Магнитные гидрогели и магнитные системы для удаления резидуальных фрагментов мочевых камней при уретероскопии

Шадеркина В.А., уролог, СEO Uroweb.ru;
UroDecision · база знаний по урологии.

План обзора

• Введение
• История разработки магнитной экстракции
• Магнитный гидрогель MagSToNE
• Механизм применения MagSToNE
• Доклинические данные по MagSToNE
• Европейская система магнитной суспензии оксида железа
• Сравнение двух магнитных платформ
• Клиническая интерпретация сравнения
• Возможные клинические преимущества
• Возможные риски и нерешенные вопросы
• Уровень доказательности и направления исследований
• Заключение

Введение

Современная гибкая уретерореноскопия с лазерной литотрипсией позволяет эффективно разрушать камни почки, однако достижение полного освобождения чашечно-лоханочной системы от всех фрагментов остается нерешенной задачей. После лазерного дробления могут сохраняться многочисленные частицы размером менее 1–2 мм, которые невозможно надежно захватить стандартной нитиноловой корзинкой.

Термин «клинически незначимые резидуальные фрагменты» в настоящее время оценивается критически. Даже небольшие остаточные фрагменты способны становиться центрами дальнейшего роста камня, мигрировать в мочеточник, вызывать почечную колику, инфекционные осложнения и необходимость повторного вмешательства. В наблюдении EDGE почти половина пациентов с резидуальными фрагментами после уретероскопии перенесли связанные с камнями события, а вероятность осложнений возрастала с увеличением размера остаточного фрагмента [1].

Одним из инновационных решений стала магнитная экстракция: фрагменты камня покрывают материалом, содержащим частицы оксида железа, после чего извлекают магнитным проводником или зондом.

В настоящее время следует различать по меньшей мере две самостоятельные технологические платформы: двухкомпонентный магнитный гидрогель MagSToNE и европейскую систему с суспензией непокрытых частиц оксида железа.

История разработки магнитной экстракции

Первые эксперименты по магнитному удалению фрагментов мочевых камней были опубликованы в 2010 году. Исследователи использовали микрочастицы оксида железа, поверхность которых была модифицирована пептидами, способными связываться с кальцийсодержащими камнями.

В лабораторной модели фрагменты размером 1,5–3 мм после обработки частицами становились парамагнитными и могли извлекаться магнитным инструментом. Общее время удаления десяти фрагментов было на 53% меньше, чем при использовании стандартной корзинки. Для полной магнитной экстракции требовалось в среднем 3,7 извлечения инструмента против 9,4 при корзинчатой технике [2].

В последующей работе магнитный инструмент сравнивали с нитиноловой корзинкой в модели чашечно-лоханочной системы. За пять минут магнитным устройством извлекали медианно 9,5 фрагмента размером 1–1,5 мм против 3,5 фрагмента корзинкой (p=0,03). Для частиц 1,5–2 мм преимущество сохранялось количественно, но не достигало статистической значимости; для фрагментов 2–2,5 мм различий не выявили [3].

Магнитный гидрогель MagSToNE

В 2023 году группа Стэнфордского университета представила систему MagSToNE (Magnetic Stone Tool for Novel Extraction). В отличие от ранних технологий с пептид-модифицированными микрочастицами, MagSToNE использует двухкомпонентный магнитный гидрогель [4].

Гидрогель включает ферумокситол — коллоидный препарат сверхпарамагнитных наночастиц оксида железа с анионным углеводным покрытием — и хитозан, катионный полисахарид природного происхождения. При последовательном введении компонентов происходит электростатическое взаимодействие положительно заряженного хитозана и отрицательно заряженного ферумокситола. Формируется тонкий магнитный гелевый слой, покрывающий поверхность каменных фрагментов.

MagSToNE не растворяет и не разрушает камень. Его задача — временно придать фрагментам магнитные свойства и объединить их в массу, пригодную для группового извлечения.

Механизм применения MagSToNE

Процедура включает лазерную литотрипсию, последовательное введение компонентов гидрогеля через рабочий канал уретероскопа, образование магнитного покрытия на поверхности частиц, проведение магнитного проводника, групповое удаление фрагментов и повторную эндоскопическую ревизию чашечно-лоханочной системы.

В отличие от корзинки, которая механически захватывает один или несколько близко расположенных фрагментов, магнитный инструмент способен собирать частицы, находящиеся вокруг его рабочей части. Это потенциально сокращает число повторных введений и извлечений уретероскопа.

Доклинические данные по MagSToNE

В работе Ge и соавт. оценивали эффективность in vitro, цитотоксичность, взаимодействие с уротелием и антимикробную активность [4]. Магнитный гидрогель обеспечивал захват фрагментов размером до 4 мм и работал с основными типами камней, включая кальция оксалат моногидрат и дигидрат, кальция фосфат, мочевую кислоту, струвит и цистин.

Компоненты гидрогеля не демонстрировали значимой цитотоксичности в клеточной культуре. При воздействии на эксплантаты человеческого мочевого пузыря и в экспериментах на мышах отмечались преимущественно поверхностные изменения уротелия, включая эксфолиацию поверхностных клеток, без признаков глубокого повреждения стенки [4].

В последующей работе систему адаптировали к рабочему каналу гибкого уретероскопа и испытали на свиной модели. Было показано, что компоненты можно доставлять к фрагментам, а сформированный магнитный материал — извлекать проводником. Авторы сообщили об отсутствии очевидной токсической реакции и неожиданной травмы, связанной непосредственно с устройством; намеренно оставленный материал выводился с мочой в течение короткого периода наблюдения [5].

Европейская система магнитной суспензии оксида железа

Параллельно была разработана иная система, которую не следует отождествлять с MagSToNE. В исследовании Amiel и соавт. использовались стерильные непокрытые частицы оксида железа в концентрации 25 г/л, физиологический раствор для активации и агломерации, а также магнитный зонд с неодим-железо-борными магнитами [6].

После лазерной литотрипсии в почку вводили магнитную суспензию. Через одну минуту фрагменты извлекали магнитным зондом. Исследование выполнено на пяти свиньях. Значимых острых осложнений, токсических или анафилактических реакций не зарегистрировали. Отдельные магнитные частицы сохранялись в почечной лоханке, однако признаков острой тканевой токсичности не выявили [6].

Сравнение двух магнитных платформ

Несмотря на общую концепцию — временную магнитизацию каменных фрагментов и их последующее извлечение внешним магнитным инструментом — MagSToNE и европейская система отличаются по химическому составу, механизму формирования комплекса, устройству доставки и уровню доклинической разработки.

Клиническая интерпретация сравнения

MagSToNE является более сложной, но и более управляемой платформой. Формирование связного гидрогеля может уменьшать миграцию отдельных частиц оксида железа и обеспечивает механическую целостность извлекаемого комплекса. Кроме того, экспериментально показана работоспособность с камнями разного химического состава.

Европейская система магнитной суспензии проще по химическому составу и не требует полимерной матрицы. Вместе с тем свободные или слабо агрегированные частицы потенциально труднее полностью удалить из чашечно-лоханочной системы. Наличие отдельных частиц в почечной лоханке после процедуры подтверждает необходимость количественного изучения остаточного материала.

С инженерной точки зрения MagSToNE ориентирован на использование через стандартный рабочий канал гибкого уретероскопа, тогда как магнитный зонд европейской системы имеет больший диаметр. Это может ограничивать маневренность, требовать дополнительного доступа или влиять на внутрипочечное давление.

Ни одна из систем пока не имеет доказанного преимущества по КТ-верифицированному stone-free rate, частоте повторных вмешательств или долгосрочным осложнениям. Поэтому сравнение основано преимущественно на механистических и доклинических данных, а не на прямом сравнительном клиническом исследовании.

Возможные клинические преимущества

• групповое удаление множества мелких фрагментов за один проход;
• возможность захвата частиц менее 1–2 мм, которые плохо фиксируются корзинкой;
• уменьшение числа повторных введений и извлечений уретероскопа;
• потенциальное сокращение продолжительности операции и травматизации мочеточника;
• возможность дополнения, а не замены стандартной корзинчатой экстракции крупных фрагментов.

Возможные риски и нерешенные вопросы

• остаточный магнитный материал в чашечно-лоханочной системе;
• временная обструкция мочевых путей гидрогелем, частицами или их комплексом с фрагментами;
• поверхностное повреждение уротелия и влияние длительности экспозиции;
• поведение материала при инфекции, кровотечении и нарушенном оттоке мочи;
• влияние железосодержащего покрытия на инфракрасную спектроскопию, рентгеновскую дифракцию и элементный анализ камня;
• совместимость с лазерным волокном, ирригацией, дефлексией уретероскопа и мочеточниковым кожухом доступа;
• необходимость МРТ-совместимых рекомендаций при потенциальном сохранении частиц оксида железа.

Уровень доказательности и направления исследований

По состоянию на июль 2026 года обе платформы остаются доклиническими. Опубликованных полноценных клинических исследований у пациентов не представлено. Необходимы исследования первой фазы с количественной оценкой элиминации магнитного материала, стандартизированной КТ-оценкой stone-free rate, сравнением с корзинчатой экстракцией, аспирационными системами и немагнитными гидрогелями, а также длительным наблюдением за повторным камнеобразованием и необходимостью повторных вмешательств.

Заключение

Магнитная экстракция представляет собой перспективное направление эндоурологии, предназначенное прежде всего для удаления «stone dust» и фрагментов менее 1–2 мм. MagSToNE и европейская система магнитной суспензии используют общую физическую идею, однако являются разными технологическими платформами.

MagSToNE основан на формировании связного гидрогеля из хитозана и ферумокситола и характеризуется более детально изученным механизмом, универсальностью по химическому составу камней и миниатюризированным магнитным проводником. Европейская система использует непокрытые частицы оксида железа и магнитный зонд; ее потенциальное преимущество заключается в относительной простоте, тогда как главным нерешенным вопросом остается контроль остаточных частиц.

В отсутствие прямых сравнительных и клинических исследований нельзя утверждать превосходство одной платформы. Их дальнейшая оценка должна быть сосредоточена на безопасности, полном удалении материала, стандартизации доставки и доказательстве клинически значимого улучшения stone-free rate.

Литература

1. Chew BH, Brotherhood HL, Sur RL, et al. Natural history, complications and re-intervention rates of asymptomatic residual stone fragments after ureteroscopy: a report from the EDGE Research Consortium. J Urol. 2016;195(4 Pt 1):982-986. doi:10.1016/j.juro.2015.11.009.
2. Tracy CR, McLeroy SL, Best SL, et al. Rendering stone fragments paramagnetic with iron-oxide microparticles improves the efficiency and effectiveness of endoscopic stone fragment retrieval. Urology. 2010;76(5):1266.e10-1266.e14. doi:10.1016/j.urology.2010.04.067.
3. Tan YK, McLeroy SL, Faddegon S, et al. In vitro comparison of prototype magnetic tool with conventional nitinol basket for ureteroscopic retrieval of stone fragments rendered paramagnetic with iron oxide microparticles. J Urol. 2012;188(2):648-652. doi:10.1016/j.juro.2012.03.118.
4. Ge TJ, Roquero DM, Holton GH, et al. A magnetic hydrogel for the efficient retrieval of kidney stone fragments during ureteroscopy. Nat Commun. 2023;14:3711. doi:10.1038/s41467-023-38936-1.
5. Roquero DM, Ge TJ, Holton GH, et al. Magnetic retrieval of kidney stones via ureteroscopy in a porcine model. Device. 2026;4(1):100971. doi:10.1016/j.device.2025.100971.
6. Amiel T, Srinivasan S, Turrina C, et al. Harnessing magnetism: evaluation of safety, tolerance and feasibility of magnetic kidney stone retrieval in vivo in porcine models. Urolithiasis. 2025;53:12. doi:10.1007/s00240-024-01684-y.
7. Tan YK, Best SL, Donnelly C, et al. Novel iron oxide microparticles used to render stone fragments paramagnetic: assessment of toxicity in a murine model. J Urol. 2012;188(5):1972-1977. doi:10.1016/j.juro.2012.07.005.
8. Fernandez R, Tan YK, Kaberle W, et al. Determining a performance envelope for capture of kidney stones functionalized with superparamagnetic microparticles. J Endourol. 2012;26(9):1227-1230. doi:10.1089/end.2011.0598.