L'ablation par micro-ondes (MWA) est un traitement anticancéreux mini-invasif qui tue les cellules tumorales en utilisant la chaleur générée par l'exposition à l'énergie des micro-ondes. Le MWA est actuellement utilisé pour traiter plusieurs types de tumeurs solides, notamment le carcinome hépatocellulaire, le cancer pulmonaire, le cancer colorectal du foie et les métastases pulmonaires. Mais malgré les progrès rapides dans ce domaine, les puissances élevées nécessaires à l'ablation d'une tumeur peuvent endommager les tissus environnants, limitant ainsi l'application clinique du MWA. En tant que tel, l’utilisation d’agents fonctionnels supplémentaires pour augmenter l’efficacité du chauffage tumoral du MWA tout en épargnant les tissus normaux est devenue un sujet brûlant.
Pour résoudre ce problème, des chercheurs de l'Institute of Functional Nano & Soft Materials (FUNSOM), de l'Université Soochow en Chine, a fabriqué un hydrogel d'alginate de sodium réticulé avec des ions calcium pour servir de matériau bifonctionnel améliorant l'efficacité de l'ablation par micro-ondes et stimulant l'immunité anti-tumorale. Ils décrivent leurs découvertes dans Science Advances.
Concentration élevée de calcium
L'hydrogel sous sa forme native est un polymère soluble et hautement absorbant, et les hydrogels synthétiques deviennent rapidement des matériaux biomédicaux attrayants en raison de leur excellente biocompatibilité avec les cellules et les tissus humains. Des recherches antérieures ont indiqué que les ions libres situés à l'intérieur des réseaux de polymères d'hydrogel peuvent agir comme des agents sensibles aux micro-ondes, en raison de l'effet de confinement des ions dans les couches de gel. Cette découverte suggère que les hydrogels pourraient être davantage adaptés aux applications MWA.
Pour y parvenir, les chercheurs ont réticulé l'alginate de sodium (ALG) avec du chlorure de calcium (CaCl2) solution pour former des hydrogels ALG-Ca. En introduisant une forte concentration d’ions calcium dans le réseau d’hydrogel, ils ont exploité leurs propriétés oscillantes sous rayonnement électromagnétique pour augmenter l’efficacité du chauffage par micro-ondes.
Les chercheurs ont évalué la susceptibilité aux micro-ondes de ces hydrogels d’ALG-Ca en enregistrant les augmentations de température après irradiation aux micro-ondes. Ils ont également testé la capacité des hydrogels à concentrer la zone de chauffage, afin de garantir que l'énergie thermique est dissipée au sein de la cible d'ablation.
L’hydrogel ALG sensible aux micro-ondes a démontré une excellente adaptabilité. En ajustant les concentrations d'ions calcium et d'ALG, l'hydrogel ALG en excès d'ions calcium a non seulement permis un chauffage efficace par micro-ondes à une densité de puissance considérablement réduite, mais a également concentré la chaleur à l'intérieur de la zone d'injection, se montrant ainsi très prometteur pour réduire les effets secondaires de MWA conventionnel.
L’équipe a étudié l’efficacité thérapeutique de cet hydrogel infusé de calcium associé au MWA chez plusieurs groupes de souris porteuses de tumeurs. Les tumeurs chez les souris ayant reçu une injection d'hydrogel infusé de calcium et exposées à l'énergie des micro-ondes ont été entièrement éliminées par rapport à celles des souris traitées avec de l'hydrogel ordinaire et des micro-ondes. Les souris traitées à l'ALG-Ca n'ont également montré aucune récidive tumorale notable pendant 60 jours maximum. De même, les lapins présentant des tumeurs plus grosses ont présenté une suppression tumorale améliorée après injection d’ALG-Ca et MWA.
De plus, l’hydrogel infusé de calcium a généré un microenvironnement pro-inflammatoire qui active l’immunité anti-tumorale chez la souris. Cela suggère que l’hydrogel ALG-Ca pourrait également agir comme un biomatériau immunostimulateur pour favoriser la maturation des cellules dendritiques – des cellules spécialisées qui stimulent la réponse immunitaire – avec une puissance comparable à celle d’un agent stimulant le système immunitaire commercial.
Auteur principal Zhuang Liu, responsable du FUNSOM Laboratoire de Biomatériaux Avancés et Nanomédecine, affirme que l'hydrogel métallo-alginate est très prometteur pour une future traduction clinique afin d'étendre les applications cliniques du MWA.
