Ablacja mikrofalowa (MWA) to minimalnie inwazyjna metoda leczenia raka, która zabija komórki nowotworowe za pomocą ciepła generowanego przez ekspozycję na energię mikrofalową. MWA jest obecnie stosowany w leczeniu kilku rodzajów guzów litych, w tym raka wątrobowokomórkowego, raka płuc, raka jelita grubego i odbytnicy, wątroby i przerzutów do płuc. Jednak pomimo szybkiego postępu w tej dziedzinie, duża moc potrzebna do usunięcia guza może uszkodzić otaczające tkanki, ograniczając zastosowanie kliniczne MWA. W związku z tym gorącym tematem stało się zastosowanie dodatkowych środków funkcjonalnych w celu zwiększenia skuteczności ogrzewania guza za pomocą MWA przy jednoczesnym oszczędzeniu normalnych tkanek.
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy z Instytutu Funkcjonalnych Nano i Materiałów Miękkich (ZABAWA) na Uniwersytecie Soochow w Chinach wytworzył hydrożel alginianu sodu usieciowany jonami wapnia, który służył jako materiał dwufunkcyjny, który zwiększa skuteczność ablacji mikrofalowej i stymuluje odporność przeciwnowotworową. Opisują swoje odkrycia w Postępy nauki.
Wysokie stężenie wapnia
Hydrożel w swojej natywnej postaci jest wysoce chłonnym, rozpuszczalnym polimerem, a hydrożele syntetyczne szybko stają się atrakcyjnymi materiałami biomedycznymi ze względu na ich doskonałą biokompatybilność z ludzkimi komórkami i tkankami. Poprzednie badania wykazały, że wolnostojące jony znajdujące się wewnątrz sieci polimerów hydrożelowych mogą działać jako środki podatne na działanie mikrofal ze względu na efekt zatrzymywania jonów w warstwach żelu. Odkrycie to sugeruje, że hydrożele można dalej dostosować do zastosowań MWA.
Aby to osiągnąć, naukowcy usieciowali alginian sodu (ALG) chlorkiem wapnia (CaCl2) roztwór tworzący hydrożele ALG-Ca. Wprowadzając wysokie stężenie jonów wapnia do sieci hydrożelowej, wykorzystali ich właściwości oscylacyjne pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego, aby zwiększyć efektywność ogrzewania mikrofalowego.
Naukowcy ocenili podatność na działanie mikrofal hydrożeli ALG-Ca, rejestrując wzrosty temperatury po napromieniowaniu mikrofalami. Przetestowali także zdolność hydrożeli do koncentracji strefy grzewczej, aby zapewnić rozproszenie energii cieplnej w miejscu docelowym ablacji.
Wrażliwy na mikrofale hydrożel ALG wykazał doskonałą przestrajalność. Dostosowując stężenie jonów wapnia i ALG, hydrożel ALG z nadwyżką jonów wapnia nie tylko umożliwił skuteczne ogrzewanie mikrofalowe przy znacznie zmniejszonej gęstości mocy, ale także skoncentrował ciepło wewnątrz strefy wtrysku, co wykazało duże nadzieje w zakresie ograniczenia skutków ubocznych konwencjonalne MWA.
Zespół zbadał skuteczność leczenia tego hydrożelu zawierającego wapń w połączeniu z MWA w kilku grupach myszy z nowotworem. Guzy u myszy, którym wstrzyknięto hydrożel z dodatkiem wapnia i wystawionych na działanie energii mikrofalowej, uległy całkowitej eliminacji w porównaniu z guzami u myszy leczonych zwykłym hydrożelem i mikrofalami. U myszy leczonych ALG-Ca również nie wykazano zauważalnego nawrotu nowotworu przez okres do 60 dni. Podobnie króliki z większymi guzami wykazywały lepszą supresję nowotworu po wstrzyknięciu ALG-Ca i MWA.
Co więcej, hydrożel z dodatkiem wapnia wytworzył prozapalne mikrośrodowisko, które aktywuje odporność przeciwnowotworową u myszy. Sugeruje to, że hydrożel ALG-Ca może również działać jako biomateriał immunostymulujący, promujący dojrzewanie komórek dendrytycznych – wyspecjalizowanych komórek wzmacniających odpowiedź immunologiczną – z siłą porównywalną z dostępnym na rynku środkiem wzmacniającym odporność.
Główny autor Zhuang Liu, szef FUNSOM's Laboratorium Zaawansowanych Biomateriałów i Nanomedycyny, mówi, że hydrożel metaloalginianu jest bardzo obiecujący w kontekście przyszłego zastosowania klinicznego i rozszerzenia klinicznych zastosowań MWA.
