Мікрохвильова абляція (MWA) — це мінімально інвазивне лікування раку, яке вбиває пухлинні клітини за допомогою тепла, що утворюється під впливом мікрохвильової енергії. В даний час MWA використовується для лікування кількох типів солідних пухлин, включаючи гепатоцелюлярну карциному, рак легень, колоректальний рак печінки та метастази в легенях. Але, незважаючи на швидкий прогрес у цій галузі, висока потужність, необхідна для видалення пухлини, може пошкодити навколишні тканини, обмежуючи клінічне застосування MWA. Таким чином, використання додаткових функціональних агентів для підвищення ефективності нагрівання пухлини MWA при збереженні нормальних тканин стало гарячою темою.
Щоб вирішити цю проблему, дослідники з Інституту функціональних нано- та м’яких матеріалів (ФУНСОМ), в Університеті Сучжоу в Китаї виготовили гідрогель альгінату натрію, зшитий іонами кальцію, щоб служити біфункціональним матеріалом, який підвищує ефективність мікрохвильової абляції та стимулює протипухлинний імунітет. Вони описують свої відкриття в Наука розвивається.
Висока концентрація кальцію
Гідрогель у своїй нативній формі є високоабсорбуючим, розчинним полімером, і синтетичні гідрогелі швидко стають привабливими біомедичними матеріалами завдяки їхній чудовій біосумісності з клітинами та тканинами людини. Попередні дослідження показали, що окремо розташовані іони, розташовані всередині мереж гідрогелевих полімерів, можуть діяти як агенти, чутливі до мікрохвиль, через ефект утримання іонів у шарах гелю. Це відкриття свідчить про те, що гідрогелі можуть бути додатково адаптовані для застосувань MWA.
Щоб досягти цього, дослідники зшили альгінат натрію (ALG) з хлоридом кальцію (CaCl2) розчин для утворення гідрогелів ALG-Ca. Вводячи високу концентрацію іонів кальцію в мережу гідрогелю, вони використовували їх коливальні властивості під впливом електромагнітного випромінювання для підвищення ефективності мікрохвильового нагріву.
Дослідники оцінили мікрохвильову чутливість цих гідрогелів ALG-Ca, реєструючи підвищення температури після мікрохвильового опромінення. Вони також перевірили здатність гідрогелів концентрувати зону нагріву, щоб переконатися, що теплова енергія розсіюється в межах мішені абляції.
Чутливий до мікрохвиль ALG-гідрогель продемонстрував чудову можливість налаштування. Завдяки регулюванню концентрації іонів кальцію та ALG гідрогель ALG із надлишком іонів кальцію не тільки забезпечив ефективне мікрохвильове нагрівання зі значно зниженою щільністю потужності, але й сконцентрував тепло всередині зони ін’єкції, тим самим демонструючи великі перспективи щодо зменшення побічних ефектів звичайний MWA.
Команда досліджувала ефективність лікування цим кальцієвим гідрогелем у поєднанні з MWA у кількох групах мишей із пухлиною. Пухлини у мишей, яким вводили гідрогель із вмістом кальцію та піддавали впливу мікрохвильової енергії, були повністю видалені порівняно з пухлинами у мишей, які отримували простий гідрогель та мікрохвилі. У мишей, які отримували ALG-Ca, також не спостерігалося помітного рецидиву пухлини протягом 60 днів. Подібним чином кролики з більшими пухлинами продемонстрували покращене пригнічення пухлини після ін’єкції ALG-Ca та MWA.
Крім того, гідрогель, наповнений кальцієм, створив прозапальне мікрооточення, яке активує протипухлинний імунітет у мишей. Це свідчить про те, що гідрогель ALG-Ca також може діяти як імуностимулюючий біоматеріал для сприяння дозріванню дендритних клітин – спеціалізованих клітин, які підсилюють імунну відповідь – з дією, порівнянною з комерційним імуностимулюючим агентом.
Головний автор Чжуан Лю, керівник FUNSOM’s Лабораторія сучасних біоматеріалів і наномедицини, каже, що метало-альгінатний гідрогель має великі перспективи для майбутньої клінічної трансляції для розширення клінічних застосувань MWA.
