Succesfuld behandling af hjernetumorer er fortsat en udfordring. Kirurgisk fjernelse er ofte den bedste mulighed, men manglende evne til helt at fjerne alle kræftcellerne kan føre til tilbagefald og metastaser. Tumorbehandlingsfelter (TTF'er), som bruger vekslende elektriske felter til at afbryde kræftcellers evne til at dele sig, giver en potentiel ny behandlingsmulighed for hjernetumorer. Til glioblastompatienter leveres TTF'er efter kirurgisk resektion og afslutning af kemoterapi og strålebehandling. Kliniske forsøg har vist, at teknikken især kan forlænge overlevelsen for nogle patienter.
Kommercielt godkendte TTF-apparater i klinisk brug er dog besværlige at bruge. Patienter med barberet hoved bærer en hættelignende enhed, der indeholder transducer-arrays, der leverer TTF'erne til hjernen i anbefalede 18 timer dagligt i et foreskrevet antal dage. Hætten bruges sammen med en elektrisk feltgenerator, en strømkilde og et tilslutningskabel.
Forskere i Kinas Guangdong-provins har nu udviklet et lovende alternativ: en implanterbar ultralydsdrevet tumorbehandlingsanordning (UP-TTD). Det trådløse TTF-system i chipstørrelse kan være til stor fordel, hvilket gør behandlingen nemmere for patienterne at gennemgå og potentielt også reducere omkostningerne.
Hovedefterforsker Bingzhe Xu, af Sun Yat-sen University i Shenzhen, og medforskere testede med succes UP-TTD vitro med menneskelige kræftceller og in vivo med laboratorierotter. Skriver ind Science Forskud, bemærker de, at enheden hæmmede væksthastigheden af humane tumorceller med omkring 58 % og reducerede størrelsen af ondartede tumorer i rottehjerner med 78 % sammenlignet med kontroller.
Cellecyklus standsning
TTF'er virker ved at forstyrre mitose, processen med celledeling, som forekommer hyppigere i kræftceller end i raske celler. TTF'erne påvirker ikke normale neurale celler, men virker snarere på specifikke højt ladede proteiner i kræftcellerne, som er essentielle for celledeling, og bremser derved tumorvækst og dens evne til at sprede sig.
For at skabe deres implanterbare enhed integrerede Xu og kolleger alle komponenterne i en enkelt fleksibel membranchip med en tykkelse på mindre end 500 µm, der er i stand til at tilpasse sig de uregelmæssige overflader inde i hjernen. Kernekomponenten er en trådløs ultralydsenergikonverter, der kobler mekaniske ultralydsvibrationer med en triboelektrisk generator for at konvertere mekanisk til elektrisk energi. UP-TTD er pakket i et tyndt lag af biokompatibelt materiale for biosikkerhed og er designet til at opretholde et stabilt output under varierende miljøforhold.
Ved ekstern ultralydsexcitation genererer UP-TTD et afstembart vekslende elektrisk felt. Af hensyn til patientsikkerheden anbefaler teamet en ultralydseffekttæthed på 0.2 til 0.4 W/cm2 og mellemfrekvente elektriske felter på 100 til 300 kHz.
Forskerne analyserede først virkningen af UP-TTD på glioblastomceller vitro. Efter 12 timers eksponering for UP-TTD var tumorproliferationshastigheden signifikant hæmmet. De implanterede derefter enheden i hjernen på tumorbærende rotter. Sammenlignet med kontroldyr, der ikke modtog nogen behandling, viste de behandlede rotter meget mindre områder med kræft, hvilket indikerer en signifikant tumorhæmmende effekt in vivo.
Sikkerhedskontrol
Høje niveauer af ultralydsenergi kan udøve uventede termiske og mekaniske effekter, der kan forårsage nekrose, apoptose og unormal celleadfærd. Af denne grund registrerede forskerne temperaturændringer i realtid efter implantation af enheden og i en kontrolgruppe af tumorbærende rotter, der kun blev behandlet med ultralyd. Ingen af rottehjernerne i nogen af grupperne oplevede signifikant temperaturstigning, og der var ingen inflammatoriske reaktioner i løbet af en 21-dages observationsperiode.
Hovedmonteret magnetisk enhed formindsker hjernetumor
Ud over at lette behovet for at bruge omfangsrigt udstyr og at bære en kasket, kræver UP-TTD kun en minimalt invasiv teknik til implantation. Derudover kan flere enheder implanteres for at øge den terapeutiske effekt. I modsætning til traditionelle TTF'er, der behandler hovedet som en helhed, muliggør den implanterbare enhed en kontrollerbar volumen så lille som 1 cm3 – mere end 1000 gange bedre rumlig opløsning end eksisterende teknikker. UP-TTD er kompatibel med de fleste kommercielle ultralydsenheder, hvilket udvider muligheden for generel anvendelse.
"De opmuntrende resultater af UP-TTD øger muligheden for en ny modalitet til behandling af hjernekræft," skriver forfatterne. "Denne enhed giver ikke kun en sikker, effektiv og pålidelig implanterbar løsning til behandling af hjernetumorer, men giver også nyt håb for redning af patienter med hjernetumorer."
