文章题目：植入式超声驱动MXene/PVA水凝胶发生器用于治疗胶质母细胞瘤
发表期刊：《Advanced Science》
影响因子：14.3
公开日期：2024年12月12日
通讯作者：谢敬敦 主任医师、徐炳哲 副教授
通讯单位：中山大学肿瘤防治中心、中山大学生物医学工程学院
DOI：10.1002/advs.202309610
1. 首次将MXene/PVA水凝胶应用于超声驱动的肿瘤治疗设备中。
2. 体外和体内实验均显示出显著的治疗效果，优于传统化疗和电场治疗方法。
3. 设备小巧轻便，易于植入，且超声能量传输安全无害。
脑胶质瘤（Glioblastoma，GBM）是一种高度恶性的脑肿瘤，因其强烈的浸润性而难以完全切除，预后极差。传统的治疗方法包括手术切除、放疗和化疗，但平均生存期仅为约15个月，且复发和耐药性高。因此，寻找新的治疗方法以提高GBM患者的生存率显得尤为重要。
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如何开发一种高效、安全、且能精准靶向脑胶质瘤的治疗方法？
本研究提出了一种可植入、模量可调、超声驱动的MXene/PVA水凝胶基肿瘤治疗设备(UP-MPH-TTD)。该设备利用MXene/PVA水凝胶的高生物相容性、优异灵活性和高导电性，通过超声能量转换产生特定电磁场，干扰癌细胞的分裂过程，同时不影响正常神经元。
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1. MXene/PVA水凝胶（M-gel）的制备
研究团队首先制备了8%的PVA溶液，并溶解了4%的硼酸钠溶液。随后，将MXene纳米片加入硼酸钠溶液中，通过超声处理确保MXene纳米片均匀分散。最后，将PVA溶液与含有MXene纳米片的硼酸钠溶液混合，得到MXene/PVA水凝胶。这种水凝胶由于MXene与PVA之间的相互作用，形成了具有优异性能的三维网络结构。
2. UP-MPH-TTD的构造
研究团队将MXene/PVA水凝胶封装在硼硅酸盐生物活性玻璃管中，形成圆柱形的治疗设备。玻璃管的一端封闭，另一端通过热熔胶密封，以防止水凝胶失水。同时，在玻璃管内插入一根导电铜线作为外部电极，以便将产生的电能导出。
3. 性能测试与参数调整
通过改变超声功率、设备与超声源的距离以及设备体积来调节输出电场的强度和频率。研究发现，增加超声功率、减小设备与超声源的距离或增加设备体积都可以提高输出电场的强度。同时，通过改变超声源的频率，可以调节输出电场的频率。
4. 实验验证
体外实验：研究团队使用临床胶质瘤细胞进行体外实验。他们将胶质瘤细胞培养在含有UP-MPH-TTD产生的电场的培养皿中，通过EdU细胞增殖实验评估电场对细胞增殖的影响。
体内实验：为了验证设备在体内的治疗效果，研究团队构建了携带胶质瘤的小鼠模型。他们将设备植入小鼠脑内，并通过超声激发设备产生电场。经过连续治疗4周后，通过组织学分析评估肿瘤面积的变化。
1. 体外实验结果
在体外实验中，研究团队发现UP-MPH-TTD在超声激发下产生的电场对胶质瘤细胞的增殖具有显著的抑制作用。经过12小时的电场处理后，胶质瘤细胞的增殖率显著下降，抑制率高达92%。这一结果表明，UP-MPH-TTD产生的电场能够有效干扰胶质瘤细胞的分裂过程，从而抑制其增殖。
2. 体内实验结果
在体内实验中，研究团队将UP-MPH-TTD植入携带胶质瘤的小鼠脑内，并通过超声激发设备产生电场。经过连续4周的治疗后，治疗组小鼠的肿瘤面积显著小于对照组小鼠。定量分析结果显示，治疗组小鼠的肿瘤面积比对照组减少了73%。这一结果表明，UP-MPH-TTD在体内同样具有显著的治疗效果，能够有效抑制胶质瘤的生长。
3. 安全性评估
为了评估UP-MPH-TTD的安全性，研究团队将设备在动物体内植入超过一个月，并观察动物的行为和生存率。结果发现，植入设备后动物未出现异常行为或生存率下降的情况。此外，通过免疫组织化学分析发现，设备植入部位周围脑组织的炎症反应与常规电极相似，表明UP-MPH-TTD具有良好的生物相容性和安全性。
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应用领域
来源：济南三川 SCMXene