作者: 吳博貴 醫師 / 醫學博士
前面的文章之中，我們提到了冷凍治療的臨床應用。然而，冷凍治療真的對消滅腫瘤的有幫助嗎？我們應用冷凍治療之前，都應該要對冷凍治療的機制，有所瞭解。
冷凍治療的真的可以殺死腫瘤？
首先，我想請大家先想想一個問題。我們是否曾經聽到過新聞或是報紙上有聽過『俄羅斯科學家周三宣布，在西伯利亞發現史上保存得最好的長毛象遺骸，牠的血液仍流動、肉色仍鮮紅。這個驚世發現，大大增加找到長毛象活細胞，並加以複製的可能性。未來幾個月俄國科學家將與南韓、美國專家合作，希望讓絕跡逾萬年的史前巨獸重現地球。』（引用於蘋果日報）？
或是我們有時會看到儲存幹細胞與臍帶血的廣告？而不論是長毛象或是我們的幹細胞與臍帶血，其實就是保存在低溫之下。所以，『冷凍』的過程，到底我們是『保存』細胞還是『破壞』細胞？如果是『保存』細胞，那我們用冷凍來『治療』腫瘤，會不會只是把他先冰凍起來？幾個月後腫瘤就復發了呢？
成功的冷凍治療必備的關鍵！
其實上述的答案是兩者都對，差別在於『冷凍, freezing』與『解凍, thawing』的方法不同。
簡單來說，如果我們是要保存細胞，則我們要『緩慢冷凍＋迅速解凍』。例如我們實驗室如果要保存一個細胞，正確的做法要先放在漸凍盒中，置入-80度的冰箱一個晚上，後續才能將它儲存在液態氮中，之後當我們要取出這個細胞進行研究時，我們應該要迅速的它置入溫水中，做快速的解凍。
然而，在腫瘤的治療上，如果您這樣做那就糟了！相反的，我們必須『迅速冷凍＋緩慢解凍』才能達到凍死腫瘤的效果。
迅速冷凍＋緩慢解凍
冷凍治療的機轉 - 細胞層級
然而，我們『凍死』腫瘤的機制為何呢？重點在於當我們快速冷凍時，細胞內水分子會迅速形成冰晶，並聚集在一起（crystallization），而這些冰晶會像鐮刀一般的破壞掉腫瘤細胞，同時當緩慢解凍的過程，冰晶會繼續的再聚集（recrystallization），而再繼續的破壞掉腫瘤細胞。我們可以來看看下面的圖，應該會有較為清楚的瞭解。
一：室溫狀態下，腫瘤細胞內外充滿水分子。
二：急速冷凍時，細胞內外水分子同時瞬間結冰。
三：溫度到達攝氏-40~-60度時 冰分子會聚集在細胞膜上形成冰晶結構。
四：冰晶像鐮刀般，造成腫瘤細胞膜破裂與細胞死亡
冷凍治療的機轉 - 組織層級
上述的原理，是針對『細胞 cell』層面。然而對於『組織 tissue』或是『器官 organ』層面，低溫冷凍治療則是會讓周邊不論是大大小小的血管組織『凍結』。然而我們知道血管之最重要功能是將養分帶到我們要的組織以及器官，或血管受損之後則會發生組織以及器官的缺血性壞死（avascular necrosis）。同樣的會造成腫瘤組織的缺血，而讓腫瘤死亡！
手術後切下的遠端股骨惡性骨腫瘤。
經液態氮冷凍之後，可以見到所有組織包括供應血流的血管，均已凍結。
冷凍治療的必要條件
接著，大家可能會問，冷凍治療多冷才夠冷呢（How cold is cold）？這個問題問跟問每個人多冷才覺得冷，多熱才覺得熱一樣，其實因人而異。人體身上的每種細胞或是不同的腫瘤，對於冷的閥值亦不同，科學家們從1960年代開始便對這個問題相當的興趣。
我們可以從紐約州立大學水牛城分校的Dr. Gage在2006發表在 Cryobiology的文章中可以了解到，在一般的腺癌（adenocarcinoma），例如常見的肺腺癌、大腸癌等，需要零下40度的低溫才足夠; 而在我們骨科惡性腫瘤的肉瘤（sarcoma），更是需要到零下60度的低溫才行，條件更為嚴苛！
攝氏零下60度
這時聰明的讀者們，會不會想到一個方法，如果我們寒冷的冬天，坐飛機到阿拉斯加或北極呼吸一堆冷空氣，是不是可以將腫瘤殺掉呢？答案可能是不行的，因為我們剛剛有說到，除了低溫之外，同樣重要的是必須『急速』的將腫瘤降溫，並且慢慢的回溫才行。
以科學家的研究，所謂的『急速降溫』，是速率至少大於每分鐘20度來讓整個腫瘤下降; 『慢慢的回溫』，是速率至少小於每分鐘10度來讓整個腫瘤回溫。必須要滿足以上的條件，才能達到一個好的冷凍治療效果。
然而，有什麼樣的東西，能夠有這麼強的能力來讓腫瘤降溫呢？目前醫療上使用最為廣泛的，就是液態氮！
使用液態氮作為冷凍治療
近幾十年來骨科醫師均使用液態氮來作為腫瘤的治療。這是因為液態氮的取得容易，加上本身氮氣在空氣中含量高，較為安全。然而，液態氮的威力到底有多強呢？大家可以看看Youtube中有關液態氮的影片就可以知道了！
同時也來看看，在我們的基礎實驗中，液態氮的效果是如何？
左圖是我們發表在CORR醫學期刊的一部份結果，綠色的線為骨腫瘤冷凍治療的最低溫度要求。也就是溫度需降至零下 60 度，且冷凍速率至少每分鐘下降 20 度。這兩個要求，缺一不可。
右圖為模擬當腫瘤直接浸泡入液態氮後的溫度變化。我們可以看到60秒內，腫瘤的溫度會直接從室溫迅速下降到攝氏零下196度。冷卻的效率相當驚人！
左圖為模擬當腫瘤躲在骨頭縫隙當中的情況。我們可以見到，即使隔著 10 mm 厚度的的骨頭，液態氮還是可以以超過冷凍治療最低標準的溫度與速率，來將腫瘤冷凍！
由以上的說明，我們可以了解骨骼肌肉腫瘤的冷凍治療，其實有相當多的科學基礎與驗證，並且有相當長久的歷史！雖然效果很好，但是仍有相當多可以改良的方法。我們臺北榮總骨骼治療研究中心，從2013年開始投入了許多的精力研發許多新的方法並申請專利！未來會有許多令人期待的技術出現，希望能為病患帶來更大的幫助！