Mikrowellenablation (MWA) ist eine minimalinvasive Krebsbehandlung, bei der Tumorzellen mithilfe von Hitze abgetötet werden, die durch die Einwirkung von Mikrowellenenergie entsteht. MWA wird derzeit zur Behandlung verschiedener Arten von soliden Tumoren eingesetzt, darunter hepatozelluläres Karzinom, Lungenkrebs, Darmkrebs in der Leber und Lungenmetastasen. Doch trotz der schnellen Fortschritte auf diesem Gebiet können die hohen Leistungen, die zur Ablation eines Tumors erforderlich sind, das umliegende Gewebe schädigen, was die klinische Anwendung von MWA einschränkt. Daher ist die Verwendung zusätzlicher funktioneller Wirkstoffe zur Steigerung der tumorerhitzenden Wirksamkeit von MWA bei gleichzeitiger Schonung normaler Gewebe zu einem heißen Thema geworden.
Um dieses Problem anzugehen, haben Forscher des Instituts für funktionelle Nano- und weiche Materialien (LUSTIG), an der Universität Soochow in China, stellte ein mit Kalziumionen vernetztes Natriumalginat-Hydrogel her, das als bifunktionales Material dient, das die Wirksamkeit der Mikrowellenablation erhöht und die Antitumorimmunität stimuliert. Sie beschreiben ihre Ergebnisse in Wissenschaft Fortschritte.
Hohe Kalziumkonzentration
Hydrogel in seiner nativen Form ist ein hochabsorbierendes, lösliches Polymer, und synthetische Hydrogele werden aufgrund ihrer hervorragenden Biokompatibilität mit menschlichen Zellen und Geweben schnell zu attraktiven biomedizinischen Materialien. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass freistehende Ionen, die sich innerhalb der Netzwerke von Hydrogel-Polymeren befinden, aufgrund des Ioneneinschlusseffekts innerhalb der Gelschichten als mikrowellenempfindliche Wirkstoffe wirken können. Dieser Befund legt nahe, dass Hydrogele für MWA-Anwendungen weiter angepasst werden könnten.
Um dies zu erreichen, vernetzten die Forscher Natriumalginat (ALG) mit Calciumchlorid (CaCl).2)-Lösung zur Bildung von ALG-Ca-Hydrogelen. Durch die Einführung einer hohen Konzentration an Calciumionen in das Hydrogelnetzwerk nutzten sie deren oszillierende Eigenschaften unter elektromagnetischer Strahlung, um die Effizienz der Mikrowellenerwärmung zu steigern.
Die Forscher bewerteten die Mikrowellenempfindlichkeit dieser ALG-Ca-Hydrogele, indem sie Temperaturerhöhungen nach Mikrowellenbestrahlung aufzeichneten. Sie testeten auch die Fähigkeit der Hydrogele, die Heizzone zu konzentrieren, um sicherzustellen, dass die Wärmeenergie innerhalb des Ablationsziels abgeleitet wird.
Das mikrowellenempfindliche ALG-Hydrogel zeigte eine hervorragende Abstimmbarkeit. Durch die Anpassung der Konzentrationen von Calciumionen und ALG ermöglichte das ALG-Hydrogel mit Calciumionenüberschuss nicht nur eine effektive Mikrowellenerwärmung bei deutlich reduzierter Leistungsdichte, sondern konzentrierte auch die Wärme innerhalb der Injektionszone, was vielversprechend für die Reduzierung der Nebenwirkungen ist konventionelle MWA.
Das Team untersuchte die Behandlungswirksamkeit dieses mit Kalzium angereicherten Hydrogels in Kombination mit MWA bei mehreren Gruppen tumortragender Mäuse. Tumoren bei Mäusen, denen das mit Kalzium infundierte Hydrogel injiziert und Mikrowellenenergie ausgesetzt wurde, wurden im Vergleich zu denen bei Mäusen, die mit einfachem Hydrogel und Mikrowellen behandelt wurden, vollständig entfernt. Auch die mit ALG-Ca behandelten Mäuse zeigten bis zu 60 Tage lang kein merkliches Tumorrezidiv. In ähnlicher Weise zeigten Kaninchen mit größeren Tumoren eine verbesserte Tumorsuppression nach ALG-Ca-Injektion und MWA.
Darüber hinaus erzeugte das mit Kalzium angereicherte Hydrogel eine entzündungsfördernde Mikroumgebung, die bei Mäusen die Antitumorimmunität aktiviert. Dies deutet darauf hin, dass das ALG-Ca-Hydrogel auch als immunstimulierendes Biomaterial fungieren könnte, um die Reifung dendritischer Zellen – spezialisierter Zellen, die die Immunantwort verstärken – mit einer vergleichbaren Wirksamkeit wie ein kommerzielles immunstärkendes Mittel zu fördern.
Hauptautor Zhuang Liu, Leiter von FUNSOM Labor für fortgeschrittene Biomaterialien und Nanomedizin, sagt, dass das Metallo-Alginat-Hydrogel vielversprechend für die zukünftige klinische Umsetzung ist, um die klinischen Anwendungen von MWA zu erweitern.
