Mikrovågsablation (MWA) är en minimalt invasiv cancerbehandling som dödar tumörceller med hjälp av värme som genereras av exponering för mikrovågsenergi. MWA används för närvarande för att behandla flera typer av solida tumörer, inklusive hepatocellulärt karcinom, lungcancer, kolorektal cancerlever och lungmetastaser. Men trots snabba framsteg inom området kan de höga krafterna som behövs för att avlägsna en tumör skada omgivande vävnader, vilket begränsar MWA:s kliniska tillämpning. Som sådan har användningen av ytterligare funktionella medel för att öka tumöruppvärmningseffekten av MWA samtidigt som man skonar normal vävnad blivit ett hett ämne.
För att ta itu med detta problem har forskare från Institute of Functional Nano & Soft Materials (FUNSOM), vid Soochow University i Kina tillverkade en natriumalginathydrogel tvärbunden med kalciumjoner för att fungera som ett bifunktionellt material som förbättrar mikrovågsablationseffektiviteten och stimulerar antitumörimmunitet. De beskriver sina fynd i Vetenskap Förskott.
Hög kalciumkoncentration
Hydrogel i sin naturliga form är en mycket absorberande, löslig polymer, och syntetiska hydrogeler håller snabbt på att bli attraktiva biomedicinska material på grund av deras utmärkta biokompatibilitet med mänskliga celler och vävnader. Tidigare forskning indikerade att fristående joner belägna inuti nätverken av hydrogelpolymerer kan fungera som mikrovågskänsliga medel, på grund av joninneslutningseffekten i gelskikten. Detta fynd tyder på att hydrogeler skulle kunna anpassas ytterligare för MWA-tillämpningar.
För att uppnå detta tvärbinder forskarna natriumalginat (ALG) med kalciumklorid (CaCl)230 ning för att bilda ALG-Ca-hydrogeler. Genom att introducera en hög koncentration av kalciumjoner i hydrogelnätverket, utnyttjade de sina oscillerande egenskaper under elektromagnetisk strålning för att öka effektiviteten av mikrovågsuppvärmning.
Forskarna utvärderade mikrovågskänsligheten hos dessa ALG-Ca-hydrogeler genom att registrera temperaturökningar efter mikrovågsstrålning. De testade också hydrogelernas förmåga att koncentrera uppvärmningszonen för att säkerställa att den termiska energin försvinner inom ablationsmålet.
Den mikrovågskänsliga ALG-hydrogelen visade utmärkt avstämningsförmåga. Genom att justera koncentrationerna av kalciumjoner och ALG, möjliggjorde den kalciumjonöverskotts-ALG-hydrogelen inte bara effektiv mikrovågsuppvärmning med en avsevärt reducerad effekttäthet, utan koncentrerade också värmen inuti injektionszonen, och visade därmed ett stort lovande för att minska biverkningarna av konventionella MWA.
Teamet undersökte behandlingseffektiviteten av denna kalciuminfunderade hydrogel i kombination med MWA i flera grupper av tumörbärande möss. Tumörer hos möss som injicerades med den kalciuminfunderade hydrogelen och exponerades för mikrovågsenergi var helt ablerade jämfört med de hos möss som behandlats med vanlig hydrogel och mikrovågor. De ALG-Ca-behandlade mössen visade inte heller något märkbart tumöråterfall under upp till 60 dagar. På liknande sätt visade kaniner med större tumörer förbättrad tumörsuppression efter ALG-Ca-injektion och MWA.
Dessutom genererade den kalciuminfunderade hydrogelen en pro-inflammatorisk mikromiljö som aktiverar antitumörimmunitet hos möss. Detta tyder på att ALG-Ca-hydrogelen också kan fungera som ett immunstimulerande biomaterial för att främja mognaden av dendritiska celler - specialiserade celler som ökar immunsvaret - med jämförbar styrka som ett kommersiellt immunförstärkande medel.
Huvudförfattare Zhuang Liu, chef för FUNSOM's Laboratoriet för avancerade biomaterial och nanomedicin, säger att metallo-alginathydrogelen har ett stort löfte för framtida klinisk översättning för att utöka de kliniska tillämpningarna av MWA.
