Mikrovalovna ablacija (MWA) je minimalno invazivno zdravljenje raka, ki ubija tumorske celice z uporabo toplote, ki nastane pri izpostavljenosti mikrovalovni energiji. MWA se trenutno uporablja za zdravljenje več vrst solidnih tumorjev, vključno s hepatocelularnim karcinomom, pljučnim rakom, kolorektalnim rakom jeter in pljučnimi metastazami. Toda kljub hitremu napredku na tem področju lahko visoke moči, potrebne za ablacijo tumorja, poškodujejo okoliška tkiva, kar omejuje klinično uporabo MWA. Kot taka je uporaba dodatnih funkcionalnih sredstev za povečanje učinkovitosti segrevanja tumorja MWA ob varčevanju normalnih tkiv postala vroča tema.
Za reševanje tega problema so raziskovalci z Inštituta za funkcionalne nano in mehke materiale (FUNSOM), na Univerzi Soochow na Kitajskem so izdelali natrijev alginatni hidrogel, zamrežen s kalcijevimi ioni, ki služi kot bifunkcionalni material, ki povečuje učinkovitost mikrovalovne ablacije in stimulira protitumorsko imunost. Svoje ugotovitve opisujejo v Znanost Predplačila.
Visoka koncentracija kalcija
Hidrogel v svoji naravni obliki je zelo vpojen, topen polimer, sintetični hidrogeli pa hitro postajajo privlačni biomedicinski materiali zaradi svoje odlične biokompatibilnosti s človeškimi celicami in tkivi. Prejšnje raziskave so pokazale, da lahko prostostoječi ioni, ki se nahajajo znotraj mrež hidrogelnih polimerov, delujejo kot sredstva, občutljiva na mikrovalovno pečico, zaradi učinka omejevanja ionov znotraj plasti gela. Ta ugotovitev kaže, da bi lahko hidrogele dodatno prilagodili za aplikacije MWA.
Da bi to dosegli, so raziskovalci zamrežili natrijev alginat (ALG) s kalcijevim kloridom (CaCl2) raztopino za tvorbo hidrogelov ALG-Ca. Z uvedbo visoke koncentracije kalcijevih ionov v hidrogelno mrežo so izkoristili njihove oscilacijske lastnosti pod elektromagnetnim sevanjem, da bi povečali učinkovitost mikrovalovnega ogrevanja.
Raziskovalci so ovrednotili mikrovalovno občutljivost teh hidrogelov ALG-Ca z beleženjem zvišanja temperature po mikrovalovnem obsevanju. Preizkusili so tudi sposobnost hidrogelov, da koncentrirajo ogrevalno cono, da zagotovijo, da se toplotna energija razprši znotraj tarče ablacije.
ALG-hidrogel, občutljiv na mikrovalovno pečico, je pokazal odlično nastavljivost. S prilagajanjem koncentracij kalcijevih ionov in ALG hidrogel ALG s presežkom kalcijevih ionov ni le omogočil učinkovito mikrovalovno segrevanje pri znatno zmanjšani gostoti moči, temveč je tudi koncentriral toploto znotraj območja injiciranja, s čimer je pokazal veliko obljubo za zmanjšanje stranskih učinkov običajni MWA.
Ekipa je raziskala učinkovitost zdravljenja s tem hidrogelom, prepojenim s kalcijem, v kombinaciji z MWA v več skupinah miši, ki so nosile tumor. Tumorji pri miših, ki so jim vbrizgali hidrogel s kalcijem in so bile izpostavljene mikrovalovni energiji, so bili popolnoma ablirani v primerjavi s tistimi pri miših, zdravljenih z navadnim hidrogelom in mikrovalovi. Tudi miši, zdravljene z ALG-Ca, niso pokazale opazne ponovitve tumorja do 60 dni. Podobno so zajci z večjimi tumorji pokazali izboljšano supresijo tumorja po injiciranju ALG-Ca in MWA.
Poleg tega je hidrogel, infundiran s kalcijem, ustvaril pro-vnetno mikrookolje, ki aktivira protitumorsko imunost pri miših. To nakazuje, da lahko hidrogel ALG-Ca deluje tudi kot imunostimulacijski biomaterial za spodbujanje zorenja dendritičnih celic – specializiranih celic, ki krepijo imunski odziv – s primerljivo močjo kot komercialno sredstvo za krepitev imunosti.
Glavni avtor Zhuang Liu, vodja FUNSOM's Laboratorij za napredne biomateriale in nanomedicino, pravi, da metalo-alginatni hidrogel veliko obeta za prihodnji klinični prevod za razširitev klinične uporabe MWA.
