Mikrobølgeablasjon (MWA) er en minimalt invasiv kreftbehandling som dreper tumorceller ved å bruke varme generert ved eksponering for mikrobølgeenergi. MWA brukes i dag til å behandle flere typer solide svulster, inkludert hepatocellulært karsinom, lungekreft, tykktarmskreft i leveren og lungemetastaser. Men til tross for raske fremskritt på feltet, kan de høye kraftene som trengs for å fjerne en svulst skade omkringliggende vev, og begrense MWAs kliniske anvendelse. Som sådan har bruken av ytterligere funksjonelle midler for å øke tumoroppvarmingseffekten til MWA mens man sparer normalt vev blitt et hett tema.
For å løse dette problemet har forskere fra Institute of Functional Nano & Soft Materials (FUNSOM), ved Soochow University i Kina produserte en natriumalginathydrogel kryssbundet med kalsiumioner for å tjene som et bifunksjonelt materiale som forbedrer mikrobølgeablasjonseffektiviteten og stimulerer antitumorimmunitet. De beskriver funnene sine i Vitenskap Fremskritt.
Høy kalsiumkonsentrasjon
Hydrogel i sin opprinnelige form er en svært absorberende, løselig polymer, og syntetiske hydrogeler er raskt i ferd med å bli attraktive biomedisinske materialer på grunn av deres utmerkede biokompatibilitet med menneskelige celler og vev. Tidligere forskning indikerte at frittstående ioner plassert inne i nettverkene av hydrogelpolymerer kan fungere som mikrobølgefølsomme midler, på grunn av ionebegrensningseffekten i gellagene. Dette funnet antyder at hydrogeler kan tilpasses ytterligere for MWA-applikasjoner.
For å oppnå dette tverrbundet forskerne natriumalginat (ALG) med kalsiumklorid (CaCl).2) løsning for å danne ALG-Ca hydrogeler. Ved å introdusere en høy konsentrasjon av kalsiumioner i hydrogelnettverket, utnyttet de sine oscillerende egenskaper under elektromagnetisk stråling for å øke effektiviteten til mikrobølgeoppvarming.
Forskerne evaluerte mikrobølgefølsomheten til disse ALG-Ca-hydrogelene ved å registrere temperaturøkninger etter mikrobølgebestråling. De testet også hydrogelens evne til å konsentrere oppvarmingssonen for å sikre at den termiske energien spres innenfor ablasjonsmålet.
Den mikrobølgefølsomme ALG-hydrogelen viste utmerket avstemmingsevne. Ved å justere konsentrasjonene av kalsiumioner og ALG, muliggjorde kalsiumionoverskuddet ALG-hydrogelen ikke bare effektiv mikrobølgeoppvarming med en betydelig redusert effekttetthet, men konsentrerte også varmen inne i injeksjonssonen, og viste dermed et stort løfte for å redusere bivirkningene av konvensjonell MWA.
Teamet undersøkte behandlingseffektiviteten til denne kalsium-infunderte hydrogelen kombinert med MWA i flere grupper av svulstbærende mus. Svulster hos mus injisert med den kalsiuminfuserte hydrogelen og eksponert for mikrobølgeenergi ble fullstendig fjernet sammenlignet med de hos mus behandlet med vanlig hydrogel og mikrobølger. De ALG-Ca-behandlede musene viste heller ingen merkbar tilbakefall av tumor i opptil 60 dager. Tilsvarende viste kaniner med større svulster forbedret tumorundertrykkelse etter ALG-Ca-injeksjon og MWA.
Videre genererte den kalsiuminfunderte hydrogelen et pro-inflammatorisk mikromiljø som aktiverer antitumorimmunitet hos mus. Dette antyder at ALG-Ca-hydrogelen også kan fungere som et immunstimulerende biomateriale for å fremme modningen av dendrittiske celler - spesialiserte celler som øker immunresponsen - med sammenlignbar styrke som et kommersielt immunforsterkende middel.
Hovedforfatter Zhuang Liu, leder for FUNSOM's Laboratorium for avanserte biomaterialer og nanomedisin, sier at metallo-alginathydrogelen har store løfter for fremtidig klinisk oversettelse for å utvide den kliniske anvendelsen av MWA.
