O polach elektromagnetycznych w kontekście nowotworów mówi się głównie negatywnie, sugerując wpływ promieniowania na częstość występowania różnych nowotworów, jak na przykład glejaka… Ponieważ ten temat wałkowaliśmy już w filmie na YouTube’ie, w tym artykule przyjrzymy się tematowi z innej strony – jak PEM są wykorzystywane do terapii, w tym onkologicznych!
Pierwsza oczywista (mam nadzieję) uwaga na wstępie – nie chodzi tutaj o pola elektromagnetyczne takie jak te stosowane w telekomunikacji, ale o kompletnie inne częstotliwości i przede wszystkim natężenia.
Efekty termiczne
Pochłanianie przez tkanki (czy dowolny inny obiekt) energii może wiązać się ze wzrostem temperatury, jeśli pochłonięta energia nie jest odpowiednio szybko rozpraszana do otoczenia, np. przez promieniowanie cieplne lub – jak w wypadku tkanek – ciepło nie jest odbierane przez procesy termoregulacji, w tym przepływ krwi, o czym pisaliśmy w maju zeszłego roku. Przywołane tam równanie Pennesa bierze pod uwagę gęstość i ciepło właściwe krwi i tkanek oraz tempo perfuzji krwi przez te tkanki – można zatem obliczyć jaka moc promieniowania elektromagnetycznego spowoduje wzrost temperatury danego fragmentu ciała o jakąś wartość temperatury.
Obecne normy i limity są tak dobrane, żeby zupełnie tego efektu nie obserwować, tzn. maksymalne natężenie promieniowania elektromagnetycznego w naszym otoczeniu jest dziesięciokrotnie niższe niż to możliwe do wywołania efektów termicznych. Na marginesie warto dodać, że nawet gdyby lokalny efekt termiczny rzędu kilku stopni wystąpił, to nasza termoregulacja bez problemu by sobie z nim poradziła. Może się jednak zdarzyć, że celowo chcemy wywołać efekt termiczny i to o dużej intensywności! Oczywiście w kontrolowanych warunkach.
Rozróżnijmy dwa pojęcia: termoablację oraz hipertermię. Pierwsza zachodzi, gdy podgrzejemy komórki powyżej 50°C – wystarczy np. w nowotworowego guza wprowadzić aplikator będący elektrodą i zasilić ją prądem przemiennym, a ten płynąc przez tkanki doprowadzi do odparowania wody i denaturacji białek, doprowadzając w konsekwencji do martwicy. Krótko mówiąc – zabijając patologiczne tkanki na miejscu. W zależności od techniki używane są różne częstotliwości, od skromnych 300-500 kHz, przez częstotliwości radiowe, aż po mikrofale. W tym ostatnim przypadku mówi się – a jakże – o Mikrofalowej Termoablacji (MWA – MicroWave Ablation), działającej przykładowo na 2,45 GHz przy 60-140 watach mocy wyjściowej. Zaletą ablacji mikrofalowej względem radioablacji jest szybsze nagrzewanie nawet znacznych objętości.
Pamiętajmy jednak, że przy dowolnej technice onkologicznej nie chodzi o samo zabicie nowotworu, ale o zabicie go w taki sposób, żeby pacjent przeżył i to jeszcze z możliwie małą liczbą skutków ubocznych. I druga sprawa – nie do każdego guza da się dotrzeć bezpośrednio chirurgicznym skalpelem lub elektrodą, ponieważ może on być zlokalizowany w trudnym operacyjnie miejscu lub być rozsiany. Stąd szereg metod chemioterapeutycznych, dzięki którym leki z krwioobiegiem docierają do guza – z jednej strony ważne jest dobre „celowanie”, czyli doprowadzenie leku do celu (o czym zaraz), ale żeby wzmocnić działanie farmaceutyków stosuje się różne techniki, w tym właśnie hipertermię. Jeśli podgrzejemy nowotwór jedynie do 41-43°C, efektywność terapii cytostatykami znacznie wzrasta.
Jaki jest mechanizm tego procesu? Przegrzana tkanka w celu obrony przed wzrostem temperatury produkuje tak zwane Białka Szoku Cieplnego (HSP, Heat Shock Proteins). Przypomnijmy, że „problem” z nowotworami polega na tym, że są to zmutowane komórki naszego własnego ciała, dlatego nasz układ odpornościowy ich nie rozpoznaje i nie zwalcza jak wrogich patogenów. Ale jeśli komórka nowotworowa rozpoczyna intensywne wydzielanie HSP, to przestaje być niewidoczna dla układu odpornościowego, więc limfocyty T mogą się zająć jej eksterminacją. Dodatkowo zmiana ukrwienia pragnącej się schłodzić tkanki wzmaga również efektywność wchłaniania się chemioterapeutyków.
Hipertermia pomaga zresztą nie tylko w chemioterapii, ale również w radioterapii, czyli leczeniu nowotworów za pomocą promieniowania jonizującego. Tutaj efekt bazuje na podwyższonym poziomie tlenu w komórce, który napływa do niej z rozszerzających się (dla schłodzenia zwiększonym przepływem krwi) naczyń krwionośnych, co wzmaga efekty oddziaływania z promieniowaniem. Co ciekawe, w manipulowaniu tym co wnika do wnętrza komórki wykorzystuje się nie tylko efekt termiczny, ale także…
Źródło: https://zmt.swiss/applications/thermal-therapies/
… Elektroporację
Jak można się domyśleć po nazwie, elektroporacja będzie miała coś wspólnego z prądem i porami, ale takimi mikro mikro porami, na powierzchni błon biologicznych! Odpowiednie pola elektryczne są w stanie zwiększać przepuszczalność błoń biologicznych – jest to zatem świetne narzędzie do „otwierania” komórek, aby pochłonęły pożądane przez nas substancje, np. leki (czyt.: coś toksycznego dla otwieranej bakterii czy nowotworu). Technikę tę stosuje się często w biologii molekularnej, aby wprowadzać fragmenty DNA do wnętrza modyfikowanych komórek. Rzecz tylko w tym, że wykorzystuje się pole elektryczne o natężeniu około 8000 V/cm statycznego pola elektrycznego! Jak można się spodziewać, nie wszystkie komórki to przeżywają, stąd prace nad mikroelektroporacją i nanoelektroporacją.
Przykład wykorzystania elektroporacji – elektroporacja jonów wapnia do mięsaków. Oto najkrótszy opis pracy prowadzonej na liniach komórkowych m.in. przez naukowców z Wrocławia – osiem impulsów trwających po 100µs każdy, o natężeniu 600-1000 V/cm po aplikacji do komórek umieszczonych w roztworze wodnym zawierającym duże stężenie wapnia i gotowe. Stężenie wapnia wewnątrz komórek nowotworowych było znacznie wyższe niż w analogicznie potraktowanych komórkach prawidłowych, co doprowadziło do ich poważnych uszkodzeń. Inny przykład – mamy skuteczne leki przeciwnowotworowe, jak bleomycynę, ale ich problemem są silne skutki uboczne, wynikające z braku efektywnej techniki dostarczania ich do właściwych komórek. Wspomniałem, że elektroporację stosuje się nie tylko w onkologii, ale także w biologii molekularnej. Jednak tutajzakres jest jeszcze szczerszy, bo obejmuje i medycynę estetyczną, gdzie można dokonywać mezoterapii bezigłowej, ale to wątek na inny raz. 🙂
Kończąc podzielę się ciekawostką – szukając materiałów do artykułu trafiłem na najdroższy podręcznik, jaki w życiu widziałem. „Handbook of Electroporation” kosztuje od siedmiu do dziewięciu tysięcy złotych – taka jest wartość dostępu do aktualnej wiedzy! 🙂
Bibliografia:
[1] Przypomnienie o termoregulacji: https://nafalinauki.pl/jak-badac-wplyw-promieniowania-elektromagnetycznego-na-ludzi/