Микроволновая абляция (MWA) — это минимально инвазивный метод лечения рака, который убивает опухолевые клетки с помощью тепла, выделяемого при воздействии микроволновой энергии. MWA в настоящее время используется для лечения нескольких типов солидных опухолей, включая гепатоцеллюлярную карциному, рак легких, колоректальный рак печени и метастазы в легкие. Но, несмотря на быстрый прогресс в этой области, высокая мощность, необходимая для абляции опухоли, может повредить окружающие ткани, что ограничивает клиническое применение MWA. Таким образом, использование дополнительных функциональных агентов для повышения эффективности нагревания опухоли MWA при сохранении нормальных тканей стало горячей темой.
Чтобы решить эту проблему, исследователи из Института функциональных нано и мягких материалов (г.ЗАБАВА) в Университете Сучжоу в Китае изготовили гидрогель альгината натрия, сшитый ионами кальция, который служит бифункциональным материалом, повышающим эффективность микроволновой абляции и стимулирующим противоопухолевый иммунитет. Они описывают свои выводы в Наука развивается.
Высокая концентрация кальция
Гидрогель в своей естественной форме представляет собой хорошо впитывающий, растворимый полимер, а синтетические гидрогели быстро становятся привлекательными биомедицинскими материалами благодаря их превосходной биосовместимости с клетками и тканями человека. Предыдущие исследования показали, что отдельно стоящие ионы, расположенные внутри сетей гидрогелевых полимеров, могут действовать как чувствительные к микроволновому излучению агенты из-за эффекта удержания ионов внутри слоев геля. Это открытие предполагает, что гидрогели могут быть дополнительно адаптированы для приложений MWA.
Чтобы добиться этого, исследователи перекрестно связали альгинат натрия (ALG) с хлоридом кальция (CaCl2) раствор для образования гидрогелей ALG-Ca. Вводя высокую концентрацию ионов кальция в сеть гидрогеля, они использовали их колебательные свойства под действием электромагнитного излучения для повышения эффективности микроволнового нагрева.
Исследователи оценили восприимчивость этих гидрогелей ALG-Ca к микроволнам, записав повышение температуры после микроволнового облучения. Они также проверили способность гидрогелей концентрировать зону нагрева, чтобы обеспечить рассеивание тепловой энергии внутри мишени для абляции.
Чувствительный к микроволновому излучению ALG-гидрогель продемонстрировал превосходную перестраиваемость. Регулируя концентрации ионов кальция и ALG, гидрогель ALG с избытком ионов кальция не только обеспечивает эффективный микроволновый нагрев при значительно сниженной плотности мощности, но и концентрирует тепло внутри зоны инъекции, тем самым демонстрируя большие перспективы для снижения побочных эффектов обычный МВА.
Команда исследовала лечебную эффективность этого гидрогеля, насыщенного кальцием, в сочетании с MWA в нескольких группах мышей с опухолями. Опухоли у мышей, которым вводили гидрогель с кальцием и подвергали воздействию микроволновой энергии, были полностью удалены по сравнению с опухолью у мышей, получавших обычный гидрогель и микроволны. У мышей, получавших ALG-Ca, также не было заметного рецидива опухоли в течение 60 дней. Точно так же кролики с более крупными опухолями показали улучшенное подавление опухоли после инъекции ALG-Ca и MWA.
Кроме того, насыщенный кальцием гидрогель создает провоспалительную микросреду, которая активирует противоопухолевый иммунитет у мышей. Это говорит о том, что гидрогель ALG-Ca может также действовать как иммуностимулирующий биоматериал, способствующий созреванию дендритных клеток — специализированных клеток, которые усиливают иммунный ответ — с эффективностью, сравнимой с коммерческим агентом, повышающим иммунитет.
Главный автор Чжуан Лю, глава FUNSOM's Лаборатория перспективных биоматериалов и наномедицины, говорит, что металлоальгинатный гидрогель имеет большие перспективы для будущего клинического применения для расширения клинических применений MWA.
