An Ultrasonically Actuated Medical Needle as a Method for Combination Cancer Immunotherapy
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Science |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
50
Series
Abstract
In 2022, the estimated incidence rate of cancer was almost 20 million. Out of these cases nearly 10 million resulted in the death of the patient. This has lead to cancer being considered one of the worst societal and public health issues of the 21st century, with immense economic and social repercussions. Various treatment modalities have been developed to combat cancer. Common cancer treatments include chemotherapy, radiation therapy, and surgery. These treatments, however, suffer from significant adverse side effects related to the destructive tissue effects they induce via external means. One treatment modality that has gained considerable interest in the field of oncology is cancer immunotherapy. Immunotherapy is, unlike the aforementioned methods, based on harnessing the immune system of the human body to assist in treating cancer tumors. This is often achieved by pharmaceutically derepressing the immune system, that has been repressed by the immune modulating capabilities of malignant tumors, such as local immune evasion and disruption of T cell signaling. Unfortunately, pharmaceutical immunotherapy treatments have proven to not be sufficient in most cases due to an insufficient response from the immune system to the treatment. However, combining immunotherapy with other treatment modalities, such as conventional radiotherapy, has provided promising clinically validated results in recent years. Encouraged by the promising results reported with other destructive supplementary treatment methods, this study aims to the technical feasibility of employing an ultrasonically actuated medical needle as a method for inducing histotripsy for immunotherapeutic purposes. This study presents both quantitative results obtained with ultrasound imaging, as well as more qualitative results of histological microscopy data, regarding the capability of the ultrasonically actuated medical needle to induce histotripsy in tissue. All results were obtained employing an ex vivo bovine liver tissue model. The magnitude of the induced effect is observed to linearly increase as a function of the electrical input power of the device. Relevant tissue histotripsy is achieved already at moderate power levels, when operating for a reasonable time window (∼ 1.5 W for 10 s). The technical feasibility of the device is confirmed in the case of ex vivo bovine liver tissue.Vuonna 2022 syövän arvioitu esiintyvyys oli melkein 20 miljoonaa uutta tapausta. Näistä melkein 10 miljoonaa johti potilaan menehtymiseen. Tämän johdosta syöpää pidetään yhtenä 2000-luvun pahimmista yhteiskunnallisista terveysongelmista, jolla on suunnattomat taloudelliset sekä yhteiskunnaliset seuraukset. Useita hoitokeinoja on kehitetty syöpää vastaan. Yleisiin lähestymistapoihin kuuluu kemoterapia-, sädehoito- ja leikkaustoimenpiteet. Valitettavasti nämä hoitokeinot kärsivät merkittävistä sivuoireista liittyen niiden ulkoisilla menetelmillä saavutettuihin tuhoaviin kudosvaikutuksiin. Yksi hoitomenetelmä, joka on saanut huomattavaa kiinnostusta onkologian tutkimusalalla on immunoterapia. Toisin kuin aiemmin mainitut menetelmät, immunoterapia perustuu ihmisen vastustuskyvyn valjastamiseen syövän hoitoon. Tämä saavutetaan usein farmaseuttisesti herättämällä pahanlaatuisten syöpäkasvainten tukahduttama immuunijärjestelmä. Valitettavasti farmaseuttinen immunoterapia on osoittautunut usein riittämättömäksi hoitokeinoksi puutteellisen immuunijärjestelmän vasteen takia. Immunoterapian yhdistäminen erilaisten tuhoavien kudosvaikutteisten hoitokeinojen, kuten sädehoidon, kanssa on tuonut viime vuosina lupaavia kliinisesti todettuja tuloksia. Näiden tulosten kannustamina tavoitteenamme on tutkia ultraäänellä liikutettavan lääketieteellisen neulan teknistä soveltuvuutta kudoshistotripsian aiheuttamiseen immunoterapian tukemistarkoituksessa. Tämä tutkimus esittää ultraäänikuvantamisella hankittuja kvantitatiivisia tuloksia sekä kvalitatiivisempia histologisia mikroskopiatuloksia ultraäänellä liikutettavan lääketieteellisen neulan kyvystä aiheuttaa kudoshistotripsiaa. Kaikki tutkimuksen data on hankittu käyttäen ex vivo naudanmaksa kudosmallia. Huomataan, että aiheutetun kudosvaikutuksen voimakkuus kasvaa laitteeseen syötetyn sähkötehon kanssa. Merkittävää kudoshistotripsiaa saavutetaan jo kohtuullisella teholla, kun laitteen käyttöaika on lyhyehkö (∼ 1.5 W, 10 s ajan). Laitteen tekninen sovelutuvuus todetaan ex vivo naudanmaksa kudosmallin kanssa.Description
Supervisor
Nieminen, HeikkiThesis advisor
Le Bourlout, YohannDeckers, Roel