)을 진행하였다.In the irreversible electroporation (IRE) system 100 according to an embodiment of the present invention, irreversible electroporation (IRE) was performed on the pancreas of a pig as a test subject by dividing it into four groups as follows.

도 8을 참조하면, 피험자(돼지)는, 비가역 전기 천공(IRE)이 2시간(2 hours) 진행된 제1 그룹(G1); 비가역 전기 천공(IRE)이 2일(2 days) 동안 진행된 제2 그룹(G2); 비가역 전기 천공(IRE)이 14일(14 days) 동안 진행된 제3 그룹(G3); 및 비가역 전기 천공(IRE)이 14일(14 days) 동안 특정 전기적 조건으로 진행된 제4 그룹(G4)을 포함할 수 있다.Referring to Figure 8, the subject (pig), the irreversible electroporation (IRE) was performed for 2 hours (2 hours) a first group (G1); a second group (G2) in which irreversible electroporation (IRE) was performed for 2 days; a third group (G3) with irreversible electroporation (IRE) for 14 days; and a fourth group (G4) in which irreversible electroporation (IRE) was performed under specific electrical conditions for 14 days.

<제1 그룹(G1) : G1-1, G1-2, G1-3><First group (G1): G1-1, G1-2, G1-3>

IRE 2 시간 후 관찰된 한 피험자(각각의 머리, 몸통 및 꼬리)에 대한 3 개의 IRE 부위3 IRE sites for one subject (each head, trunk and tail) observed 2 hours after IRE

<제2 그룹(G2) : G2-1, G2-2, G2-3><Second group (G2): G2-1, G2-2, G2-3>

IRE 후 2 일 동안 관찰된 한 피험자(각각의 머리, 몸통 및 꼬리)에 대한 3 개의 IRE 부위3 IRE sites for one subject (each head, trunk and tail) observed 2 days after IRE

<제3 그룹(G3) : G3-1, G3-2, G3-3><3rd group (G3): G3-1, G3-2, G3-3>

돼지(신체) 당 1 개의 IRE 부위는 IRE 후 14 일에 관찰된 3 개 부위1 IRE site per pig (body) 3 sites observed 14 days post-IRE

<제4 그룹(G4) : G4-1, G4-2, G4-3><4th group (G4): G4-1, G4-2, G4-3>

IRE 후 14 일에 극한(특정)의 전기적 조건에서 한 돼지의 췌장에서 관찰된 3 개의 IRE 부위Three IRE sites observed in the pancreas of a pig under extreme (specific) electrical conditions 14 days post-IRE

여기서, 제1 그룹 내지 제3 그룹은, 전압 펄스의 진폭이 1500 V/cm이고, 전압 펄스의 폭이 100 ㎲이고, 전압 펄스의 간격이 100 ㎲이고, 전압 펄스의 수가 90이고, 전압 펄스의 듀티 사이클이 50%일 수 있다.Here, in the first to third groups, the amplitude of the voltage pulse is 1500 V/cm, the width of the voltage pulse is 100 μs, the interval of the voltage pulse is 100 μs, the number of voltage pulses is 90, and the The duty cycle may be 50%.

제4 그룹의 극한(특정) 전기적 조건은, 전압 펄스의 진폭이 1000 V/cm이고, 전압 펄스의 폭이 1000 ㎲이고, 전압 펄스의 간격이 200 ㎲이고, 전압 펄스의 수가 90이고, 전압 펄스의 듀티 사이클이 83%일 수 있다. 변환된 전기 에너지가 다른 테스트 조건과 유사했다. The fourth group of extreme (specific) electrical conditions is that the amplitude of the voltage pulse is 1000 V/cm, the width of the voltage pulse is 1000 μs, the interval of the voltage pulse is 200 μs, the number of voltage pulses is 90, and the voltage pulse may have a duty cycle of 83%. The converted electrical energy was similar to the other test conditions.

열적 원인을 피하기 위해 한 번에 18 개의 펄스를 총 세 번 적용했다.To avoid thermal causes, 18 pulses were applied a total of three times at a time.

전술한 바와 같은 과정으로 돼지 췌장 조직의 세포 사멸에 대한 효율 평가를 실시하였다.Efficiency evaluation for cell death of porcine pancreatic tissue was performed in the same manner as described above.

제1 그룹(G1), 제2 그룹(G2) 및 제3 그룹(G3)에 대하여, 50% 고(高) 듀티 사이클 펄스에 따른 비가역 전기 천공(IRE)을 진행하였다.For the first group (G1), the second group (G2) and the third group (G3), irreversible electroporation (IRE) was performed according to a 50% high duty cycle pulse.

각 2시간, 2일, 14일 후 결과를 평가할 때, 2시간 째 세포 사멸 극대화, 2일, 14일 거치며 세포사멸 부위의 조직 재생이 확인되었다.When evaluating the results after 2 hours, 2 days, and 14 days, respectively, tissue regeneration at the apoptosis site was confirmed after maximizing apoptosis at 2 hours and 2 days and 14 days.

제4 그룹(G4)은 83% 고(高) 듀티 사이클 펄스에 따른 비가역 전기 천공(IRE)을 진행하였다. 제4 그룹(G4)도 14일 째 세포사멸 부위의 조직 재생이 확인되었다.The fourth group (G4) underwent irreversible electroporation (IRE) following an 83% high duty cycle pulse. In the fourth group (G4), tissue regeneration at the apoptosis site was also confirmed on day 14.

<트리 페닐 테트라 졸륨 클로라이드(TTC), 헤마톡 실린 및 에오신 염색(H & E) 그리고 조직 병리학적 평가><Triphenyl tetrazolium chloride (TTC), hematoxylin and eosin staining (H & E) and histopathological evaluation>

피험자인 돼지의 췌장은, 5 mm 간격으로 절단되고, 절제 영역의 중앙 부분이 1 % Triphenyltetrazolium chloride(TTC) 용액에 넣어져 37 °C에서 20 분간 염색된다. The pancreas of a pig as a test subject was cut at intervals of 5 mm, and the central part of the resection area was placed in 1% Triphenyltetrazolium chloride (TTC) solution and stained at 37 °C for 20 minutes.

즉, 실험 동물의 안락사 후 추출된 췌장을 5mm 간격으로 절단하고 도포 부위의 중앙 부분을 1 % 트리 페닐 테트라 졸륨 클로라이드(Triphenyltetrazolium chloride: TTC) 용액에 넣고 37 °C에서 20 분간 염색하였다. That is, after euthanasia of the experimental animal, the extracted pancreas was cut at intervals of 5 mm, and the central part of the application site was placed in a 1% triphenyltetrazolium chloride (TTC) solution and stained at 37 °C for 20 minutes.

이어, 10 % 중성 포르말린 용액에 고정되고, 마톡 실린(H) 및 에오신(E) 염색된 후 사진 촬영(photograph) 되고, 절제 영역의 수평 및 수직 축이 측정될 수 있다.Then, it is fixed in 10% neutral formalin solution, and after staining with martoxylin (H) and eosin (E), it is photographed, and the horizontal and vertical axes of the ablation area can be measured.

즉, 조직을 10 % 중성 포르말린 용액에 고정한 후, photograph를 촬영하고 ImageJ 소프트웨어를 사용하여 절제 영역의 수평 및 수직 축을 측정했다.That is, after the tissue was fixed in 10% neutral formalin solution, photographs were taken and the horizontal and vertical axes of the ablation area were measured using ImageJ software.

5mm 간격으로 절단된 췌장 중 TTC 염색에 사용된 인접 부분은 10 % 중성 포르말린으로 고정되었다. 고정된 조직은 조직학적 슬라이드를 준비한 후 헤마톡 실린 및 에오신(H & E) 염색을 하였다. 슬라이드는 광학 장치 아래에서 관찰되었다.The adjacent portion of the pancreas cut at 5 mm intervals used for TTC staining was fixed with 10% neutral formalin. The fixed tissue was stained with hematoxylin and eosin (H & E) after preparing histological slides. The slide was observed under the optics.

croscope(Bx 50, Olympus, Japan)는 염색된 췌장염의 정도에 따라 0 ~ 4 점을 부여하였다.The croscope (Bx 50, Olympus, Japan) gave 0 to 4 points according to the degree of the stained pancreatitis.

또한 췌장의 실질 손상에 따른 혈관, 관, 섬세포, 섬유증의 변화를 비교 조사 하였다. 섬유화 정도는 콜라겐 침착 정도에 따라 4 가지 등급(0 = 부재, 1 = 최소, 2 = 경증, 3 = 중등, 4 = 중증)으로 분류하여 분석하였다.In addition, the changes in blood vessels, ducts, islet cells, and fibrosis according to the parenchymal damage of the pancreas were comparatively investigated. The degree of fibrosis was analyzed by classifying it into four grades (0 = absent, 1 = minimal, 2 = mild, 3 = moderate, 4 = severe) according to the degree of collagen deposition.

<혈액학적 평가><Hematological evaluation>

듀티 사이클이 50%인 비가역 전기 천공(IRE) 적용에 따른 혈액학적 변화를 관찰하기 위해, 수술 전과 수술 2 일, 7 일, 14 일 후에 채혈을 수행하였다. To observe the hematological changes following the application of irreversible electroporation (IRE) with a duty cycle of 50%, blood collection was performed before and 2, 7, and 14 days after surgery.

피험자의 혈액 샘플 수집 후 혈청이 분리되고, 아스파 테이트 트랜스 아미나제(AST), 알라닌 트랜스 아미나제(ALT), 알칼리성 포스파타제(ALP), 총 빌리루빈(T-bil), 리파제(lipase) 및 아밀라제(amylase) 수준이 Konelab PRIME 60i 장비 (Thermo)를 사용하여 측정될 수 있다.Serum is isolated after collection of the subject's blood sample, aspartate transaminase (AST), alanine transaminase (ALT), alkaline phosphatase (ALP), total bilirubin (T-bil), lipase, and amylase ) level can be measured using a Konelab PRIME 60i instrument (Thermo).

<통계 분석><Statistics Analysis>

비가역 전기 천공(IRE) 후 돼지의 췌장 조직에서 데이터 세트를 수집하여 통계 분석을 수행했다. 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2), 제1 그룹(G1)과 제3 그룹(G3), 절제 부위에 대한 제3 그룹(G3)과 제4 그룹(G4) 사이에서 페어링 테스트를 수행했다.Statistical analysis was performed by collecting data sets from porcine pancreatic tissues after irreversible electroporation (IRE). Pairing tests were performed between the first group (G1) and the second group (G2), the first group (G1) and the third group (G3), and the third group (G3) and the fourth group (G4) for the ablation site. performed

수술 전후의 조직 및/또는 혈액학 샘플의 변화에서 유의한 차이를 식별하기 위한 혈액학적 분석뿐만 아니라 병리학적 점수를 통하여 통계 분석했다.Statistical analysis was performed through pathological scores as well as hematological analyzes to identify significant differences in changes in tissue and/or hematology samples before and after surgery.

P<0.05는 통계적으로 유의미한 것으로 간주되어 제1 그룹(G1)과 다른 사람 사이에 별표(*)로 표시되고, 관련 도면에서 제3 그룹(G3)과 제4 그룹(G4) 사이에 (#)로 표시된다. 모든 데이터는 제한없이 완전히 사용할 수 있었다.P<0.05 was considered statistically significant and marked with an asterisk (*) between the first group (G1) and others, and (#) between the third group (G3) and the fourth group (G4) in the related figures. is displayed as All data were fully available without restrictions.

1500V 적용 전계 강도 분포에 대한 시뮬레이션은 전계 강도가 전극 사이의 중심에서 1200V임을 보여주었다. 이 조건에서 10mm 거리에서 전극 사이에 스파크가 발견되지 않았다. IRE 이후 제3 그룹(G3)의 경우 체중이 5 % 증가했지만 다른 그룹에서는 변화가 없었다. 또한 시험 기간 동안 모든 동물에서 섭취나 배변의 이상 증상이 없었다. 이러한 조건에서 도 8에 도시된 바와 같이 TTC 염색을 통해 IRE 후 절제 영역을 측정했다. Simulations of the 1500 V applied field strength distribution showed that the field strength was 1200 V at the center between the electrodes. In this condition, no sparks were found between the electrodes at a distance of 10 mm. After IRE, in the third group (G3), body weight increased by 5%, but there was no change in the other groups. In addition, there were no abnormal symptoms of intake or defecation in all animals during the test period. In these conditions, as shown in FIG. 8, the area of ablation after IRE was measured through TTC staining.

도 8에 도시된 바와 같이, 2 시간 제1 그룹(G1), 2일간 제2 그룹(G2), 14일간 제3 및 제4 그룹(G3, G4)으로 비가역 전기 천공(IRE) 적용 후, 피험자의 절제 영역인 췌장 이미지는 도 9와 같이 나타난다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 절제 영역을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다. As shown in Figure 8, after application of irreversible electroporation (IRE) to the first group (G1) for 2 hours, the second group (G2) for 2 days, and the third and fourth groups (G3, G4) for 14 days, the subjects An image of the pancreas, which is an excision area of , is shown in FIG. 9 . 9 is a graph showing a result of analyzing an excision area of a subject according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 피험자의 절제 영역인 돼지의 췌장 이미지는 제1 그룹(G1)의 너비가 24.244 ±6.046 mm이고, 높이가 19.475 ±2.045 mm이고, 면적이 470.325 ±117.936 mm²이고, 제2 그룹(G2)의 너비가 15.284 ±1.318 mm이며, 높이가 15.317 ±2.021 mm이고, 면적이 233.217 ±27.766 mm²일 수 있다.Referring to FIG. 9 , the image of the pancreas of a pig, which is the resection region of the subject, has a width of 24.244 ± 6.046 mm, a height of 19.475 ± 2.045 mm, an area of 470.325 ± 117.936 mm ² , and a second group (G1). Group (G2) may have a width of 15.284 ±1.318 mm, a height of 15.317 ±2.021 mm, and an area of 233.217 ±27.766 mm ² .

그러나, 제3 그룹(G3) 및 제4 그룹(G4)에서는 시술 14일에 절제 면적이 측정되지 않았다.However, in the third group (G3) and the fourth group (G4), the resection area was not measured on day 14 of the procedure.

<조직학적 평가><Histological evaluation>

각 2시간, 2일, 14일 후 결과를 평가할 때, 2시간 째 세포 사멸의 극대화, 2일, 14일 거치며 세포사멸 부위의 조직 재생이 확인되었다.When evaluating the results after 2 hours, 2 days, and 14 days, respectively, tissue regeneration at the apoptosis site was confirmed through maximization of apoptosis at 2 hours and 2 days and 14 days.

<병리학적 평가><Pathological evaluation>

각 2시간, 2일, 14일 후 결과를 평가할 때, 2일 째 부종, 출혈 등 반응이 많이 나타났다. 14일 째 감소하여 정상으로 복귀하였다.When evaluating the results after 2 hours, 2 days, and 14 days, respectively, there were many reactions such as edema and bleeding on the second day. It decreased on the 14th day and returned to normal.

제4 그룹(G4)은 83% 고(高) 듀티 사이클 펄스에 따른 비가역 전기 천공(IRE)을 진행하였다. 제4 그룹(G4)은 14일 째 더 적은 출혈, 섬유화 등이 확인되었다.The fourth group (G4) underwent irreversible electroporation (IRE) following an 83% high duty cycle pulse. In the fourth group (G4), less bleeding and fibrosis were observed on day 14.

피험자의 절제 영역인 췌장에 대한 염증의 정도와 중증도는, 간질성 부종, 출혈, 괴사 및 백혈구 침윤의 변화를 포함할 수 있다.The extent and severity of inflammation to the subject's resected area, the pancreas, may include changes in interstitial edema, hemorrhage, necrosis, and leukocyte infiltration.

췌장 염증의 정도와 중증도를 확인하기 위한 간질성 부종, 출혈, 괴사 및 백혈구 침윤의 변화가 도 10에 도시된 바와 같이 관찰되었다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 절제 영역에 대한 그룹별 염증의 정도와 중증도를 나타낸 도면이다.Changes in interstitial edema, hemorrhage, necrosis, and leukocyte infiltration were observed to confirm the degree and severity of pancreatic inflammation as shown in FIG. 10 . 10 is a view showing the degree and severity of inflammation for each group in an excision area of a subject according to an embodiment of the present invention.

손상 유무와 섬유증 정도를 비교 분석하였다. 간질성 부종을 분석한 결과 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)에서는 중간 정도의 변화가 있었지만 제3 그룹(G3) 및 제4 그룹(G4)에서는 부종이 관찰되지 않았다. 즉, 간질성 부종은 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)에서 변화가 있고, 제3 그룹(G3) 및 제4 그룹(G4)에서 변화가 없다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 절제 영역에 대한 손상 유무와 섬유증 정도를 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.The presence or absence of damage and the degree of fibrosis were comparatively analyzed. As a result of analyzing the interstitial edema, as shown in FIG. 11 , there was a moderate change in the first group (G1) and the second group (G2), but the edema in the third group (G3) and the fourth group (G4) This was not observed. That is, there is a change in the interstitial edema in the first group (G1) and the second group (G2), and there is no change in the third group (G3) and the fourth group (G4). 11 is a graph showing the results of analyzing the presence or absence of damage to the excision area and the degree of fibrosis of a subject according to an embodiment of the present invention.

출혈은 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)에서도 보였지만 제3 그룹(G3) 및 제4 그룹(G4)에서는 보이지 않았다. 즉, 출혈은 제1 그룹(G1) 및 제2 그룹(G2)에서 변화가 있고, 제3 그룹(G3) 및 제4 그룹(G4)에서 변화가 없다.Bleeding was also seen in group 1 (G1) and group 2 (G2) but not in group 3 (G3) and group 4 (G4). That is, there is a change in the bleeding in the first group (G1) and the second group (G2), and there is no change in the third group (G3) and the fourth group (G4).

괴사는 G1에서 가장 심하게(평균 4 점), G2에서 중등도 이상(평균 3.3 점), G3에서 약함(평균 1 점), G4에서 약함(평균 0.7 점)의 범위로 세포 사멸로 관찰되었다. 즉, 괴사는 제1 그룹(G1)에서 중증도 이상이 평균 4점이고, 제2 그룹(G2)에서 중증도 이상이 평균 3.3점이고, 제3 그룹(G3)에서 중증도 이상이 평균 1점이고, 제4 그룹(G4)에서 중증도 이상이 평균 0. 7점이다.Necrosis was observed as apoptosis, ranging from the most severe (average 4 points) in G1, moderate to severe (average 3.3 points) in G2, weak (average 1 point) in G3, and weak (average 0.7 points) in G4. That is, necrosis in the first group (G1) had an average of more than 4 points, the second group (G2) had an average of 3.3 points, the third group (G3) had an average of more than the severity of 1, and the fourth group (G3) In G4), the average score of more than severe is 0.7 points.

염증 세포 침윤 정도는 G1에서 약함(평균 2 점), G2에서 중증(평균 4 점), G3에서 중등도(평균 2.7 점), G4에서 약함(평균 0.3 점)으로, G4 < G3 <G1 <G2 순으로 나타났다. 즉, 백혈구 침윤은 제1 그룹(G1)에서 평균 2점이고, 제2 그룹(G2)에서 평균 4점이고, 제3 그룹(G3)에서 평균 2.7점이고, 제4 그룹(G4)에서 평균 0.3점이다.The degree of inflammatory cell infiltration was mild (average 2 points) in G1, severe (average 4 points) in G2, moderate (average 2.7 points) in G3, weak (average 0.3 points) in G4, G4 < G3 < G1 < G2 appeared as That is, the average leukocyte infiltration was 2 points in the first group (G1), 4 points in the second group (G2), 2.7 points in the third group (G3), and 0.3 points in the fourth group (G4).

간질성 부종,출혈, 괴사 및 백혈구 침윤의 4가지 점수의 합을 비교한 결과, 제4 그룹(G4) < 제3 그룹(G3) < 제1 그룹(G1) < 제2 그룹(G2) 순으로 나타났다.As a result of comparing the sum of the four scores for interstitial edema, hemorrhage, necrosis, and leukocyte infiltration, the 4th group (G4) < 3rd group (G3) < 1st group (G1) < 2nd group (G2) appear.

제4 그룹(G4)의 경우, 췌장 실질의 작은 부분에만 염증이 생겼다.In the fourth group (G4), only a small portion of the pancreatic parenchyma was inflamed.

대조적으로, 제1 그룹(G1)과 제2 그룹(G2)의 세포 손상 발생률에서는 췌장 전체에서 광범위한 세포 손상이 관찰되었다. In contrast, extensive cell damage was observed throughout the pancreas in the incidence rates of cell damage in the first group (G1) and the second group (G2).

제3 그룹(G3)의 경우 제4 그룹(G4)과 마찬가지로 염증의 정도가 매우 낮은 것으로 관찰되었다. In the case of the third group (G3), as in the fourth group (G4), it was observed that the degree of inflammation was very low.

그러나 각 군의 혈관, 관, 췌도 세포의 보존 상태를 비교 한 결과, 제1 그룹(G1)과 제3 그룹(G3)에서 각각 한 개체만이 관 구조의 부분적인 괴사로 인해 어느 정도의 관 세포 증식 및 잔 세포 증식을 보였다. 다른 하나는 혈관, 관, 췌도 세포의 정상적인 구조를 유지하는 반면, 제2 그룹(G2)의 염증 반응에서 발생했다.However, as a result of comparing the preservation status of blood vessels, ducts, and islet cells in each group, only one individual in each of the first group (G1) and the third group (G3) had some degree of vascular cell necrosis due to partial necrosis of the vascular structure. proliferation and goblet cell proliferation. While the other maintained the normal structure of blood vessels, ducts and islet cells, it arose from the inflammatory response of the second group (G2).

[돼지 췌장 관련 기능 지표 혈액학 평가 및 심전도 평가][Pig pancreas-related functional indicators hematology evaluation and electrocardiogram evaluation]

<혈액학적 평가><Hematological evaluation>

각 2시간, 2일, 14일 후 혈액학 평가하였을 때, 아스파 테이트 트랜스 아미나제(AST), 알라닌 트랜스 아미나제(ALT), 총 빌리루빈(T-bil), 리파제(lipase) 및 아밀라제(amylase) 등 수치가 14일 차에 정삼 범위로 회복되어 췌장 및 간 기능 수치에 이상이 없음을 확인하였다.Aspartate transaminase (AST), alanine transaminase (ALT), total bilirubin (T-bil), lipase and amylase, etc. The level was restored to the range of ginseng on the 14th day, confirming that there was no abnormality in the pancreatic and liver function values.

검사 장치 절차에 따른 혈액학적 변화를 관찰하기 위해 채혈 후 혈청을 분리하고, 도 12 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 아스파 테이트 트랜스 아미나제(AST), 알라닌 트랜스 아미나제(ALT), 알칼리성 포스파타제(ALP), 총 빌리루빈(T-bil), 리파제(lipase) 및 아밀라제(amylase)를 검사하였다. In order to observe the hematological changes according to the test device procedure, the serum is separated after blood collection, and as shown in FIGS. 12 to 14, aspartate transaminase (AST), alanine transaminase (ALT), alkaline phosphatase ( ALP), total bilirubin (T-bil), lipase and amylase were tested.

시술 전과 IRE 후 14 일 사이에 혈청 검사 매개 변수의 농도에 통계적으로 유의한 변화가 없었다. There were no statistically significant changes in the concentrations of serological parameters before the procedure and 14 days after the IRE.

아스파 테이트 트랜스 아미나제(AST) 및 알라닌 트랜스 아미나제(ALT)는 간세포 간 손상을 특징짓는 농도로서, 도 12에 도시된 바와 같이 제1 그룹(G1) 내지 제4 그룹(G4)에서 모두 정상이다. 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 혈액학적 평가에서 AST, ALT, ALP 결과를 나타낸 그래프이다.Aspartate transaminase (AST) and alanine transaminase (ALT) are concentrations that characterize hepatocellular liver damage, and are all normal in the first group (G1) to the fourth group (G4) as shown in FIG. 12 . . 12 is a graph showing AST, ALT, and ALP results in hematological evaluation of a subject according to an embodiment of the present invention.

도 12에서, 알칼리성 포스파타제(ALP)는 담즙 정체를 나타내는 수준으로서 제1 그룹(G1) 내지 제4 그룹(G4)에서 모두 정상이다. AST 및 ALT의 경우 50g / dL 미만, 테스트 기간 동안 ALP의 경우 400g / dL이었다.In FIG. 12 , alkaline phosphatase (ALP) is a level indicative of cholestasis, which is normal in the first group (G1) to the fourth group (G4). It was less than 50 g/dL for AST and ALT and 400 g/dL for ALP during the test period.

총 빌리루빈(T-bil)은 비가역 전기 천공(IRE) 후 담관이 막혔는지 여부를 나타내는 수치로서, 도 13에 도시된 바와 같이, 전압 펄스의 듀티 사이클이 50%인 비가역 전기 천공(IRE) 후 2 일에 약간의 변화가 있더라도 테스트 기간 동안 정상을 유지하였다. 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 혈액학적 평가에서 총 빌리루빈(T-bil) 결과를 나타낸 그래프이다. 도 13에서, 총 빌리루빈(T-bil)은 2 일에 약간의 변화가 있었으나 테스트 기간 동안 정상을 유지하므로 통계적으로 유의하지 않음을 나타내고 있다.Total bilirubin (T-bil) is a number indicating whether the bile duct is blocked after irreversible electroporation (IRE), and is 2 after irreversible electroporation (IRE) with a 50% duty cycle of voltage pulses, as shown in FIG. 13 . Although there was a slight change in work, it remained normal during the test period. 13 is a graph showing total bilirubin (T-bil) results in the subject's hematological evaluation according to an embodiment of the present invention. In FIG. 13 , the total bilirubin (T-bil) slightly changed on day 2, but remained normal during the test period, indicating that it was not statistically significant.

또한, 충분한 바이오 마커로서 췌장염을 나타내는 리파제(lipase) 및 아밀라제(amylase) 수준은, 도 14에 도시된 바와 같이, 전압 펄스의 듀티 사이클이 50%인 비가역 전기 천공(IRE) 후 2 일에 1951.83 ±442.49이고, 아밀라제(amylase) 농도의 경우 통계적으로 유의하지 않은 P <0.05이 될 수 있다. 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 피험자의 혈액학적 평가에서 AMYL, LIP 결과를 나타낸 그래프이다. In addition, lipase and amylase levels indicative of pancreatitis as sufficient biomarkers were 1951.83 ± 1951.83 ± 2 days after irreversible electroporation (IRE) with a 50% duty cycle of voltage pulses, as shown in FIG. 14 . 442.49, and in the case of amylase concentration, it may be a statistically insignificant P <0.05. 14 is a graph showing AMYL and LIP results in hematological evaluation of a subject according to an embodiment of the present invention.

<심전도(ECG) 평가><Electrocardiogram (ECG) evaluation>

각 2시간, 2일, 14일 후 심전도를 평가하였을 때, 심전도 회복이 확인되었다.When ECG was evaluated after 2 hours, 2 days, and 14 days, respectively, ECG recovery was confirmed.

제4 그룹(G4)은 83% 고(高) 듀티 사이클 펄스에 따른 비가역 전기 천공(IRE)을 진행하였다. 제4 그룹(G4)도 심전도 회복이 확인되었다.The fourth group (G4) underwent irreversible electroporation (IRE) following an 83% high duty cycle pulse. ECG recovery was also confirmed in the fourth group (G4).

도 15에 도시된 바와 같이, 비가역 전기 천공(IRE)을 진행하는 동안을 포함하여 IRE 전후의 부정맥에 관한 경미한 또는 주요 사건을 관찰하기 위해 ECG 모니터링을 수행했다. 도 15는 본 발명의 실시예에 따른 피험자에 대한 심전도(ECG) 관찰 결과를 나타낸 그래프이다.As shown in Figure 15, ECG monitoring was performed to observe minor or major events related to arrhythmias before and after IRE, including during irreversible electroporation (IRE). 15 is a graph illustrating an electrocardiogram (ECG) observation result for a subject according to an embodiment of the present invention.

이 실험에서 테스트 된 동물에 대한 이벤트는 동기화되지 않은 절제에서 발생하지 않았다. No events for the animals tested in this experiment occurred in unsynchronized ablation.

ECG는 도 15에 도시된 바와 같이, 50 % -IRE 또는 83 % -IRE 전후에 기준선에서 변화가 없었다. IRE 동안의 변동은 IRE 유도 전류로 인해 발생했다 ECG was unchanged from baseline before and after 50%-IRE or 83%-IRE, as shown in FIG. 15 . The fluctuations during the IRE were caused by the IRE induced current.

비가역 전기 천공(IRE)의 사용은 지난 10 년 동안 증가했으며 기존의 치료법 대신 췌장 조직 절제에 성공적으로 구현되었다. The use of irreversible electroporation (IRE) has increased over the past decade and has been successfully implemented for pancreatic tissue resection as an alternative to conventional therapies.

많은 임상 시험에서 IRE에서 췌장암에 대한 명확한 생존 이점이 있음을 보여주었다. Many clinical trials have shown that there is a clear survival benefit for pancreatic cancer in IRE.

피험자의 절제 영역인 췌장의 종양 조직에 대한 적용은, 0.01 내지 0.04 % 범위의 듀티 사이클에 해당하는 부정맥 유발을 피하기 위해 최대 3kV 범위의 진폭과 1Hz 내지 4Hz의 90 펄스 범위의 전기 프로토콜을 통해 이루어졌다. Application to the tumor tissue of the pancreas, the resected area of the subject, was achieved through an electrical protocol with an amplitude ranging up to 3 kV and 90 pulses ranging from 1 Hz to 4 Hz to avoid inducing arrhythmias corresponding to a duty cycle ranging from 0.01 to 0.04%. .

규칙적인 전기 조건이 적용되는 경우 펄스 폭이 100 ㎲이고, 펄스 간격이 249.9 내지 999.9 ms이었고, 튜티 사이클을 20 % 내지 50 %로 줄이면 전기 천공 효율은 10 % 감소하는 것으로 나타났다.When regular electrical conditions were applied, the pulse width was 100 μs, the pulse interval was 249.9 to 999.9 ms, and it was shown that reducing the duty cycle to 20% to 50% reduced the electroporation efficiency by 10%.

듀티 사이클에 대한 전기 천공 효율의 의존성, 즉 펄스 지연 시간은 이것이 세포막의 전압 임계 값에 도달하지 않으면 남은 살아있는 세포를 생성할 수 있다. The dependence of the electroporation efficiency on the duty cycle, i.e., the pulse delay time, can generate remaining viable cells if it does not reach the voltage threshold of the cell membrane.

반대로 듀티 사이클을 줄이면 IRE가 적용될 때 부정맥의 역효과가 발생할 수 있다. Conversely, reducing the duty cycle may adversely affect arrhythmias when IRE is applied.

본 발명의 실시예에서는 돼지 모델에서 췌장의 효과와 안전성을 위해 돼지의 췌장 조직에 대해 듀티 사이클이 50 % 인 IRE를 수행했다. In the example of the present invention, IRE having a duty cycle of 50% was performed on the pancreatic tissue of a pig for the efficacy and safety of the pancreas in the pig model.

이 치료의 효과는 TTC 염색을 통해 확인되었고, 안전성은 혈액 학적 및 조직 병리학적 검사를 통해 평가되었다. The effectiveness of this treatment was confirmed through TTC staining, and safety was evaluated through hematological and histopathological examinations.

제1 그룹(G1) 내지 제3 그룹(G3)에 대한 TTC 염색 테스트에서 절제 면적은 14 일 동안 크게 감소하여 절제된 조직이 이 기간 동안 회복되었음을 나타낸다. In the TTC staining test for the first group (G1) to the third group (G3), the resection area was significantly reduced over 14 days, indicating that the resected tissue recovered during this period.

이 효과는 0.04 %의 듀티 사이클을 사용하는 프로토콜로 수행된 이전 연구의 효과와 일치한다. This effect is consistent with that of a previous study performed with a protocol using a duty cycle of 0.04%.

듀티 사이클 50 % -IRE의 효과를 기반으로, 50 % -IRE의 안전성은 ECG 모니터링을 포함한 조직학적 및 혈액학적 평가를 통해 검증되었다. Based on the effectiveness of 50%-IRE with a duty cycle, the safety of 50%-IRE was validated through histological and hematological evaluations including ECG monitoring.

비정상적인 행동은 관찰되지 않았으며, 테스트 기간 동안 사료 섭취, 배변 및 배뇨도 정상이었다.No abnormal behavior was observed, and food intake, defecation and urination were also normal during the test period.

조직 병리학적 검사를 통해 간질성 부종, 출혈, 괴사 및 염증 세포 침윤의 변화를 관찰했다. Through histopathological examination, changes in interstitial edema, hemorrhage, necrosis and inflammatory cell infiltration were observed.

네 가지 점수의 합계, 범위 및 염증의 정도는 G3 <G1 <G2 순이었고, G3와 비교하여 초기 데이터인 G1과 G2에서 췌장 전체에 걸쳐 광범위한 세포 손상이 관찰되었다. The sum of the four scores, the extent, and the degree of inflammation were in the order of G3 < G1 < G2, and extensive cellular damage was observed throughout the pancreas in the initial data, G1 and G2, compared with G3.

섬유증은 G3 실질 부위의 염증기 이후 활성화 된 섬유 아세포에 의한 콜라겐 생성 증가로 인한 것 같다. Fibrosis is likely due to increased collagen production by activated fibroblasts after the inflammatory phase of the G3 parenchyma.

G1과 G3만이 관의 부분적인 괴사를 보인 반면 나머지 개체는 혈관, 관, 췌도 세포의 정상적인 구조를 유지했다.Only G1 and G3 showed partial necrosis of the ducts, while the rest of the subjects maintained the normal structures of blood vessels, ducts and islet cells.

종합하면 췌장 절제로 인해 도관의 일부만 손상되었다. 이것은 대부분의 그룹이 혈관이나 도관에 영향을 미치지 않았음을 시사한다.Overall, only a portion of the catheter was damaged by pancreatic resection. This suggests that most groups had no effect on blood vessels or catheters.

혈액학적 평가에서 AST, ALT, ALP 및 T-bil은 시술 후 정상 수준에서 관찰되었다. 즉, 50 % -IRE 후 간세포 간 손상 및 담관 차단이 적용되지 않았다. In hematological evaluation, AST, ALT, ALP and T-bil were observed at normal levels after the procedure. That is, no hepatocellular liver injury and bile duct blockage were applied after 50%-IRE.

췌장염 동안 아밀라아제와 리파아제는 50 % -IRE의 7 일에 증가한 후 14 일에 초기 수준으로 회복되었다. During pancreatitis, amylase and lipase increased at 7 days of 50%-IRE and then returned to initial levels at 14 days.

맥동 중 안전성은 열 유도 및 근육 수축을 생성하는 맥박 지속 시간에 달려 있다. IRE의 듀티 사이클 의존성이 안전에 미치는 영향을 확증하기 위해 100이 아닌 IRE 동안 열 효과를 피하기 위해 펄스 폭이 1000μs이고 펄스 간격이 200μs 인 더 긴 듀티 사이클이 적용되었다. Safety during pulsation depends on the duration of the pulse that produces heat induction and muscle contraction. To corroborate the effect of the duty cycle dependence of the IRE on safety, a longer duty cycle with a pulse width of 1000 μs and a pulse interval of 200 μs was applied to avoid thermal effects during the IRE rather than 100.

조직 병리학에서 듀티 사이클 83 % -IRE는 간질성 부종과 출혈이 없었으며 치료 후 14 일에 약한 괴사만을 나타냈다. 83 % -IRE는 또한 그 당시 약간의 염증과 함께 약한 세포 침윤을 일으키는 것으로 나타났다. In histopathology, the duty cycle 83%-IRE showed no interstitial edema and hemorrhage, and only mild necrosis 14 days after treatment. 83%-IRE was also shown to cause mild cell infiltration with mild inflammation at the time.

G3와 비교하여 펄스 지속 시간의 50 %의 듀티 사이클을 사용하는 경우 83 % 비가역 전기 천공(IRE)은 모든 병리학적 점수에서 상대적으로 낮은 값을 보였으며, 섬유증이 상당히 적었다. Compared with G3, 83% irreversible electroporation (IRE) with a duty cycle of 50% of pulse duration showed relatively low values in all pathological scores and significantly less fibrosis.

이러한 결과는 83 % 비가역 전기 천공(IRE)의 듀티 사이클이 심각한 부작용을 유발하지 않음을 의미한다. These results imply that the duty cycle of 83% irreversible electroporation (IRE) did not induce serious adverse effects.

그러나 더 긴 듀티 사이클을 적용하면 맥동하는 동안 더 긴 듀티 사이클로 인한 너무 많은 전류로 인해 심장의 부정맥이 유발될 수 있다. However, applying a longer duty cycle can induce cardiac arrhythmias due to too much current due to the longer duty cycle during pulsation.

따라서 기존 비가역 전기 천공(IRE)은 심장의 부정맥을 방지하기 위해 펄스 지속 시간의 0.01-0.04 %의 듀티 사이클을 사용한다.Therefore, conventional irreversible electroporation (IRE) uses a duty cycle of 0.01-0.04% of the pulse duration to prevent cardiac arrhythmias.

본 발명의 실시예에서는 50% 및 83 % -IRE의 듀티 사이클이 정상적인 췌장 조직을 절제할 수 있는지 여부를 실험했다.In the example of the present invention, it was tested whether the duty cycle of 50% and 83%-IRE could resecte normal pancreatic tissue.

비가역 전기 천공(IRE) 동안 심장의 부정맥을 유발한다. 본 발명의 결과는 50 % 비가역 전기 천공(IRE)도 83 % 비가역 전기 천공(IRE)도 IRE를 적용한 후 돼지 심장의 부정맥을 유발하지 않았음을 보여주었다. Causes cardiac arrhythmias during irreversible electroporation (IRE). Our results showed that neither 50% irreversible electroporation (IRE) nor 83% irreversible electroporation (IRE) induced arrhythmias in pig hearts after application of IRE.

종합해 보면, 조직학적 및 혈액학적 평가와 ECG 모니터링은 50 % 및 80 % 비가역 전기 천공(IRE)의 듀티 사이클 후에 부작용이 발생하지 않았음을 나타낸다. Taken together, histological and hematological evaluations and ECG monitoring indicate that no adverse events occurred after duty cycles of 50% and 80% irreversible electroporation (IRE).

그러나 이 결과는 더 긴 맥박 지속 시간으로 인해 강화된 근육 수축을 고려하지 않았기 때문에 제한적이다. 더 긴 맥박 기간으로 근육 수축이 얼마나 많이 유도되는지 확증하기 위해 추가 연구가 필요할 수 있다.However, these results are limited because they do not take into account the enhanced muscle contractions due to the longer pulse duration. Further studies may be needed to establish how much muscle contraction is induced with a longer pulse duration.

요약하면, 본 발명의 실시예는 50 % 비가역 전기 천공(IRE)의 듀티 사이클이 ECG 모니터링 또는 여기에 설명된 병리학적 및 혈액학적 평가를 통해 감지할 수 있는 부작용을 일으키지 않고 기존의 듀티 사이클 0.01-0.04 % 비가역 전기 천공(IRE)과 유사한 절제를 유도한다고 할 수 있다. In summary, an embodiment of the present invention demonstrates that a duty cycle of 50% irreversible electroporation (IRE) produces no detectable adverse effects through ECG monitoring or the pathological and hematological evaluations described herein, and a conventional duty cycle of 0.01- It can be said that 0.04% induce ablation similar to irreversible electroporation (IRE).

이 결과는 응용 프로그램에서 제공되는 듀티 사이클 옵션을 기존 IRE의 임상 시험으로 확장하는 데 사용할 수 있다.These results can be used to extend the duty cycle options offered in applications to clinical trials of existing IREs.

도 16은 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.16 is an operation flowchart for explaining the irreversible electroporation method according to an embodiment of the present invention.

도 16을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공 시스템(100)은, 전압 생성 유닛(500)이 전원 유닛(700)으로부터 전원을 공급받아 전압 펄스를 생성한다(S10).Referring to Figure 16, the non-reversible electroporation system 100 according to an embodiment of the present invention, the voltage generating unit 500 receives power from the power supply unit 700 to generate a voltage pulse (S10).

이때, 제어 유닛(400)은 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치, 제4 스위치, 및 브릿지선을 포함하는 브릿지 회로를 포함한다. 제1 스위치 및 제2 스위치는 전기적으로 직렬 연결되고, 제3 스위치 및 제4 스위치는 전기적으로 직렬 연결되고, 제1 스위치 및 제2 스위치는 제3 스위치 및 제4 스위치와 상호 전기적으로 병렬 연결된다. 브릿지선은 제1 스위치 및 제2 스위치의 사이와 제3 스위치 및 제4 스위치의 사이를 전기적으로 연결한다. In this case, the control unit 400 includes a bridge circuit including a first switch, a second switch, a third switch, a fourth switch, and a bridge line. The first switch and the second switch are electrically connected in series, the third switch and the fourth switch are electrically connected in series, and the first switch and the second switch are electrically connected in parallel with the third switch and the fourth switch. . The bridge line electrically connects between the first switch and the second switch and between the third switch and the fourth switch.

이어, 제어 유닛(400)이 상기 생성된 전압 펄스를 전극 유닛(100, 200)에 인가한다(S20).Then, the control unit 400 applies the generated voltage pulse to the electrode units 100 and 200 (S20).

즉, 제어 유닛(400)은 상기 생성된 전압 펄스를 제1 전극(20) 및 제2 전극(30)을 포함하는 제1 바이폴라 전극(110)과, 제3 전극(23) 및 제4 전극(33)을 포함하는 제2 바이폴라 전극(130)에 인가한다.That is, the control unit 400 applies the generated voltage pulse to the first bipolar electrode 110 including the first electrode 20 and the second electrode 30 , the third electrode 23 and the fourth electrode ( 33) is applied to the second bipolar electrode 130 including

이때, 제1 바이폴라 전극(110) 및 제2 바이폴라 전극(130)이 피험자의 췌장에 삽입되고, 상기 생성된 전압 펄스가 제1 바이폴라 전극(110) 및 제2 바이폴라 전극(130)에 인가되어 비가역 전기 천공(IRE)이 진행될 수 있다.At this time, the first bipolar electrode 110 and the second bipolar electrode 130 are inserted into the subject's pancreas, and the generated voltage pulse is applied to the first bipolar electrode 110 and the second bipolar electrode 130 and is irreversible. Electroporation (IRE) may proceed.

제어 유닛(400)은 제1 스위치, 제2 스위치, 제3 스위치 및 제4 스위치를 제어하여 양의 전압 펄스 또는 음의 전압 펄스를 제1 바이폴라 전극(110) 및 제2 바이폴라 전극(130)에 제공한다.The control unit 400 controls the first switch, the second switch, the third switch, and the fourth switch to apply a positive voltage pulse or a negative voltage pulse to the first bipolar electrode 110 and the second bipolar electrode 130 . to provide.

이어, 인가된 전압 펄스에 의해 전극 유닛(100, 200)에 전기장이 형성된다(S30).Then, an electric field is formed in the electrode units 100 and 200 by the applied voltage pulse (S30).

즉, 인가된 전압 펄스에 의해 제1 바이폴라 전극(110) 및 제2 바이폴라 전극(130)에 바이폴라 네트워크 전기장이 형성된다.That is, a bipolar network electric field is formed in the first bipolar electrode 110 and the second bipolar electrode 130 by the applied voltage pulse.

여기서, 전압 펄스는 5% 듀티 사이클 내지 83% 듀티 사이클을 갖는다.Here, the voltage pulse has a 5% duty cycle to an 83% duty cycle.

이때, 예를 들면, 50% 듀티 사이클의 비가역 전기 천공(IRE)에 따른 혈액학적 평가는, 상기 피험자의 혈액 샘플 수집 후 혈청이 분리되고, 아스파 테이트 트랜스 아미나제(AST), 알라닌 트랜스 아미나제(ALT), 알칼리성 포스파타제(ALP), 총 빌리루빈(T-bil), 리파제(lipase) 및 아밀라제(amylase) 수준이 측정된다.At this time, for example, hematological evaluation according to irreversible electroporation (IRE) of 50% duty cycle, serum is separated after collection of the subject's blood sample, aspartate transaminase (AST), alanine transaminase ( ALT), alkaline phosphatase (ALP), total bilirubin (T-bil), lipase and amylase levels are measured.

펄스 지속 시간의 50 %의 듀티 사이클을 사용하는 경우 83 % 비가역 전기 천공(IRE)은 모든 병리학적 점수에서 상대적으로 낮은 값을 보였으며, 섬유증이 상당히 적었다. 이러한 결과는 83 % 비가역 전기 천공(IRE)의 듀티 사이클이 심각한 부작용을 유발하지 않음을 의미한다. With a duty cycle of 50% of pulse duration, 83% irreversible electroporation (IRE) had relatively low values for all pathological scores and significantly less fibrosis. These results imply that the duty cycle of 83% irreversible electroporation (IRE) did not induce serious adverse effects.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공(IRE) 시스템(100)은, 도 17에 도시된 바와 같이 인간유래 전립선암(PC-3)에 대한 세포사멸에 적용하여 효율을 평가할 수 있다. 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 비가역 전기 천공(IRE) 시스템을 인간유래 전립선암의 세포 사멸에 적용한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 1200V, 1500V, 1800V , 90 개 펄스 인 가 시 HF(고 듀티 사이클 펄스 5%)가 LF(저 듀티 사이클 펄스 0.01%) 보다 세포 사멸의 효율이 더 높은 것으로 확인되었다.As described above, the irreversible electroporation (IRE) system 100 according to an embodiment of the present invention is applied to apoptosis for human-derived prostate cancer (PC-3) as shown in FIG. 17 to evaluate the efficiency. can 17 is a graph showing the results of applying the irreversible electroporation (IRE) system according to an embodiment of the present invention to apoptosis of human-derived prostate cancer. As shown in FIG. 17, it was confirmed that HF (high duty cycle pulse 5%) with 1200V, 1500V, 1800V, 90 pulses had a higher efficiency of apoptosis than LF (low duty cycle pulse 0.01%). .

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 피험자의 절제된 조직 내에 잔류 간 세포를 남기지 않고, 펄스 폭의 듀티 사이클과 IRE의 타당성 및 안전성 간의 관계를 명확하게 할 수 있도록 하는, 비가역 전기 천공 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.As described above, in accordance with the present invention, there is provided an irreversible electroporation system and method, which allows to clarify the relationship between the duty cycle of pulse width and the validity and safety of IRE, without leaving residual liver cells within the excised tissue of a subject. can provide

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.In the above, the embodiments of the present invention have been mainly described, but various changes or modifications can be made at the level of those skilled in the art to which the present invention pertains. Such changes and modifications can be said to belong to the present invention without departing from the scope of the technical spirit provided by the present invention. Accordingly, the scope of the present invention should be judged by the claims described below.

10, 13 : 본체 20, 30, 23, 33 : 전극
110, 120, 130, 140 : 바이폴라 전극 100, 200 : 바이폴라 전극 유닛
121, 141 : 직선형 본체부 123, 143 : 사선형 본체부
201, 203, 301, 303, 231, 233, 331, 333 : 스위치
300 : 커넥터 400 : 제어 유닛
401, 403 : 브릿지선 500 : 전압 생성 유닛
600 : 릴레이 스위치 700 : 전원 유닛
800, 810 : 브릿지 회로
801, 803, 805, 807 : 접지 스위치 1000 : IRE 시스템10, 13: body 20, 30, 23, 33: electrode
110, 120, 130, 140: bipolar electrode 100, 200: bipolar electrode unit
121, 141: straight body part 123, 143: oblique body part
201, 203, 301, 303, 231, 233, 331, 333: switch
300: connector 400: control unit
401, 403: bridge line 500: voltage generating unit
600: relay switch 700: power unit
800, 810: bridge circuit
801, 803, 805, 807: Earthing switch 1000: IRE system

Claims

electrode unit;
a power supply unit for supplying power to the electrode unit;
a voltage generating unit receiving power from the power supply unit and generating a voltage pulse; and
a control unit controlling to apply the generated voltage pulse to the electrode unit;
An electric field is formed in the electrode unit by the applied voltage pulse,
the applied voltage pulse has a 5% to 83% duty cycle;
The electrode unit is inserted into the subject's pancreas to undergo irreversible electroporation (IRE),
Tytamine hydrochloride, zolazepam hydrochloride and xylazine hydrochloride are injected into the subject's pancreas, and isoflurane is maintained at 1.5-2.0%;
In the electrode unit, the distance between the two electrodes is maintained at a distance of 10 mm, and the exposure of 15 mm is maintained,
The subject, the first group (G1), the irreversible electroporation (IRE) proceeded for 2 hours; the second group (G2) in which the irreversible electroporation (IRE) was performed for 2 days; a third group (G3) in which the irreversible electroporation (IRE) was performed for 14 days; and a fourth group (G4) in which the irreversible electroporation (IRE) was performed under specific electrical conditions for 14 days,
In the first group to the third group, the amplitude of the voltage pulse is 1500 V/cm, the width of the voltage pulse is 100 μs, the interval of the voltage pulse is 100 μs, and the number of voltage pulses is 90 , the duty cycle of the voltage pulse is 50%,
The specific electrical condition of the fourth group is that the amplitude of the voltage pulse is 1000 V/cm, the width of the voltage pulse is 1000 μs, the interval of the voltage pulse is 100 μs, the number of voltage pulses is 90 , wherein the duty cycle of the voltage pulse is 83%,
Irreversible electroporation system.

delete

The method of claim 1,
The subject's pancreas was cut at intervals of 5 mm, and the central part of the resection area was put in 1% Triphenyltetrazolium chloride (TTC) solution and stained at 37 °C for 20 minutes, fixed in 10% neutral formalin solution, and martoxylin ( H) and eosin (E) staining and then photographed, the horizontal and vertical axes of the ablation area measured,
Hematological evaluation according to irreversible electroporation (IRE) with the duty cycle of 50% was performed after collection of the subject's blood sample, serum was isolated, aspartate transaminase (AST), alanine transaminase (ALT), alkaline phosphatase (ALP), total bilirubin (T-bil), lipase (lipase) and amylase (amylase) levels are measured,
Irreversible electroporation system.

4. The method of claim 3,
The image of the pancreas, which is the resection region of the subject, is
The first group (G1) has a width of 24.244 ±6.046 mm, a height of 19.475 ±2.045 mm, and an area of 470.325 ±117.936 mm ² ,
The second group (G2) has a width of 15.284 ±1.318 mm, a height of 15.317 ±2.021 mm, and an area of 233.217 ±27.766 mm ² ,
Irreversible electroporation system.

4. The method of claim 3,
The degree and severity of inflammation of the subject's resection region, the pancreas, includes changes in interstitial edema, hemorrhage, necrosis and leukocyte infiltration,
The interstitial edema has a change in the first group (G1) and the second group (G2), and there is no change in the third group (G3) and the fourth group (G4),
The bleeding has a change in the first group (G1) and the second group (G2), and there is no change in the third group (G3) and the fourth group (G4),
The necrosis in the first group (G1) has an average of 4 points or more, the second group (G2) has an average of 3.3 or more, and the third group (G3) has an average of more than 1 point, In group 4 (G4), the average score of more severe or greater was 0.7,
In the leukocyte infiltration, the degree of inflammatory cell infiltration was an average of 2 points in the first group (G1), an average of 4 points in the second group (G2), an average of 2.7 points in the third group (G3), and the fourth group ( G4) averaged 0.3 points,
As a result of comparing the sum of the four scores of the interstitial edema, the bleeding, the necrosis, and the leukocyte infiltration, the fourth group (G4) < the third group (G3) < the first group (G1) < the appearing in the order of the second group (G2),
Irreversible electroporation system.

4. The method of claim 3,
The aspartate transaminase (AST) and the alanine transaminase (ALT) are all normal in the first group (G1) to the fourth group (G4) as concentrations characterizing hepatocellular liver damage,
The alkaline phosphatase (ALP) is all normal in the first group (G1) to the fourth group (G4) as a level indicative of cholestasis,
The total bilirubin (T-bil) is a value indicating whether the bile duct is blocked after the irreversible electroporation (IRE), and a slight change at 2 days after the irreversible electroporation (IRE) where the duty cycle of the voltage pulse is 50% maintain normality during the test period, even if there is
The lipase and amylase levels were 1951.83 ± 442.49 2 days after the irreversible electroporation (IRE) with a 50% duty cycle of the voltage pulse as levels indicative of pancreatitis, and the amylase concentration was with a statistically insignificant P <0.05,
Irreversible electroporation system.

4. The method of claim 3,
Application to the tumor tissue of the pancreas, which is the resection area of the subject,
Electrical protocols with amplitudes ranging up to 3 kV and 90 pulses ranging from 1 Hz to 4 Hz are used to avoid arrhythmia induction corresponding to duty cycles ranging from 0.01 to 0.04%,
When regular electrical conditions are applied, the pulse width is 100 μs, the pulse interval is 249.9 to 999.9 ms,
Reducing the duty cycle from 20% to 50% reduces the irreversible electroporation efficiency by 10%,
Irreversible electroporation system.

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