电场治疗癌症:下一个十亿级美元金矿?

文 / 雪梨商学院
2019-04-04 15:22

来源|虎嗅

作者 | 李拓

题图 | 视觉中国


2月28日,一款名为Optune的抗癌产品在香港正式上市。与同行的基因疗法、单抗等新兴疗法所不同的是,Optune的治疗原理是——电场。

这玩意儿是啥?癌症几时真的可以“电疗”了?

癌症电疗小史

人类对电疗的研究,可回溯至18世纪的意大利。

18世纪70年代,意大利人提比留斯·卡瓦洛(Tiberio Cavallo,1749~1809)在英国完成了由商人到科学家的身份转换,一跃成为和亚历山德罗·伏特、富兰克林一样知名的电学研究者,并进入了英国皇家学会。1777年,他出版《电学全书》(A Complete Treatise on Electricity :in Theory and Practice, with original experiments),三年后出版《电疗理论与实践》(Theory and Practice of Medical Electricity),两本书都记载了电作为治病手段的最早创想。

提比略·卡瓦洛画像,约1790年(国家肖像画廊,伦敦 )

当人类再次将目光转回用电治疗疾病时,已是20世纪六七十年代。彼时研究者只是测试电流对活体细胞膜的影响,80年代,人们已开始尝试电化学疗法抗癌的工作。

此前,直流电化学疗法( Electrochemical treatment,简称EChT)在血管瘤治疗[1]领域有广泛实践应用,而使用电化学方法治疗癌症,是瑞典科学家诺登斯强姆(1920~2006,Bjorn Erik Wilhelm Nordenstrom,瑞典卡洛琳斯卡医学院诺贝尔委员会主席)的发明。

诺氏于1978年使用电化学疗法治疗人体转移性肺癌,1983年,他正式创立人体生物闭合电路学说(biologically closed electric circuits,简称BCEC)。1987年,诺氏到中国讲学。根据国家科学技术奖励办公室的公开信息,当时诺氏将相关专利疗法无偿转让给中国,他还因此获得2001年中华人民共和国国际科学技术合作奖。

位于北京的中日友好医院,是国内第一家应用电化疗技术治疗癌症的医疗机构,从1987年到1991年,至少有200家医院应用电化学疗法治疗了上千名癌症患者[2] ,到2003年,中国至少有15000名良性或恶性肿瘤患者接受了电化学疗法。

电化学疗法的根本原理是直流电,其治疗方法很简单:将正负电极直接插进肿瘤部位,并持续加载低压直流电。至于这种方式到底为何能杀死癌细胞,诺登斯强姆的解释是: 对肿瘤施加直流电刺激, 造成一个 “模仿的愈合” , 而后引发出经生物闭合电路的愈合过程。 即由一个人为的原级发动系统转变为一个自身推动的运转系统 , 促成肿瘤的愈合 。[2]

是不是一头雾水?没关系,你不是一个人,因为就连西方同行都无法理解这种疗法。所以除了中国地区,以BCEC为代表的直流电疗法并未在全世界推行开来。

西方世界对此疗法普遍谨慎并非毫无缘由,一方面,诺氏发明该疗法之后,缺乏临床试验和对照试验,就直接转给艺高人胆大的中国医疗界使用;另一方面,人们对直流电破坏肿瘤的机理一直不够明确,这也是阻碍该疗法进入医疗界的一大原因。[4]

不过,科学界针对直流电抗癌的原理研究一直没有停止。

来自中国原子能研究院的李开华等人的研究显示,直流电场能令癌细胞生存环境产生电化学反应,导致pH值急剧变化,细胞膜崩溃,细胞核凝固,最终导致癌细胞死亡[5],也有研究表明,直流电场也可能通过影响癌细胞的代谢和生长而实现抗癌效果[6]。这些研究的发表逐渐扭转了西方世界的看法,在2000年之后发表的动物试验论文中,直流电疗法被认定为“有探索前景”。[7]

虽然欧美科研医学界对直流电场疗法颇多疑虑,但在电脉冲疗法领域进步很快。

电脉冲是小至细胞级别的治疗技术。从20世纪80年代起,电脉冲就广泛用于生物技术领域,在细胞融合、基因转导等领域。电脉冲主要做法是通过在电极上提升电压,击穿细胞膜以治疗癌症。

所以,为何,又如何击穿细胞膜?

就像“猫是固体中的液体”一样,具备“磷脂双分子层”流动结构的细胞膜,也兼具固体和液体的特性——因此,如果你用电脉冲在细胞膜上打孔,同时往里直接注入药物,注入后小孔还可以自动闭合。[8] 有不同实验表明,这使得不同药物效果因此提高80~10000倍[9]。

细胞膜的磷脂双分子流动镶嵌结构模型(©视觉中国)

在电脉冲疗法基础上,人们又做了一些微小的工作,得到更强的“纳秒级脉冲”。

纳秒级脉冲,有了更强的电场(场强是普通电脉冲的20倍以上)和更高的脉冲宽度(纳秒级别)。这意味着:在极短时间内,人们能在细胞膜上打出数量众多,距离近的孔,这些孔又极易融合成大孔洞,导致细胞膜无法恢复原状,整个细胞因此崩溃(真·乱拳打死)[3] 。这种情况下,也没必要再费工夫用什么药物了。

这种方法的优点在于,只要瞄准癌细胞,钻个孔,打药,完事儿了它还能自动愈合(或者干脆直接把癌细胞“乱拳打死”),极少伤害正常细胞;缺点是“知面不知心”——识别表层癌细胞并不难,但找到并杀死深层的癌细胞,则有相当难度,而且对电极的形状有较高要求,比如扁平电极可能造成电弧灼伤、电极与皮肤粘连等问题。[8]

直流电和电脉冲电的共同特点是“更适合治疗皮肤浅表的癌症”,虽然有文献称[2] ,直流电疗法对孤立性肝癌及不能切除的癌症也有效,但问题是,病人何必要挨一刀之后再做电疗?每次电疗时间和效果如何保证?没有更优的选择吗?

过去两百多年里,直流电、脉冲电治疗等概念层出不穷,但在“治疗癌症”这事儿上,从未得到业内真正认可,亦未通过严格的临床研究验证并得到真实世界广泛应用。在民间“电疗”也一直以骗局形式而存在。

直到肿瘤电场治疗的出现。

肿瘤电场治疗则并不是直接使用电流,而是用电场,所以该疗法在业内称为肿瘤电场治疗(Tumor-Treating Fields,简称TTFields)。

一个简单的科普:电场可以与重力场进行类比,电场是电荷及周围空间里存在的一种特殊物质,它对放入其中的电荷可以产生作用力,即“电场力”。

交变电场具有不同的特性,这取决于它们的频率和强度。

例如,非常低的频率(<1kHz)可导致细胞膜去极化,并可兴奋肌肉、神经和心脏组织。你在电视剧或现实中常见到的低频电场器械,可能就是心脏除颤器和心脏起搏器了;微波消融使用>900MHz的高频电场能以实现肿瘤的热消融。而我们今天谈到的肿瘤电场治疗是一种中频电场。

TTFields疗法自以色列理工学院教授约拉姆·帕尔迪(Yoram Palti)首倡以来,医学界研究进展飞快。

2004年,首篇TTFields的主题论文发表[10],2007年,TTFields即已通过欧盟CE认证;到2011年4月,美国FDA批准TTFields用于复发胶质母细胞瘤的治疗;2015年10月,进一步被FDA批准用于新诊断胶质母细胞瘤的治疗——各国医药监管部门对TTFields可谓大开方便之门。

TTFields为何能得到批准?它好在哪?

TTFields为何能迅速上位?

与传统治疗方式相比,TTFields没有那么“暴力”——不用血淋淋的手术,亦大规模“放毒”化疗,只要将特制的电极,用电场贴片贴在头部特定部位,持续放电就行。

事实上,在2003年,以色列人就开始了基于TTFields理论的动物试验;2004年,以色列研究人员卡尔森(Eilon D. Kirson)等人发表了第一篇有关TTFields治疗黑色素瘤的论文 [10],并很快确定了对脑胶质瘤模型的有效性[11] ;2012年,研究人员全面阐述了TTFields治疗肿瘤的主要原理[12]。

在阅读这三篇论文后,我们尝试用人话来解释一下TTFields的抗癌原理(开始以下内容之前,请确定你具备高中水平的生物学与化学知识)。

动物细胞通过分裂而实现增殖,详细的分裂过程,我们都不陌生:

动物细胞有丝分裂全过程,图源:Wikipedia

其中有两个环节至为重要:中期和后期(即上图的第三、第四阶段)。这两个环节是纺锤体(黑色弧线)最清晰也最容易破坏的阶段,源自植物的化疗药物紫杉醇和TTFields都着眼于破坏纺锤体,导致细胞分裂无法正常进行(尽管二者起作用的时间点不尽相同);

上图绿色部分就是纺锤体了(图源:Wikipedia)

除此之外,在最后一个阶段,因为较强的电场主要集中在癌细胞的分裂沟处,TTFields可引发细胞内物质向中间聚集,最终使癌细胞崩溃;

卡尔森等人在2004年发表研究TTFields的首篇论文时附上的原理图:图B表示造成癌细胞内的细胞器和后含物发生电泳的场强差异。

特定参数的交变电场(场强范围1~3V/cm,频率范围100kHz~300kHz)只对分裂较快的癌细胞起作用,而对正常细胞无害。

最后需要指出的是,虽然TTFields的最初试验对象是黑色素瘤(melanoma),但真正首先用于临床治疗的却是胶质母细胞瘤(glioblastoma,简称GBM,一种脑部肿瘤)。

尽管美国FDA在2011年就已批准了TTFields作为复发性脑胶质瘤的治疗方案,但首篇三期临床试验数据论文,到2012年才由瑞士洛桑大学的Roger Stupp等人发表。[13]。

在原发性中枢神经系统恶性肿瘤中,有80%是脑胶质瘤。九成以上的病例发展速度极快,此前胶质母细胞瘤的标准疗法是:标准治疗手段为手术+同步放化疗+替莫唑胺(TMZ)。但该病复发率极高(复发率近100%),生存期短,仅有14.6个月(最新一代的替莫唑胺只能延长两个月的寿命),患者在后期基本丧失正常意识。

另外需要指出的是:放疗和化疗所造成的脱发、呕吐、乏力、消化道出血和失忆等症状也成为患者标配。这些在TTFields疗法中都是不存在的。

TTFields以破竹之势获得承认,并在2013年写入美国国立综合癌症网络(NCCN)的《癌症诊疗临床实践指南》时,包括专家、病人及家属都对此热情不高,业内对实验方法和最终结果还有些许疑虑。[14]

这事儿不难理解:一方面,电场治疗是通过物理方式治疗癌症,和传统的医学治疗原理完全不同,临床医生和专家很难像理解新药一样接受它;另一方面,如果一种不增加病患痛苦指数的疗法,在加入治疗方案后,能明显延长病人总生存期,人们还发现效果不仅不受病人性别、年龄、体力状况影响,还与肿瘤切除程度、关键指标转移酶数据无关。[15]那是不是……

“这么好的事儿,容我再想想……?”

事情转机出现在2017年。这一年,《美国医学会杂志》(The Journal of the American Medical Association,即业内知名的JAMA杂志)发布了关于TTFields的最新临床试验数据[16]。

这篇多达29名作者联合署名的研究,将695名受试者分为两组,一组使用默沙东研制的靶向药替莫唑胺(TMZ)化疗,另一组使用替莫唑胺+电场治疗(TMZ+TTFields)联合联合疗法。试验结果显示,TTFields与化疗的联合使用效果,比单用化疗延长了近5个月的生存期。

到2018年,新版的NCCN指南已将肿瘤电场治疗列为1类推荐。这意味着,脑胶质瘤患者可以在手术之后,通过“常规放疗+同步和辅助TMZ 化疗+电场治疗”延长寿命。

真正功臣:近20年研究背后的公司

在过去15年中,TTFields能在癌症治疗界快速上位,离不开各位努力的研究者及其背后医药研究体系的日益完善。

一个有趣的事实是:医学界对TTFields原理的研究成果中,相当一部分都由同一家公司支持和推动;TTFields只是一种疗法,它需要实体器械来实现相关功能,而目前世界上只有一家公司能生产这种具备TTFields功能的设备。

这家公司就是Novocure。

约拉姆·帕尔迪是TTFields理论的提出者,也是Novocure的创始人,在目前所见的大多数相关研究论文的作者列表中,他是常客;而常以第一作者身份发表论文的卡尔森,则是该公司的首席科学官和研发主管(Novocure近期公告显示,他将于2019年5月退休)。

所以,TTF理论的研究完善,和Optune升级换代的全过程,基本也是这家公司的发展史。

2000年,以色列理工教授帕尔迪和威廉·道尔(William F. Doyle)成立了Novocure,此后在2009年9月,Novocure曾进行过一轮融资,投资方包括辉瑞、强生和指数创投,而金额则未透露;2015年9月,TTF被美国FDA批准用作新诊断脑胶质瘤治疗前夕,Novocure在美国纳斯达克上市。上市后,这家公司在2018年先后进行了两轮再融资,额度分别为1.5亿美元和200万美元(信息来自Crunchbase )。

2011年,Optune被FDA正式批准用于复发脑胶质瘤的治疗时,是第一代产品,重量达到2.7千克(约6磅),2016年第二代则轻至1.2千克(约2.7磅)[17]。

Novocure展示的Optune二代产品全部配件,包括电池、充电器、电场贴片、肩带背包与各类线材等

事实上,两代产品工作原理没有变化。因为选用了和特斯拉同款电芯,两代之间明显的差别主要是锂电池重量及续航时间。

目前使用Optune的患者,每月由专业服务团队(Novocure称为Device Service Support,DSS团队)定期到家中,通过插线连接方式下载治疗数据,再将之上传至以色列海法的治疗中心;海法的医疗专家根据从仪器传来的数据进行分析,并针对头部贴片的位置、病情进展为当地医生和病人给出改进治疗的建议。而值得期待的可能是还在开发中的、具备IoT功能的第三代产品,只需通过5G网络即可上传数据,随时改进治疗方案。

Optune目前只在美国、欧洲、日本等国家和香港地区被获批用于胶质母细胞瘤的治疗。

除了数据明显优于化疗,基本上不会造成更多痛苦——当然,也有其缺点:

为保证治疗效果,病人需要一直携带设备,每天至少使用18小时,只有在洗澡等少部分时间可停止使用;

偶尔会因电场贴片而发生轻度皮炎,如果对导电凝胶过敏,则不能使用;

Optune目前仅被批准用于治疗胶质母细胞瘤(如果适应症范围狭窄是缺点的话)。

事实上,Optune不乏模仿者,比如日本人仿制的“电场服”ECCT。但在2019年3月的一次媒体会上,Novocure的董事会执行主席威廉·道尔就直言不讳地批评ECCT没有任何意义,是个骗局。

“对日本电场服我想做一点评论,这本身就是个骗局,没有任何数据,政府也并没有批准,没有接触皮肤施加电场,对病人也没有最终效果,对癌细胞也不会达成任何的治疗效果。

“这是一个非常不幸的事情,这个骗局的发起者是在利用消费癌症患者绝望的心情,虽然他们号称收费比较低,但卖的却是没有任何效果的产品,相反把病人最后的一点希望给拿去了,在赚亡命钱。”

Novocure的2018年度财报显示,该公司在2018财年总营收2.5亿美元,净收入6970万美元,研发投入5000万美元,净亏1563.1万美元。使用Optune的病人数量为2383人(其中美国有1637人,德国及欧洲/中东/非洲地区322人,日本52人),同比增长30%。

事实上,Novocure为研究和开发该疗法投入了超过6亿美元,至今未盈利。这家公司在用户数仅有两千多人的情况下实现了近7000万美元的收入,这意味着Optune并不便宜。事实上正是如此,数据显示,即使在国外,Optune的价格也并非所有患者都能承受。比如,在美国,未使用商业保险的治疗价格为2.1万美元/人/月,150368美元/人/生命年,198032美元/人/质量调整寿命年[18]。

即便治疗费用如此高昂,美国也有40%的新诊断病人选择电场疗法。事实上,Novocure的董事会执行主席威廉·道尔介绍称,日本已可获得政府医保的全额报销,而德国政府医保则可报销70%。纳入美国政府医保的谈判还在进行中,今年有望纳入。

一方面,只有少部分患者承受得起(这意味着医保很重要);另一方面,目前FDA和欧洲、日本等地批准的适应症也只有脑胶质瘤,如果Optune仅止步于此,则市场规模并不很大。

不过,作为一种物理治疗手段,TTFields已经成为继手术、放疗、药物治疗之后的全新方案, Novocure还在进行中的研究包括TTFields对非小细胞肺癌、脑转移、胰腺癌等的治疗。

Novocure公布了Optune的适应症研发进度。来源:Novocure官方资料,制表:虎嗅

其中,在2018年财报里,Novocure报告了Optune相关适应症的2019年的研发进度:

恶性胸膜间皮瘤(FDA将于2019年批准)复发性卵巢癌三期临床试验(2019年3月22日已经宣布正式启动)与再鼎医药合作的二期胃癌临床试验(2019年)

其中,再鼎医药是Novocure在独家商业化与开发合作的中国公司。

下一个几十亿美元市场?

本文开头提到香港上市的电场疗法,其独家商业化和开发合作方正是总部位于上海的再鼎医药。

2018年9月,再鼎医药与Novocure签订了Optune在大中华区的独家商业化和开发协议。Novocure在2018年第三季度提交的财报文件显示,再鼎为本次独家授权合作支付了1500万美元,加上后续研发支持等费用,最终将达到7800万美元,分成约为净销售额的10%~15%。

再鼎医药成立于2014年,三年后的2017年9月即在美上市。尽管此前有外界分析称,再鼎医药的商业模式为VIC模式(天使投资+知识产权+研发外包,即VC+IP+CRO),但再鼎医药大中华区总裁、首席商务官梁怡对虎嗅明确表示,他们并非VIC模式。

“我们除了引进,还要参与研发,但研发很难有捷径。一款药从形成化合物,到最终形成一款药,几率不到2%,很多国外大公司甚至使用人工智能筛选药物分子。人体实验也无法替代,很多时候在二期成功,到三期失败的也很多。”梁怡称,“即使批准了,商业化成功的机率也是50%。”

一款新药从零研发到上市,通常需要十几年(Optune就是个例子),但对一家2013年成立的公司来说,十几年后才开卖新药显然不现实。再鼎医药于2018年10月在香港上市了一款引进(业内称为license-in)Tesaro公司(在2018年底,该公司被制药巨头葛兰素史克以51亿美元收购)的药物则乐(尼拉帕利),国家药品监督管理局(NMPA)也于当年12月受理了该款新药的上市申请,而Optune则是再鼎医药在大中华区引进的第二款产品。

引进外国新药获得现金流,是再鼎医药支持自研药的重要手段。“引进合作的标准很明确,同类首创新药(比如Optune)或者同类最佳(如卵巢癌产品则乐)。”这也是“巧实力”,梁怡认为,“另外一个标准,是在这个疾病领域必须有巨大的、未被满足的临床需求。”再鼎首席医学官黑永疆博士向虎嗅表示,如果肿瘤电场治疗换作是一种药物,有真实的数据,并且能够证实延长患者的生命,那将是价值几十亿美金的产品。

一边加紧内部研发, 一边与外部合作商业化,成为当下新兴医药公司的新选择。

需要指出的是,与香港地区新药与疗法的“备案制”上市方式不同,Optune要进入大陆市场,依然要经过NMPA的审批。不过,梁怡估计,如果大陆地区的免临床试验上市申请获得通过,那么最快今年内就会在中国大陆上市。

如果电场治疗在其它实体瘤的全球三期临床结果令人满意,那么也会计划在中国进一步拓展适应症,即将启动二期临床试验的胃癌,是我国常见的恶性肿瘤。Globocan 2018的数据显示,2018年,中国地区胃癌是仅次于肺癌的第二大癌症类型,占年度新发癌症总数的11.12%,新发病例达到456124人。如果电场治疗能在胃癌研究中获得突破,那么再鼎将收获一个巨大的市场。

这不仅出于市场考虑,更是对二十年努力探索的检验。电场治疗需用更多适应症来证明自己。再鼎医药的医学部人士告诉虎嗅:“一种全新疗法被世人广泛接受,通常都是伴随一个较大的适应症的开发和获批,比如免疫治疗在拿下肺癌适应症之前,也并不为外界所接受。”

“我认为,超级单抗(优化单抗)、双抗、电场疗法,是未来医药行业发展的三大趋势。”梁怡预测道,“如果哪家公司能在这三个领域取得成绩,未来会很可观。”

TTFields会是下一个免疫疗法么?