Ett mycket effektivt kirurgiskt förband utformat för patienter med hudcancer kan påskynda läkningsprocessen efter operationen. Förbandet har utvecklats av forskare i Storbritannien och Kina och utnyttjar också fototermiska effekter för att förhindra att tumörer dyker upp igen.
Fototermisk terapi (PTT) har dykt upp som en lovande teknik för behandling av hudcancer. Det går ut på att injicera tumörer med ledande nanomaterial som omvandlar ljus till värme, och sedan belysa dem med specifika våglängder för att döda cancerceller. För stora tumörer måste denna behandling utföras i kombination med kirurgi och lämnar kvar sår som måste behandlas med kirurgiska förband för att förhindra infektion.
På senare tid har mer avancerade behandlingsmetoder föreslagits där PTT integreras direkt i de kirurgiska förbanden. Förhoppningen är att dessa material skulle kunna främja läkning i huden, samtidigt som de förhindrar att tumörer återkommer efter behandling. De teoretiserade designerna för dessa förband är baserade på det fototermiska materialet reducerad grafenoxid (rGO). Detta material kan syntetiseras genom att binda syrehaltiga grupper till enskiktsgrafenark och sedan utsätta dem för en process som minskar deras syrehalt.
För närvarande står denna teknik inför en stor vägspärr: rGO är giftigt för levande celler, vilket innebär att det inte kan användas direkt i kirurgiska förband. Före reduktionsprocessen kan grafenoxid göras mer biokompatibel genom att kombinera den med biomolekyler som peptider och proteiner. Men för att förbättra sin fototermiska respons måste materialet sedan utstå en hård reduktionsprocess: utföras i en sluten reaktor vid temperaturer över 180°C, i en miljö av ren etanol. Samtidigt som materialets grafenoxid reduceras, förstör detta också de mer känsliga biomolekylära strukturerna som är fästa vid det.
Teamet, ledd av Yuanhao Wu vid University of Nottingham, har nu utvecklat en ny teknik som gör att reduktionsprocessen kan ske vid lägre temperaturer. Det involverar en sammansättning av grafenoxidflingor, inkapslade i en proteinbiopolymer som heter "elastin-like recombinamer" (ELR), som är känd för sin förmåga att främja hudreparation och läka sår. Genom att kontrollera de molekylära interaktionerna mellan dessa strukturer producerade teamet en kärna av grafenoxid i flera lager, omgiven av ett ELR-skal.
Efteråt exponerade forskarna denna struktur för ett desinfektionsmedel innehållande 70 % etanol. Vanligtvis skulle denna vätska tränga rakt igenom bakterier och proteinskalen hos virus. I det här fallet passerade den rakt genom ELR-skalet för att interagera med den rena grafenoxiden inuti. Detta gjorde det möjligt för teamet att utlösa reduktionsprocessen vid mycket lägre temperaturer på 85°C, samtidigt som ELR:s struktur lämnades intakt.
Sammantaget kombinerade den slutliga strukturen den höga PTT-effektiviteten hos rGO med förmågan att främja vävnadsregenerering. Som en extra bonus steriliserades materialet genom dess behandling med etanol.
Tre-polig fototermisk terapi eliminerar tumörer hos möss
Forskarna validerade sitt tillvägagångssätt med hjälp av in vivo- experiment på möss, som visar att förbanden kan förhindra återfall av tumörer och främja sårläkning efter tumörresektion. Materialet behövde bara 15 s exponering för nära-infrarött ljus var 48:e timme för att vara effektivt.
Wus team hoppas att de unika förbanden kan leda till praktiska behandlingar efter operationen som patienter med hudcancer kan leverera hemma: både påskynda läkningen av deras operationssår och förhindra tumörer från att återuppstå när deras hud regenereras.
Studien beskrivs i Avancerade funktionella material.
