Microgolfablatie (MWA) is een minimaal invasieve kankerbehandeling waarbij tumorcellen worden gedood met behulp van warmte die wordt gegenereerd door blootstelling aan microgolfenergie. MWA wordt momenteel gebruikt voor de behandeling van verschillende soorten solide tumoren, waaronder hepatocellulair carcinoom, longkanker, colorectale kanker, lever en longmetastasen. Maar ondanks de snelle vooruitgang op dit gebied kunnen de hoge krachten die nodig zijn om een tumor te verwijderen de omliggende weefsels beschadigen, waardoor de klinische toepassing van MWA wordt beperkt. Als zodanig is het gebruik van aanvullende functionele middelen om de tumorverwarmingseffectiviteit van MWA te vergroten en tegelijkertijd normale weefsels te sparen een veelbesproken onderwerp geworden.
Om dit probleem aan te pakken hebben onderzoekers van het Institute of Functional Nano & Soft Materials (FUNSOM), aan de Soochow Universiteit in China, vervaardigde een natriumalginaathydrogel verknoopt met calciumionen om te dienen als een bifunctioneel materiaal dat de werkzaamheid van microgolfablatie verbetert en de antitumorimmuniteit stimuleert. Ze beschrijven hun bevindingen in Wetenschap Advances.
Hoge calciumconcentratie
Hydrogel in zijn oorspronkelijke vorm is een zeer absorberend, oplosbaar polymeer, en synthetische hydrogels worden snel aantrekkelijke biomedische materialen vanwege hun uitstekende biocompatibiliteit met menselijke cellen en weefsels. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat vrijstaande ionen die zich binnen de netwerken van hydrogelpolymeren bevinden, kunnen werken als microgolfgevoelige middelen, vanwege het ionenopsluitingseffect in de gellagen. Deze bevinding suggereert dat hydrogels verder kunnen worden aangepast voor MWA-toepassingen.
Om dit te bereiken verknoopten de onderzoekers natriumalginaat (ALG) met calciumchloride (CaCl2) oplossing om ALG-Ca-hydrogels te vormen. Door een hoge concentratie calciumionen in het hydrogelnetwerk te introduceren, gebruikten ze hun oscillerende eigenschappen onder elektromagnetische straling om de efficiëntie van microgolfverwarming te vergroten.
De onderzoekers evalueerden de microgolfgevoeligheid van deze ALG-Ca-hydrogels door de temperatuurstijgingen na microgolfbestraling te registreren. Ze testten ook het vermogen van de hydrogels om de verwarmingszone te concentreren, om ervoor te zorgen dat de thermische energie binnen het ablatiedoel wordt afgevoerd.
De microgolfgevoelige ALG-hydrogel vertoonde een uitstekende afstembaarheid. Door de concentraties van calciumionen en ALG aan te passen, maakte de ALG-hydrogel met een overschot aan calciumionen niet alleen effectieve microgolfverwarming mogelijk met een aanzienlijk lagere vermogensdichtheid, maar concentreerde hij ook de warmte binnen de injectiezone, waardoor hij veelbelovend bleek voor het verminderen van de bijwerkingen van conventionele MWA.
Het team onderzocht de behandelingseffectiviteit van deze met calcium doordrenkte hydrogel in combinatie met MWA in verschillende groepen tumordragende muizen. Tumoren bij muizen die waren geïnjecteerd met de met calcium doordrenkte hydrogel en blootgesteld aan microgolfenergie waren volledig geablateerd vergeleken met die bij muizen die waren behandeld met gewone hydrogel en microgolven. De met ALG-Ca behandelde muizen vertoonden gedurende maximaal 60 dagen ook geen merkbaar tumorrecidief. Op vergelijkbare wijze vertoonden konijnen met grotere tumoren verbeterde tumorsuppressie na ALG-Ca-injectie en MWA.
Bovendien genereerde de met calcium doordrenkte hydrogel een pro-inflammatoire micro-omgeving die de antitumorimmuniteit bij muizen activeert. Dit suggereert dat de ALG-Ca-hydrogel ook kan werken als een immuunstimulerend biomateriaal om de rijping van dendritische cellen te bevorderen – gespecialiseerde cellen die de immuunrespons versterken – met een vergelijkbare potentie als een commercieel immuunversterkend middel.
Hoofdauteur Zhuang Liu, hoofd van FUNSOM Laboratorium voor geavanceerde biomaterialen en nanogeneeskunde, zegt dat de metallo-alginaathydrogel veelbelovend is voor toekomstige klinische vertalingen om de klinische toepassingen van MWA uit te breiden.
