Успешное лечение опухолей головного мозга остается сложной задачей. Хирургическое удаление часто является лучшим вариантом, но невозможность полностью удалить все раковые клетки может привести к рецидиву и метастазированию. Поля для лечения опухолей (TTF), которые используют переменные электрические поля для прерывания способности раковых клеток к делению, представляют собой потенциально новый вариант лечения опухолей головного мозга. Пациентам с глиобластомой TTF вводят после хирургической резекции и завершения химиотерапии и лучевой терапии. Клинические испытания показали, что этот метод может значительно увеличить выживаемость некоторых пациентов.
Однако коммерчески одобренные устройства TTF для клинического использования сложны в использовании. Пациенты с бритыми головами носят устройство, похожее на шапочку, содержащее массивы датчиков, которые доставляют TTF в мозг в течение рекомендуемых 18 часов ежедневно в течение установленного количества дней. Колпачок используется с генератором электрического поля, источником питания и соединительным кабелем.
Исследователи из китайской провинции Гуандун разработали многообещающую альтернативу: имплантируемое ультразвуковое устройство для лечения опухолей (UP-TTD). Беспроводная система TTF размером с чип может принести огромную пользу, упростив лечение для пациентов и потенциально снизив затраты.
Главный исследователь Бинчжэ Сюй, Университет Сунь Ятсена в Шэньчжэне, и соисследователи успешно протестировали UP-TTD в пробирке с раковыми клетками человека и в естественных условиях с лабораторными крысами. Запись в Наука развиваетсяОни отмечают, что устройство ингибировало скорость роста опухолевых клеток человека примерно на 58% и уменьшало размер злокачественных опухолей в мозге крыс на 78% по сравнению с контрольной группой.
Остановка клеточного цикла
TTF работают, нарушая митоз, процесс клеточного деления, который чаще происходит в раковых клетках, чем в здоровых клетках. TTF не влияют на нормальные нервные клетки, а воздействуют на специфические сильно заряженные белки в раковых клетках, которые необходимы для клеточного деления, тем самым замедляя рост опухоли и ее способность к распространению.
Чтобы создать свое имплантируемое устройство, Сюй и его коллеги интегрировали все компоненты в единый гибкий мембранный чип толщиной менее 500 мкм, способный адаптироваться к неровным поверхностям внутри мозга. Основным компонентом является беспроводной ультразвуковой преобразователь энергии, который объединяет ультразвуковые механические колебания с трибоэлектрическим генератором для преобразования механической энергии в электрическую. UP-TTD упакован в тонкий слой биосовместимого материала для биобезопасности и предназначен для поддержания стабильной производительности в различных условиях окружающей среды.
При внешнем ультразвуковом возбуждении УП-ТТД создает перестраиваемое переменное электрическое поле. Для безопасности пациентов команда рекомендует плотность мощности ультразвука от 0.2 до 0.4 Вт/см.2 электрические поля промежуточной частоты от 100 до 300 кГц.
Исследователи впервые проанализировали влияние UP-TTD на клетки глиобластомы. в пробирке. После 12-часового воздействия UP-TTD скорость пролиферации опухоли значительно снизилась. Затем они имплантировали устройство в мозг крыс с опухолями. По сравнению с контрольными животными, которые не получали лечения, у леченных крыс были обнаружены гораздо меньшие участки рака, что указывает на значительный ингибирующий опухоль эффект. в естественных условиях.
Проверка безопасности
Высокие уровни энергии ультразвука могут вызвать неожиданные тепловые и механические эффекты, которые могут вызвать некроз, апоптоз и аномальное поведение клеток. По этой причине исследователи зафиксировали изменения температуры в режиме реального времени после имплантации устройства и в контрольной группе крыс с опухолями, получавших только ультразвук. Ни в одном из мозгов крыс ни в одной из групп не наблюдалось значительного повышения температуры, и не было никаких воспалительных реакций в течение 21-дневного периода наблюдения.
Магнитное устройство, крепящееся на голову, уменьшает опухоль головного мозга
Помимо уменьшения необходимости использования громоздкого оборудования и ношения колпачка, UP-TTD требует только минимально инвазивной техники для имплантации. Кроме того, для усиления терапевтического эффекта можно имплантировать несколько устройств. В отличие от традиционных TTF, которые лечат голову как единое целое, имплантируемое устройство обеспечивает контролируемый объем размером всего 1 см.3 – пространственное разрешение более чем в 1000 раз лучше, чем у существующих методов. UP-TTD совместим с большинством коммерческих ультразвуковых устройств, что расширяет возможности для общего применения.
«Обнадеживающие результаты UP-TTD повышают вероятность появления нового метода лечения рака мозга», — пишут авторы. «Это устройство не только обеспечивает безопасное, эффективное и надежное имплантируемое решение для лечения опухолей головного мозга, но и дает новую надежду на спасение пациентов с опухолями головного мозга».
