Cancerul cerebral afectează peste 24.000 de persoane anual numai în Statele Unite, iar peste 18.000 de americani vor muri din cauza acestuia în 2023, potrivit Societăţii Americane de Cancer. Cercetătorii au pus la punct o aplicaţie cu ultrasunete mult mai puternică decât dispozitivele existente care poate penetra bariera hemato-encefalică ceea ce ar putea duce la tratamente mai eficiente împotriva cancerului cerebral.
Atunci când este descoperită o tumoră canceroasă la creier, aceasta este de obicei îndepărtată chirurgical şi apoi pacientul urmează un tratament cu chimioterapie pentru a elimina celulele canceroase rămase în urmă.
Dar cancerele cerebrale sunt deosebit de rezistente la chimioterapie, deoarece mucoasa vaselor de sânge împiedică trecerea moleculelor mari care ar putea dăuna creierului.
Acestea împiedică însă şi medicamentele de chimioterapie şi alte substanţe terapeutice să pătrundă în creier şi să ucidă celulele canceroase cerebrale sau să trateze alte boli ale creierului.
O modalitate sigură şi eficientă de a trece de bariera hemato-encefalică, ar putea fi folosirea ultrasunetelor pentru ca celulele să-şi deschidă pori suficient de mari pentru a permite trecerea medicamentelor.
Dar pătrunderea ultrasunetelor prin craniul uman gros este destul de dificilă.
În general, mai multe dispozitive cu ultrasunete puternice trebuie plasate strategic în jurul craniului şi focalizate cu atenţie pe locul tumorii cu ajutorul unui aparat RMN imediat după ce se administrează chimioterapia.
Procesul durează cinci sau şase ore, iar ultrasunetele puternice pot fi dăunătoare pentru ţesuturi.
Rareori se administrează mai mult de o singură dată, chiar dacă majoritatea pacienţilor cu cancere cerebrale agresive primesc chimioterapie timp de luni de zile.
Aplicarea ultrasunetelor de fiecare dată când un pacient primeşte chimioterapie ar fi un tratament mult mai eficient, dar, întrucât procesul RMN-ultrasunete este atât de greoi, acesta este rar efectuat.
Acum, o nouă aplicaţie cu ultrasunete mult mai puternică decât dispozitivele anterioare ar putea uşura tratarea cancerelor cerebrale, raportează cercetătorii de la universitatea din Connecticut, în ediţia din 14 iunie a revistei Science Advances.
„Putem evita toate aceste inconveniente folosind un dispozitiv implantat" în creier, spune inginerul biomedical Thanh Nguyen.
„Îl putem folosi în mod repetat, permiţând chimioterapiei să pătrundă în creier şi să distrugă celulele tumorale", explică el.
Există deja un dispozitiv implantabil cu ultrasunete disponibil în comerţ, dar acesta este fabricat din materiale ceramice care sunt potenţial toxice şi trebuie îndepărtat chirurgical după terminarea tratamentului.
Laboratorul lui Nguyen este specializat în polimeri biodegradabili, piezoelectrici.
Piezoelectric înseamnă că un material vibrează atunci când un mic curent electric trece prin el.
Echipa a construit înainte un implant cerebral piezoelectric sigur şi biodegradabil cu ultrasunete, dar acesta nu a fost la fel de puternic ca ceramica piezoelectrică tradiţională.
Acum, laboratorul Nguyen, a folosit o tehnică complet nouă pentru a produce un dispozitiv de ultrasunete la fel de puternic ca şi cele din ceramică, dar dintr-un polimer biodegradabil.
Echipa a dorit să folosească cristale de glicină, un aminoacid care este o proteină comună în organism şi despre care s-a constatat recent că este puternic piezoelectrică.
Glicina este sigură şi biodegradabilă, poate un pic prea mult: se dizolvă rapid în apă. Cristalele piezoelectrice de glicină sunt, de asemenea, fragile şi se sparg cu uşurinţă, ceea ce face ca manipularea materialului şi fabricarea acestuia într-un dispozitiv cu ultrasunete util să fie extrem de dificilă.
Cercetătorii au venit cu o soluţie inedită.
Ei au cultivat cristale de glicină şi apoi le-au sfărâmat în mod intenţionat în bucăţi de doar câteva sute de nanometri.
Apoi au folosit un proces sub înaltă tensiune, numit electrospinning, cu policaprolactonă (PCL), un polimer biodegradabil, pentru a realiza filme piezoelectrice compuse din nanofibre de glicină şi PCL.
Sub o tensiune de comandă mică (~ 0,15 Vrms), pelicula poate genera ultrasunete la 334 kilo-Pascals, aproximativ la fel ca un implant cerebral ceramic cu ultrasunete.
Echipa a îmbrăcat pelicula de glicină-PCL în alţi polimeri biodegradabili pentru a o proteja.
Poly-L-Lactide (PLLA), un posibil strat de acoperire, are nevoie de aproximativ şase săptămâni pentru a se descompune.
Cercetătorii au testat dispozitivul pe şoareci cu cancer cerebral.
Aceştia au tratat şoarecii cu PTX (paclitaxel), o chimioterapie chimică puternică, eficientă împotriva cancerului cerebral, dar care trece cu greu de bariera hemato-encefalică.
Ultrasunetele glicină-PCL au permis cu succes ca PTX să ocolească bariera hemato-encefalică - tumorile s-au micşorat, iar tratamentul a dublat durata de viaţă a şoarecilor cu cancer cerebral, comparativ cu şoarecii care nu au primit niciun tratament.
Tratamentul combinat cu ultrasunete glicină-PCL + PTX a fost, de asemenea, mult mai eficient pentru şoareci decât monoterapia cu PTXsau cu PTX şi ultrasunete din versiunea originală, mai puţin puternică, a dispozitivului cu ultrasunete biodegradabil al laboratorului Nguyen, bazat pe PLLA.
Pe lângă eficacitatea terapeutică menţionată, echipa a făcut deja o analiză de siguranţă de şase luni a dispozitivului implantat în interiorul creierului şi a constatat că acesta nu a avut efecte adverse asupra sănătăţii şoarecilor.
Ei vor începe acum să testeze siguranţa şi eficacitatea noului dispozitiv pe animale mari.
