Science Advances | 中山大学徐炳哲团队开发一种可植入的超声驱动肿瘤治疗装置,更好地治疗脑肿瘤

尽管在脑肿瘤研究的基本问题上取得了一些重大进展,但成功诊断和治愈脑肿瘤对于临床医生来说仍然非常具有挑战性。手术切除肿瘤往往是患者最大的希望;然而,大多数患者在手术后仍无法存活超过 5 年。

2022年7月22日,中山大学徐炳哲团队在Science Advances在线发表题为“An implantable ultrasound-powered device for the treatment of brain cancer using electromagnetic fields”的研究论文,该研究通过开发一种可植入的超声驱动肿瘤治疗装置 (UP-TTD),提出了一种有前途的替代方案,该装置通过电磁干扰癌细胞的快速分裂,而不会对正常神经元产生任何不利影响,从而安全地抑制脑癌复发。
体外和体内实验证实了 UP-TTD 的显著治疗效果,抑制了约 58% 的临床肿瘤细胞生长率和约 78% 的荷瘤大鼠癌症面积减少。这种 UP-TTD 采用无线超声供电,芯片小,重量轻,易于在复杂表面上操作,大大提高了治疗效率并降低了能耗。同时,可以从 UP-TTD 调整各种治疗参数,而无需增加其尺寸或在集成芯片上添加电路。对调谐过程进行了模拟和讨论,与实验数据非常吻合。UP-TTD 令人鼓舞的结果提高了脑癌治疗新模式的可能性。

Science Advances | 中山大学徐炳哲团队开发一种可植入的超声驱动肿瘤治疗装置,更好地治疗脑肿瘤

尽管在脑肿瘤研究的基本问题上取得了一些重大进展,但成功诊断和治愈脑肿瘤对于临床医生来说仍然非常具有挑战性。手术切除肿瘤往往是患者最大的希望;然而,大多数患者在手术后仍无法存活超过 5 年。复发和转移是患者死亡的主要原因,它们来自于手术过程中难以完全清除的剩余癌细胞。最近,肿瘤治疗场 (TTF) 是一种使用交变电场来中断癌细胞分裂能力的抗有丝分裂疗法,似乎是治疗脑肿瘤的一种新的有前途的策略。
TTF 作用于对细胞分裂过程至关重要的特定高电荷蛋白质;因此,它们可以减缓肿瘤的生长和扩散能力。自 2011 年以来,TTF 技术已成为食品和药物管理局批准的多形性胶质母细胞瘤的抗癌治疗方法,被证明是安全的,并且可以提高许多患者的生存率。使用绝缘的外部电极,TTF 被应用于动物癌症模型并显示出令人鼓舞的治疗结果。然而,传统的TTF技术存在合适线束的电极布线困难、空间分辨率粗糙、处理效率低等问题。
无线供电的植入式医疗设备提供了一种解决方案,克服了传统 TTF 的局限性,避免了布线问题,提高了治疗效率。植入式设备提供更精确的现场控制并消耗更少的能量。同时,无线电力传输(WPT)的采用消除了对电线的需求。
Science Advances | 中山大学徐炳哲团队开发一种可植入的超声驱动肿瘤治疗装置,更好地治疗脑肿瘤
柔性UP-TTD的原理图和设计(图源自Science Advances
与 WPT 的感应耦合方法相比,超声或声学功率传输具有显著更高的效率,并且更适合植入生物医学应用。此外,超声波的低传播损耗导致在体内的穿透深度延长,并减少了不必要的生物危害。因此,作为一种很有前景的肿瘤治疗策略,TTF技术仍有很大的改进空间,通过与超声WPT技术相结合,期待更有效的临床医疗TTF装置。
目前,研究人员还没有发现任何关于植入式超声波动力 TTF 设备的已发表作品;在这里,该研究展示了一种使用电磁场治疗脑癌的植入式超声驱动设备。该装置完全由生物相容性材料制成,整个系统显著小型化为一个单一的柔性膜(厚度小于 500 μm),便于植入。在体外和体内实验中都证实了相对高的肿瘤细胞增殖抑制率。
参考消息:
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abm5023

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