Zespół z Georgia Tech i Virginia Tech opublikował artykuł w APL Bioinżynieria w maju zbadano nową opcję, która w przyszłości mogłaby zostać wykorzystana w leczeniu glejaka wielopostaciowego, śmiertelnego i szybko rosnącego nowotworu mózgu.

Praca ta, wspierana przez granty National Institutes of Health, wywodzi się z wcześniejszych badań nad nieodwracalną elektroporacją o wysokiej częstotliwości, lepiej znaną jako H-FIRE. H-FIRE to mało inwazyjny proces, który wykorzystuje nietermiczne impulsy elektryczne do rozbijania komórek nowotworowych.

Leczenie każdego rodzaju raka nie jest łatwe, ale jeśli chodzi o nowotwory mózgu, bariera krew-mózg stanowi dodatkowe wyzwanie. Bariera chroni mózg przed toksycznym materiałem — ale nie zawsze jest to pozytywne.

„Matka Natura zaprojektowała to tak, abyśmy nie zatruwali się sami, ale niestety, sposób, w jaki to działa, wyklucza również około 99 procent wszystkich leków małocząsteczkowych z przedostania się do mózgu i osiągnięcia odpowiednich stężeń, aby wyjaśnić ich działanie terapeutyczne. Dotyczy to w szczególności chemioterapeutyków, leków biologicznych lub immunoterapii” — powiedział John Rossmeisl, profesor neurologii i neurochirurgii im. dr. i pani Dorsey Taylor Mahin w Virginia-Maryland College of Veterinary Medicine. Rossmeisl jest jednym ze współautorów artykułu.

Fala w kształcie kwadratu, zwykle stosowana w H-FIRE, wykonuje podwójną pracę: zakłóca barierę krew-mózg wokół guza, niszcząc jednocześnie komórki nowotworowe. Jednak było to pierwsze badanie, w którym zastosowano falę sinusoidalną do zakłócenia bariery. Ta nowa modalność nazywa się elektroporacją fali sinusoidalnej (B-SWE).

Naukowcy wykorzystali model gryzonia do zbadania wpływu fali sinusoidalnej w porównaniu z bardziej konwencjonalną falą o kształcie kwadratu. Odkryli, że B-SWE powodowało mniejsze uszkodzenia komórek i tkanek, ale większe zakłócenia bariery krew-mózg.

W niektórych przypadkach klinicznych zarówno ablacja, jak i przerwanie bariery krew-mózg byłyby idealne, ale w innych przerwanie bariery krew-mózg może być ważniejsze niż niszczenie komórek. Na przykład, jeśli neurochirurg usunął widoczną masę guza, sinusoidalny przebieg mógłby potencjalnie zostać użyty do przerwania bariery krew-mózg wokół tego miejsca, umożliwiając lekom przedostanie się do mózgu i wyeliminowanie ostatnich komórek rakowych. B-SWE może spowodować minimalne uszkodzenie zdrowej tkanki mózgowej.

Badania wskazują, że konwencjonalne przebiegi kwadratowe wykazują dobre zaburzenie bariery krew-mózg, ale to badanie wykazuje jeszcze lepsze zaburzenie bariery krew-mózg z B-SWE. To może umożliwić dostęp do mózgu większej ilości leków przeciwnowotworowych.

„Myśleliśmy, że rozwiązaliśmy ten problem, ale to pokazuje, że przy odrobinie myślenia przyszłościowego zawsze mogą znaleźć się lepsze rozwiązania” – powiedział Rossmeisl, który pełni również funkcję zastępcy kierownika Wydziału Nauk Klinicznych Małych Zwierząt.

Podczas badania naukowcy natrafili na przeszkodę: oprócz większego zerwania bariery krew-mózg, odkryli, że fala sinusoidalna powodowała również więcej skurczów nerwowo-mięśniowych. Te skurcze mięśni niosą ze sobą ryzyko uszkodzenia narządu. Jednak poprzez dostosowanie dawki B-SWE udało im się zmniejszyć skurcze, zapewniając jednocześnie poziom zerwania bariery krew-mózg podobny do tego przy wyższej dawce.

Kolejnym etapem badań będzie analiza efektów B-SWE przy użyciu zwierzęcego modelu raka mózgu, aby sprawdzić, jak przebieg sinusoidalny wypada w porównaniu z konwencjonalną techniką H-FIRE.

Projekt był prowadzony przez pierwszą autorkę Sabrinę Campelo, gdy kończyła doktorat w Virginia Tech-Wake Forest University School of Biomedical Engineering and Sciences. Campelo jest obecnie stypendystką podoktorską w Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering na Georgia Tech i Emory University.