Mikrobølgeablation (MWA) er en minimalt invasiv kræftbehandling, der dræber tumorceller ved hjælp af varme genereret ved eksponering for mikrobølgeenergi. MWA bruges i øjeblikket til at behandle flere typer solide tumorer, herunder hepatocellulært karcinom, lungekræft, tyktarmskræft lever og lungemetastaser. Men på trods af hurtige fremskridt på området kan de høje kræfter, der er nødvendige for at fjerne en tumor, beskadige omgivende væv, hvilket begrænser MWA's kliniske anvendelse. Som sådan er brugen af yderligere funktionelle midler til at øge tumoropvarmningseffektiviteten af MWA, mens man skåner normalt væv, blevet et varmt emne.
For at løse dette problem har forskere fra Institute of Functional Nano & Soft Materials (FUNSOM), ved Soochow University i Kina fremstillede en natriumalginathydrogel tværbundet med calciumioner for at tjene som et bifunktionelt materiale, der forbedrer mikrobølgeablationseffektiviteten og stimulerer antitumorimmunitet. De beskriver deres resultater i Science Forskud.
Høj calciumkoncentration
Hydrogel i sin oprindelige form er en meget absorberende, opløselig polymer, og syntetiske hydrogeler er hurtigt ved at blive attraktive biomedicinske materialer på grund af deres fremragende biokompatibilitet med menneskelige celler og væv. Tidligere forskning indikerede, at fritstående ioner placeret inde i netværkene af hydrogelpolymerer kan fungere som mikrobølgefølsomme midler på grund af ionindeslutningseffekten i gellagene. Dette resultat tyder på, at hydrogeler kunne tilpasses yderligere til MWA-applikationer.
For at opnå dette tværbundede forskerne natriumalginat (ALG) med calciumchlorid (CaCl).2) opløsning til dannelse af ALG-Ca hydrogeler. Ved at introducere en høj koncentration af calciumioner i hydrogel-netværket udnyttede de deres oscillerende egenskaber under elektromagnetisk stråling til at øge effektiviteten af mikrobølgeopvarmning.
Forskerne evaluerede mikrobølgemodtageligheden af disse ALG-Ca hydrogeler ved at registrere temperaturstigninger efter mikrobølgebestråling. De testede også hydrogelernes evne til at koncentrere varmezonen for at sikre, at den termiske energi spredes inden for ablationsmålet.
Den mikrobølgefølsomme ALG-hydrogel udviste fremragende afstemningsevne. Ved at justere koncentrationerne af calciumioner og ALG muliggjorde den calciumionoverskydende ALG-hydrogel ikke kun effektiv mikrobølgeopvarmning med en markant reduceret effekttæthed, men koncentrerede også varmen inde i injektionszonen og viste derved et stort løfte om at reducere bivirkningerne ved konventionel MWA.
Holdet undersøgte behandlingseffektiviteten af denne calcium-infunderede hydrogel kombineret med MWA i flere grupper af tumorbærende mus. Tumorer i mus, der blev injiceret med den calcium-infunderede hydrogel og udsat for mikrobølgeenergi, blev fuldstændig ablerede sammenlignet med dem hos mus behandlet med almindelig hydrogel og mikrobølger. De ALG-Ca-behandlede mus viste heller ingen mærkbar tumorgentagelse i op til 60 dage. Tilsvarende viste kaniner med større tumorer forbedret tumorundertrykkelse efter ALG-Ca-injektion og MWA.
Desuden genererede den calcium-infunderede hydrogel et pro-inflammatorisk mikromiljø, der aktiverer anti-tumor immunitet hos mus. Dette tyder på, at ALG-Ca-hydrogelen også kan fungere som et immunstimulerende biomateriale for at fremme modningen af dendritiske celler - specialiserede celler, der booster immunrespons - med en styrke, der kan sammenlignes med et kommercielt immunforstærkende middel.
Hovedforfatter Zhuang Liu, leder af FUNSOM's Laboratorium for avancerede biomaterialer og nanomedicin, siger, at metallo-alginathydrogelen har et stort løfte om fremtidig klinisk oversættelse for at udvide de kliniske anvendelser af MWA.
