Разработано новое биоразлагаемое ультразвуковое устройство, которое в эксперименте продемонстрировало большую эффективность в сравнении с предыдущими разработками в лечении злокачественных новообразований (ЗНО) мозга. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science Advances.
Большинство случаев ЗНО головного мозга подвергается хирургическому лечению и адъювантной химиотерапии, которая, однако, не всегда обладает желаемой эффективностью. Эта особенность в первую очередь обусловлена невозможностью проникновения крупных молекулярных соединений через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) – безусловно, важный защитный механизм для здоровых нервных клеток, но функции которого не позволяют воздействовать в том числе и на злокачественные клетки. Одним из относительно безопасных и эффективных способов прохождения через ГЭБ является ультразвуковое воздействие, которое позволяет расширять его участки в достаточных объемах для прохождения высокомолекулярных соединений.
И хотя этот способ может позволять достичь желаемого эффекта в химиотерапии, другой немаловажной проблемой является доставка ультразвуковой энергии непосредственно к ГЭБ, что подразумевает ее прохождение через ткани черепа. Предыдущие разработки подразумевали размещение различных источников ультразвука вокруг черепа и их тщательную фокусировку в зону опухоли с помощью МРТ непосредственно после введения химиопрепарата – процедура потенциально травматична и может занимать до 5-6 часов, поэтому применяется крайне редко и обычно не более чем однократно.
Авторы нового устройства предложили другой способ доставки ультразвуковой энергии – путем имплантации ультразвукового источника непосредственно в ткани мозга. Такой способ возможно использовать многократно совместно с курсами химиотерапии.
Уже имеющиеся решения представлены устройствами из керамических материалов, которые являются потенциально токсичными и требуют хирургического вмешательства по поводу их удаления после окончания лечения. Предлагаемое устройство состоит из биоразлагаеемых материалов, представленных пьезоэлектрическими полимерами (кристаллы глицина). Глицин является одной из основных аминокислот, поэтому представляется безопасным и естественным образом разлагаемым материалом, поскольку легко растворяется в воде.
Команда исследователей выращивала кристаллы глицина и затем раскалывала их на мелкие части размером в несколько сотен нанометров. Впоследствии производился сплав кристаллов с поликапролактоном под высоким напряжением (метод электроспиннинга). Под невысоким напряжением поверхность этого материала способна генерировать ультразвук с давлением в 334 кПа (сравнимо с аналогичными устройствами из керамики). В качестве дополнительной пленки использовались другие биоразлагаемые полимеры, такие как поли-L-лактид (PLLA), разложение которых происходит в течение около 6 недель.
Эксперимент по использованию новых устройств проводился на лабораторных мышах с ЗНО головного мозга. В качестве химиопрепарата использовался паклитаксел – средство с высокой эффективностью против малигнизированных нервных клеток, которое, однако, с трудом проникает через ГЭБ. Выживаемость мышей при таком методе лечения была вдвое выше в сравнении с контрольной группой (где лечение не проводилось). Кроме того, было показано, что эффективность лечения при использовании ультразвукового воздействия в комбинации с паклитакселом была выше, чем лечение только паклитакселом. В результате анализа безопасности ученым удалось показать, что имплантация устройства не приводила к каким-либо побочным эффектам при сроке наблюдения в 6 мес. В дальнейшем планируются исследования на более крупных животных.
Материал подготовлен в рамках проекта «Медицина в точке бифуркации». Проект поддержан грантом Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий»
