文章題目：植入式超聲驅動MXene/PVA水凝膠發生器用于治療膠質母細胞瘤

發表期刊：《Advanced Science》

影響因子：14.3

公開日期：2024年12月12日

通訊作者：謝敬敦 主任醫師、徐炳哲 副教授

通訊單位：中山大學腫瘤防治中心、中山大學生物醫學工程學院

DOI：10.1002/advs.202309610

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研究亮點

1. 首次將MXene/PVA水凝膠應用于超聲驅動的腫瘤治療設備中。

2. 體外和體內實驗均顯示出顯著的治療效果，優于傳統化療和電場治療方法。

3. 設備小巧輕便，易于植入，且超聲能量傳輸安全無害。

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研究背景

腦膠質瘤（Glioblastoma，GBM）是一種高度惡性的腦腫瘤，因其強烈的浸潤性而難以完全切除，預后極差。傳統的治療方法包括手術切除、放療和化療，但平均生存期僅為約15個月，且復發和耐藥性高。因此，尋找新的治療方法以提高GBM患者的生存率顯得尤為重要。

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研究問題

如何開發一種高效、安全、且能精準靶向腦膠質瘤的治療方法？

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研究構思

本研究提出了一種可植入、模量可調、超聲驅動的MXene/PVA水凝膠基腫瘤治療設備(UP-MPH-TTD)。該設備利用MXene/PVA水凝膠的高生物相容性、優異靈活性和高導電性，通過超聲能量轉換產生特定電磁場，干擾癌細胞的分裂過程，同時不影響正常神經元。

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研究方法

1. MXene/PVA水凝膠（M-gel）的制備

研究團隊首先制備了8%的PVA溶液，并溶解了4%的硼酸鈉溶液。隨后，將MXene納米片加入硼酸鈉溶液中，通過超聲處理確保MXene納米片均勻分散。最后，將PVA溶液與含有MXene納米片的硼酸鈉溶液混合，得到MXene/PVA水凝膠。這種水凝膠由于MXene與PVA之間的相互作用，形成了具有優異性能的三維網絡結構。

2. UP-MPH-TTD的構造

研究團隊將MXene/PVA水凝膠封裝在硼硅酸鹽生物活性玻璃管中，形成圓柱形的治療設備。玻璃管的一端封閉，另一端通過熱熔膠密封，以防止水凝膠失水。同時，在玻璃管內插入一根導電銅線作為外部電極，以便將產生的電能導出。

3. 性能測試與參數調整

通過改變超聲功率、設備與超聲源的距離以及設備體積來調節輸出電場的強度和頻率。研究發現，增加超聲功率、減小設備與超聲源的距離或增加設備體積都可以提高輸出電場的強度。同時，通過改變超聲源的頻率，可以調節輸出電場的頻率。

4. 實驗驗證

體外實驗：研究團隊使用臨床膠質瘤細胞進行體外實驗。他們將膠質瘤細胞培養在含有UP-MPH-TTD產生的電場的培養皿中，通過EdU細胞增殖實驗評估電場對細胞增殖的影響。

體內實驗：為了驗證設備在體內的治療效果，研究團隊構建了攜帶膠質瘤的小鼠模型。他們將設備植入小鼠腦內，并通過超聲激發設備產生電場。經過連續治療4周后，通過組織學分析評估腫瘤面積的變化。

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研究結果

1. 體外實驗結果

在體外實驗中，研究團隊發現UP-MPH-TTD在超聲激發下產生的電場對膠質瘤細胞的增殖具有顯著的抑制作用。經過12小時的電場處理后，膠質瘤細胞的增殖率顯著下降，抑制率高達92%。這一結果表明，UP-MPH-TTD產生的電場能夠有效干擾膠質瘤細胞的分裂過程，從而抑制其增殖。

2. 體內實驗結果

在體內實驗中，研究團隊將UP-MPH-TTD植入攜帶膠質瘤的小鼠腦內，并通過超聲激發設備產生電場。經過連續4周的治療后，治療組小鼠的腫瘤面積顯著小于對照組小鼠。定量分析結果顯示，治療組小鼠的腫瘤面積比對照組減少了73%。這一結果表明，UP-MPH-TTD在體內同樣具有顯著的治療效果，能夠有效抑制膠質瘤的生長。

3. 安全性評估

為了評估UP-MPH-TTD的安全性，研究團隊將設備在動物體內植入超過一個月，并觀察動物的行為和生存率。結果發現，植入設備后動物未出現異常行為或生存率下降的情況。此外，通過免疫組織化學分析發現，設備植入部位周圍腦組織的炎癥反應與常規電極相似，表明UP-MPH-TTD具有良好的生物相容性和安全性。

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應用領域

該設備有望為腦膠質瘤患者提供一種新的、非侵入性的治療選擇，提高患者的生存率和生活質量。此外，該技術還可能擴展到其他類型的實體瘤治療中。

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MXene發揮的作用

MXene作為一種二維材料，具有高導電性和優異的機械性能。在本研究中，MXene與PVA水凝膠結合，形成的M-gel不僅提高了超聲電轉換效率，還顯著減小了設備體積，使得整個治療系統更加輕便、易于植入。

來源：濟南三川 SCMXene