临床肿瘤细胞生长抑制率近92%！中山大学徐炳哲团队：可抑制胶质瘤生长的强大工具

【导读】胶质母细胞瘤（GBM）是一种恶性程度极高的疾病，由于其侵袭性强，很难完全根除，因此预后不佳。

12月12日，中山大学徐炳哲研究团队在期刊《Advanced Science》上发表了研究论文，题为“Implantable Ultrasound-Powered MXene/PVA Hydrogel-Based Generator for Treatment of Glioblastoma”，本研究中，研究人员开发了一种可植入、模量可调、超声波供电的MXene/PVA水凝胶基肿瘤治疗装置(UP-MPH-TTD)，该装置可产生特定的电磁交变场，在不影响正常神经元的情况下破坏癌细胞的有丝分裂。由于MXene/PVA水凝胶具有高生物相容性、良好的柔韧性和高导电性，因此可用于形成肿瘤治疗场，从而提高了超声电转换效率，显著减小了设备尺寸。可植入的UP-MPH-TTD采用无线超声供电，体积小、重量轻、结构简单，显著提高了治疗效率。体外和体内实验证实了该装置的治疗效果，在临床肿瘤细胞中显示出约92%的生长抑制率，在肿瘤小鼠中使肿瘤面积减少了73%。这些结果表明该装置在胶质母细胞瘤的治疗和预后改善方面具有广泛的应用潜力。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202309610

背景信息

01

胶质母细胞瘤（GBM）是起源于大脑的最具侵袭性的癌症之一。尽管取得了显著进展，但GBM的不良预后仍然是一个严重的临床问题。由于GBM具有明显的浸润性生长，因此完全切除肿瘤以实现治愈是是不能实现的。采用传统方法治疗的平均生存时间约为15个月。复发和GBM耐药是导致患者死亡的主要原因。TTF是治疗GBM的一种有前景的新方法。这是一种物理疗法，使用低强度（1-3 V cm^-1）、中等频率（100-300 kHz）的交替电场来抑制癌症增殖。TTF治疗的毒性比传统治疗低，副作用仅限于轻度至中度的皮肤刺激。然而，传统的TTF系统需要对患者头皮进行预处理，并在头皮表面布设电极，这使得其使用不便且效率低下。此外，头皮电极的低空间分辨率导致高功率消耗和低治疗精度。

无线可植入设备为克服传统TTF的局限性提供了一种解决方案，无需复杂的电极和布线。此外，可植入设备具有更大的灵活性，可以实现精确的肿瘤治疗，降低能量消耗。目前，无线可植入设备面临的主要挑战之一是能量传输和转换。

实验详情

02

研究人员将验证过程分为两部分：体内和体外，以确定UP-MPH-TTD对GBM的实际治疗效果。首先，研究人员从临床患者中获取GBM细胞并在体外进行表征，然后通过平行板电极将UP-MPH-TTD在超声激发下产生的电场施加到培养细胞的两面。电场频率为200 kHz，场强为1.4至1.6 V/cm²。在对GBM细胞施加电场12小时后，使用EdU细胞增殖试剂评估和量化处理组和对照组的生长速度。

体外和体内实验

为了进一步在体内研究该装置的功能，研究人员将该装置植入肿瘤小鼠的大脑中。该装置能够植入体内，并防止水吸收导致水凝胶膨胀。从临床患者中获取的GBM细胞被植入免疫缺陷的BALB/c裸鼠大脑中，以构建GBM小鼠模型，用于在体内评估该装置的治疗效果。所有模型均使用同一批小鼠构建，以确保实验条件和细胞数量的一致性，从而确保相似的肿瘤生长状态。随后，研究人员在小鼠大脑的纹状体中植入UP-MPH-TTD装置，并通过超声波（0.3-0.4 W cm^-2）进行刺激。连续治疗4周（每天20小时）后，对脑组织进行组织学分析。结果表明治疗组小鼠大脑中的脑肿瘤明显小于对照组小鼠。

结果显示，该装置在体外可显著抑制GBM细胞的增殖，抑制率为92%，表明该装置可有效抑制体外GBM细胞的生长。统计分析显示，治疗组小鼠的肿瘤面积比对照组小73%，表明该装置在体内治疗GBM时具有显著的抑制作用。与传统治疗方法相比，研究人员的UP-MPH-TTD装置的疗效优于单独使用TMZ药物治疗或单独使用TTF治疗，显示出显著增强的肿瘤抑制效果。

作为一种可植入装置，除了评估其在治疗胶质母细胞瘤方面的可行性外，还应考虑其安全性因素。研究人员将该装置植入动物体内超过一个月，以测试该装置的安全性。在植入该装置后，研究人员未观察到任何异常行为或影响生存率的情况。研究人员使用胶质纤维酸性蛋白（GFAP）和钙结合蛋白1（Iba1）评估胶质细胞（星形胶质细胞和小胶质细胞）对该装置的响应。值得注意的是，本装置引起的炎症反应与常规银电极引起的炎症反应相似，这表明本装置与常规电极具有相似的生物相容性，可以实现长期植入治疗。

研究意义

03

UP-MPH-TTD装置不仅提供了一种强大的抑制胶质母细胞瘤生长的工具（在体外抑制率为92%，在体内肿瘤面积减少73%），而且确保了其在临床应用中的安全性。该装置为改善脑肿瘤患者的预后，特别是胶质母细胞瘤患者的预后带来了新的希望。

【参考资料】

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202309610

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