Comparaison de l’ablation par électroporation irréversible dans les foies de souris avec ou sans algorithme de contrôle thermique

L’électroporation irréversible (IRE) est une technique d’ablation utilisant des champs électriques pulsés de haute intensité pour perturber l’intégrité membranaire des cellules, induisant une apoptose. Historiquement considérée comme non thermique, l’IRE repose sur l’énergie électrique plutôt que la chaleur. Cependant, des études récentes in vitro et ex vivo ont remis en cause cette propriété, révélant des effets thermiques secondaires résultant d’un équilibre dynamique entre le dépôt d’énergie pendant les impulsions et la dissipation thermique tissulaire. Ces observations soulèvent des inquiétudes quant aux risques de lésions thermiques involontaires lors de procédures cliniques. Pour y remédier, des algorithmes de contrôle thermique ont été proposés pour moduler l’énergie délivrée en temps réel. Cette étude évalue la sécurité et l’efficacité de l’IRE in vivo avec un algorithme de contrôle thermique, comparé à une IRE conventionnelle en boucle ouverte, dans un modèle murin de foie.

Dispositif expérimental et mécanisme de contrôle thermique

Le dispositif expérimental comprenait un générateur d’impulsions haute tension (HVPG) délivrant des impulsions de 40 ms à 2 ms, des tensions de 500 à 1000 V, et un courant maximal de 60 A. Deux électrodes monopolaires en acier inoxydable (calibre 21) avec une pointe active de 5 mm étaient positionnées à une distance bord-à-bord fixe de 3,3 mm. Un thermistor (MEB05, Lingee Corp.) recouvert de résine époxy était placé près de la pointe d’une électrode pour surveiller les variations de température. Le thermistor était connecté à un microcontrôleur (Arduino UNO) permettant une mesure thermique en temps réel via l’équation de Steinhart–Hart.

Dans le groupe expérimental, un algorithme en boucle fermée maintenait la température tissulaire à 42°C en ajustant dynamiquement la fréquence des impulsions. Initialement fixée à 1 Hz, la fréquence était réduite si la température approchait le seuil. Le groupe témoin fonctionnait en boucle ouverte sans régulation thermique, avec une fréquence fixe de 1 Hz. Les deux groupes recevaient 20 impulsions à 600 V avec une durée de 100 ms.

Protocole d’ablation in vivo

Dix-huit souris Institute of Cancer Research (âgées de 9–11 semaines) ont été randomisées en groupes expérimental et témoin. Sous anesthésie générale, les électrodes étaient insérées par voie percutanée dans le lobe médian du foie (profondeur 1 cm) sous guidage tomodensitométrique (TDM ; 80 kV, 120 mA, épaisseur de coupe 0,625 mm). Après l’ablation, les souris étaient surveillées pendant 24 heures avant euthanasie. Les spécimens hépatiques étaient sectionnés pour analyse histopathologique via coloration H&E et marquage TUNEL. Deux pathologistes en aveugle ont évalué la qualité des colorations et l’efficacité de l’ablation selon des critères incluant la couverture complète de l’ablation, la mort cellulaire apoptotique et la préservation de l’architecture vasculaire.

Principaux résultats

Durée du traitement et modulation thermique
Le groupe expérimental a présenté une durée de traitement significativement plus longue (41,5 ± 3,5 secondes) que le témoin (20,0 ± 0,0 secondes ; P < 0,01), due à des pauses intermittentes pour dissiper la chaleur. Malgré un nombre réduit d’impulsions par unité de temps, la température finale était nettement inférieure dans le groupe expérimental (42,3 ± 0,8°C vs. 55,6 ± 2,3°C ; P < 0,01). Les courants de crête étaient également réduits (5,28 ± 0,19 A vs. 8,84 ± 0,56 A ; P < 0,01), suggérant un effet indirect du contrôle thermique sur la conductivité tissulaire.

Caractéristiques de la zone d’ablation
L’analyse macropathologique a révélé des caractéristiques typiques de l’IRE dans les deux groupes, incluant une apoptose uniforme et une intégrité vasculaire. Cependant, la qualité des colorations différait : 88,9 % des spécimens expérimentaux (8/9) présentaient une coloration cytoplasmique et nucléaire homogène, reflétant une architecture cellulaire préservée [Figure 1A]. En revanche, 88,9 % des témoins (8/9) montraient une décoloration cytoplasmique et une perte nucléaire, compatibles avec une nécrose de coagulation thermique [Figure 1B]. La zone d’ablation effective était plus petite dans le groupe expérimental (15,2 ± 3,6 mm² vs. 21,3 ± 5,2 mm² ; P < 0,01), indiquant une expansion réduite du champ électrique due à un échauffement Joule limité.

Implications mécanistiques et cliniques
L’étude souligne l’interdépendance entre température, courant et conductivité tissulaire durant l’IRE. En l’absence de régulation, l’échauffement Joule cumulatif augmente la conductivité, élargissant la zone d’ablation mais induisant une nécrose de coagulation, susceptible de masquer les caractéristiques cytopathologiques spécifiques à l’IRE. L’algorithme de contrôle thermique stabilise le dépôt d’énergie, préservant les mécanismes non thermiques de l’IRE.

Bien que l’algorithme réduise la vitesse d’ablation et la taille de la zone traitée, l’efficacité thérapeutique reste intacte. Tous les spécimens ont satisfait aux critères de succès de l’IRE. Une zone d’ablation plus petite pourrait améliorer la précision clinique, limitant les dommages collatéraux.

Limites et perspectives

Les limites principales incluent un faible effectif (n = 18) et l’utilisation d’un seul jeu de paramètres (600 V, 100 ms). Des études supplémentaires sont nécessaires pour valider ces résultats avec d’autres configurations. Des études de survie à long terme évalueraient les réponses tissulaires chroniques et le risque de récidive de lésions thermiques.

Conclusion

L’intégration d’un algorithme de contrôle thermique dans les protocoles d’IRE supprime efficacement l’élévation de température sans compromettre l’efficacité de l’ablation. En préservant la qualité des colorations cellulaires et en réduisant les effets thermiques involontaires, cette approche améliore le profil de sécurité de l’IRE tout en conservant ses avantages face aux méthodes thermiques traditionnelles. Ces résultats soulignent l’importance d’équilibrer dépôt d’énergie et gestion thermique pour optimiser les résultats de l’IRE.

DOI : 10.1097/CM9.0000000000002230