Novi, biorazgradivi ultrazvuk daleko moćniji od prethodnih uređaja mogao bi da učini karcinom mozga lakšim za lečenje, izvještavaju istraživači Univerziteta u Konektikatu u izdanju Science Advances od 14. juna.
Rak mozga pogađa više od 24.000 ljudi u SAD svake godine, a više od 18.000 Amerikanaca će umreti od jednog u 2023, prema Američkom društvu za rak.
Kada se nekome dijagnostikuje kancerogen tumor na mozgu, on se obično uklanja hirurški, a zatim se koristi hemoterapija za brisanje preostalih ćelija raka koje su zaostale. Ali karcinom mozga je posebno otporan na hemoterapiju jer obloga krvnih sudova sprečava prolazak velikih molekula koji bi potencijalno mogli da naškode mozgu.
Oni takođe sprečavaju korisne hemo-lekove i druge terapeutike da ubijaju ćelije raka mozga i leče druge bolesti mozga. Jedan bezbedan i efikasan način da se prođe krvno-moždana barijera, kao što je poznato, je korišćenje ultrazvuka za pomeranje ćelija dovoljno da se otvore pore koje su dovoljno velike da bi lek mogao da prođe.
Ali ultrazvuk kroz debelu ljudsku lobanju nije lako. Generalno, višestruki moćni ultrazvučni uređaji moraju biti strateški postavljeni oko lobanje i pažljivo fokusirani na mesto tumora pomoću MRI mašine odmah nakon primene hemoterapije u bolnici.
Proces traje pet ili šest sati, a snažan ultrazvuk može oštetiti tkivo. Retko se radi više puta, iako većina pacijenata sa agresivnim karcinomom mozga prima hemoterapiju mesecima. Primena ultrazvuka svaki put kada pacijent prima hemoterapiju bila bi mnogo efikasnija. Ali pošto je proces MRI ultrazvuka tako težak, retko se izvodi. Biorazgradivi ultrazvučni uređaj se razgrađuje u vodi u roku od nekoliko minuta, pokazujući koliko brzo može da se razgradi u telu kada više nije potreban. Kredit: Thanh Nguien Lab/UConn
„Sve to možemo izbeći korišćenjem implantiranog uređaja“ u samom mozgu, kaže biomedicinski inženjer Thanh Nguien. „Možemo ga više puta koristiti, omogućavajući hemoterapiji da prodre u mozak i ubije tumorske ćelije.“ Već postoji implantabilni ultrazvučni uređaj koji je komercijalno dostupan, ali je napravljen od keramičkih materijala koji su potencijalno toksični i moraju se hirurški ukloniti nakon završetka lečenja.
Nguienova laboratorija je specijalizovana za biorazgradive, piezoelektrične polimere. Piezoelektrični znači da materijal vibrira kada mala električna struja prolazi kroz njega. Ranije su konstruisali siguran, biorazgradiv piezoelektrični ultrazvučni moždani implantat, ali nije bio tako moćan kao tradicionalna piezoelektrična keramika. Tako je laboratorija Nguien sa diplomiranim studentima Thinh T. Le i Meisam Corsi, koju zajedno savetuju profesor inženjering Horea Ilies i inženjer Dean Kazem Kazerounian, zajedno sa postdoktorom Feng Linom, koristila potpuno novu tehniku za proizvodnju biorazgradivog polimernog ultrazvuka kao moćne kao one od keramike.
Tim je želeo da koristi kristale glicina, aminokiseline koja je uobičajen protein u telu i nedavno je otkriveno da je snažno piezoelektrična. Glicin je bezbedan i biorazgradiv, ali previše; brzo se rastvara u vodi. Piezoelektrični kristali glicina su takođe krhki i lako se razbijaju, što čini rukovanje materijalom i njegovu proizvodnju u koristan ultrazvučni uređaj izuzetno izazovnim.
Istraživači su došli do novog rešenja. Uzgajali su kristale glicina, a zatim ih namerno razbili na komade veličine samo nekoliko stotina nanometara. Zatim su ih okretali (pod visokim naponom u procesu zvanom elektrospinovanje) sa polikaprolaktonom (PCL), biorazgradivim polimerom, da bi napravili piezoelektrične filmove sastavljene od nanovlakna glicina i PCL.
Pod malim pogonskim naponom (~ 0,15 Vrms), film može da generiše ultrazvuk na 334 kilo-paskala, otprilike isto kao i keramički ultrazvučni moždani implant. Tim premazuje glicin-PCL film drugim biorazgradivim polimerima da bi ga zaštitio. Poli-L-laktidu (PLLA), jednom mogućem premazu, potrebno je otprilike šest nedelja da se razgradi. Biorazgradivi ultrazvučni uređaj napravljen od glicina takođe može da generiše zvučni zvuk; evo, svira pesmu. Kredit: Thanh Nguien Lab/UConn
Istraživači su testirali uređaj na miševima sa rakom mozga. Oni su lečili miševe sa PTKS (paklitakselom), snažnom hemioterapijskom hemikalijom koja je efikasna protiv raka mozga, ali teško proći kroz krvno-moždanu barijeru. Ultrazvuk glicin-PCL uspešno je omogućio PTKS-u da zaobiđe krvno-moždanu barijeru — tumori su se smanjili i tretman je udvostručio životni vek miševa sa rakom mozga u poređenju sa onim miševima koji nisu bili lečeni.
Kombinovani tretman glicin-PCL ultrazvukom + PTKS je takođe bio mnogo efikasniji za miševe od lečenja samo PTKS-om, ili PTKS-om i ultrazvukom iz originalne, manje moćne verzije biorazgradivog ultrazvučnog uređaja Nguien laboratorije, zasnovanog na PLLA.
Pored gore pomenute terapeutske efikasnosti, tim je već uradio šestomesečni bezbednosni pregled uređaja ugrađenog u mozak i otkrio da nema štetnih efekata na zdravlje miševa. Sada će početi da testiraju bezbednost i efikasnost kod velikih životinja.
