Een zeer effectief chirurgisch verband, ontworpen voor patiënten met huidkanker, zou het genezingsproces na de operatie kunnen versnellen. Het verband is ontwikkeld door onderzoekers in Groot-Brittannië en China en maakt ook gebruik van fotothermische effecten om te voorkomen dat tumoren opnieuw verschijnen.
Fotothermische therapie (PTT) is een veelbelovende techniek gebleken voor de behandeling van huidkanker. Het gaat om het injecteren van tumoren met geleidende nanomaterialen die licht in warmte omzetten, en ze vervolgens te belichten met specifieke golflengten om kankercellen te doden. Bij grote tumoren moet deze behandeling worden uitgevoerd in combinatie met een operatie, waarbij wonden achterblijven die met chirurgisch verband moeten worden behandeld om infectie te voorkomen.
Onlangs zijn er meer geavanceerde behandelmethoden voorgesteld waarbij PTT rechtstreeks in de chirurgische verbanden wordt geïntegreerd. De hoop is dat deze materialen de genezing van de huid kunnen bevorderen en tegelijkertijd kunnen voorkomen dat tumoren na de behandeling opnieuw de kop opsteken. De theoretische ontwerpen voor deze verbanden zijn gebaseerd op het fotothermische materiaal gereduceerd grafeenoxide (rGO). Dit materiaal kan worden gesynthetiseerd door zuurstofhoudende groepen te binden aan enkellaagse grafeenplaten en deze vervolgens te onderwerpen aan een proces dat hun zuurstofgehalte vermindert.
Momenteel wordt deze techniek geconfronteerd met een groot obstakel: rGO is giftig voor levende cellen, wat betekent dat het niet rechtstreeks in chirurgische verbanden kan worden gebruikt. Vóór het reductieproces kan grafeenoxide biocompatibeler worden gemaakt door het te combineren met biomoleculen zoals peptiden en eiwitten. Om de fotothermische respons te verbeteren, moet het materiaal echter een hard reductieproces ondergaan: uitgevoerd in een afgesloten reactor bij temperaturen boven de 180°C, in een omgeving van pure ethanol. Terwijl het grafeenoxide van het materiaal wordt verminderd, vernietigt dit ook de meer delicate biomoleculaire structuren die eraan vastzitten.
Het team, onder leiding van Yuanhao Wu aan de Universiteit van Nottingham, heeft nu een nieuwe techniek ontwikkeld waarmee het reductieproces bij lagere temperaturen kan plaatsvinden. Het gaat om een samenstel van grafeenoxidevlokken, ingekapseld in een eiwitbiopolymeer genaamd “elastine-achtige recombinameer” (ELR), dat bekend staat om zijn vermogen om huidherstel te bevorderen en wonden te genezen. Door de moleculaire interacties tussen deze structuren te controleren, produceerde het team een meerlaagse kern van grafeenoxide, omgeven door een ELR-omhulsel.
Daarna stelden de onderzoekers deze structuur bloot aan een desinfectiemiddel met 70% ethanol. Normaal gesproken dringt deze vloeistof rechtstreeks door bacteriën en de eiwitomhulsels van virussen heen. In dit geval ging het rechtstreeks door de ELR-schaal om te interageren met het pure grafeenoxide binnenin. Hierdoor kon het team het reductieproces op gang brengen bij veel lagere temperaturen van 85°C, terwijl de structuur van de ELR intact bleef.
Alles bij elkaar combineerde de uiteindelijke structuur de hoge PTT-efficiëntie van rGO met het vermogen om weefselregeneratie te bevorderen. Als extra bonus werd het materiaal gesteriliseerd door behandeling met ethanol.
Drieledige fotothermische therapie elimineert tumoren bij muizen
De onderzoekers valideerden hun aanpak met behulp van in vivo experimenten met muizen, waaruit blijkt dat de verbanden tumorherhaling kunnen voorkomen en wondgenezing na tumorresectie kunnen bevorderen. Het materiaal had slechts 15 seconden blootstelling aan nabij-infraroodlicht per 48 uur nodig om effectief te zijn.
Het team van Wu hoopt dat de unieke verbanden kunnen leiden tot praktische postoperatieve behandelingen die patiënten met huidkanker thuis kunnen geven: zowel het versnellen van de genezing van hun chirurgische wonden als het voorkomen dat tumoren opnieuw de kop opsteken als hun huid regenereert.
Het onderzoek wordt beschreven in Geavanceerde functionele materialen.
