定制设计的基于激光的加热装置顺铂触发释放的热敏脂质体与磁共振成像制导
2015年12月13日
的MRI兼容的定制设计的基于激光的加热装置已经开发出来，提供以激活从热敏脂质体释放剂特别在肿瘤区域皮下肿瘤的局部加热。
该程序的总体目标是演示定制的、基于激光的加热装置的作，该装置可用于局部加热皮下肿瘤以输送热激活脂质体制剂。这是通过首先通过脂质膜形成、水合挤出和透析制备 HTLC 制剂来实现的。在第二步中，用宫颈癌细胞接种供体小鼠。
4 到 5 周后，将肿瘤切除，切成碎片并单独植入受体小鼠中。在最后一步中，使用基于激光的加热系统将受体小鼠肿瘤局部加热至 42 摄氏度。基于激光的加热装置与 MR 兼容，可以监测光传输过程中组织温度的变化，并且体积小且便于携带，可以简单有效地加热小动物 mr 的孔中的肿瘤。
与现有方法（如使用水浴和加热导管）相比，该技术的主要优点是，我们的技术提供了一种保形方法，可在开始热处理后的一到两分钟内将热量传递到肿瘤，并允许实时调整激光功率，从而最大限度地减少手术过程中的温度波动。当我们开始使用 HTLC 热敏脂质体制剂进行体内研究时，我们首先想到了这种方法。
我们发现现有方法无法有效地提供皮下肿瘤的局部加热。脂质体制备程序将由我实验室的博士生 myung 演示 制备脂质体首先将新鲜制备的脂质混合物与新鲜制备的脂质药物混合物混合，然后在脂质混合物水合时每 15 至 20 分钟进行一小时水合和涡旋。将 10 毫升挤出机与两叠 200 纳米聚碳酸酯过滤器组装到设置为 70 摄氏度的循环水浴中，并将设备连接到压缩氮气罐。
水合后，立即将脂质转移到挤出机室并打开氮气流。然后在 200 PSI 的压力下，将脂质体挤出穿过膜，将脂质体收集在 70 摄氏度水浴中的 50 毫升锥形管中。将脂质体挤出五次后，拆卸设备并用两堆 100 纳米聚碳酸酯过滤器重新组装。
将压力设置为 400 PSI 并挤出脂质体 10 次，如刚才所示。在 15 毫升锥形管中收集来自最终挤出的脂质体，让脂质体冷却至室温，然后通过离心沉淀不溶性顺铂，然后在无菌条件下用 0.9% 盐水在透析管中用 15， 000 分子量截留值透析脂质体过夜。为了植入宫颈肿瘤异种移植物，从 90% 汇合培养物中收获 me 180 个细胞，并通过血液计数活宫颈癌细胞的数量。
然后用细胞仪将细胞稀释至每 100 微升 10 至 6 个 me 180 个细胞的 1 倍。所有动物工作均在 Star 创新中心进行，使用卡尺肌肉注射到后肢的腓肌中接种雌性短剧小鼠，测量所得肿瘤的大小，直到肿瘤在其最长维度上达到 9 至 12 毫米。然后从供体小鼠身上切除肿瘤，将其切成 2 到 3 立方毫米的片段。
现在剃掉受体动物的左后肢，并在裸露的皮肤上做一个切口。通过切口皮下插入一块供体肿瘤，并在植入后 3 至 5 天使用 1 至 2 个伤口夹闭合皮肤。取下夹子，让肿瘤生长两到三周以进行热处理。
首先，将激光光纤的一端连接到激光设备，另一端连接到照明器。接下来，将 27 号注射导管插入麻醉受体小鼠的外侧尾静脉，然后将 22 号导管插入肿瘤中心。然后将光纤温度探头放入空心导管中，以监测任何温度变化并用照明器覆盖整个肿瘤。最后。
将功率设置为 0.8 到 1 瓦，然后打开激光并等待温度升高，在整个治疗过程中手动调整激光功率，在 0.1 到 0.8 瓦之间，以将肿瘤的温度保持在 42 摄氏度，如图所示通过热处理肿瘤的横截面， 假设总功率为 1 瓦，肿瘤中任何点的最大注量为 70 毫瓦/平方厘米，肿瘤中的注量率在皮肤深度，测量最大注量率的 50%，由质子共振频移到磁共振测温加热证实。使用基于激光的加热装置会产生一个相对均匀的温度分布图，如图所示，该图跟踪点源加热前获得的绝对基线测量值的相对温度变化。通过磁共振信号分析确定，在施用 gad HTLC 后，与未加热的 turt 肌肉相比，加热的肿瘤显示出最高的相对信号增加，保持信号直到加热期结束一旦掌握，如果执行得当，该技术可以在不到 15 分钟的时间内设置，为热敏脂质体制剂的临床前评估提供有价值的工具。
不要忘记，使用四类激光可能非常危险，并且在执行此程序时应始终采取预防措施，例如佩戴护目镜。
查看完整文字稿并访问数千部科学视频
概述
本研究展示了一种定制的、MRI兼容的激光加热装置，该装置专门用于皮下肿瘤的局部加热。该装置在肿瘤部位激活热敏脂质体释放药物的释放。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 肿瘤学
- 生物医学工程
背景
- 局部加热可以增强药物输送系统的有效性。
- 热敏脂质体在升高温度时释放其内容物。
- 磁共振成像（MRI）兼容性允许实时监测。
- 皮下肿瘤对于靶向治疗提出了挑战。
研究目的
- 开发一种激光系统用于局部肿瘤加热。
- 促进肿瘤部位脂质体释放治疗剂。
- 展示使用MRI监测治疗过程中温度变化的可行性。
使用的方法
- 制备热激活的脂质体配方。
- 用宫颈癌细胞接种供体小鼠。
- 将肿瘤碎片植入受体小鼠。
- 应用激光加热以达到目标温度。
主要结果
- 激光加热装置有效地将肿瘤温度提高到42摄氏度。
- 使用MRI实现了对组织温度的实时监测。
- 局部加热成功激活了脂质体药物释放。
- 该系统证明对小动物研究来说便携且易用。
结论
- 定制的激光加热装置是增强局部癌症治疗的有前途工具。
- 通过MRI的实时监测在治疗过程中提供了宝贵的反馈。
- 这种方法可能会提高热敏脂质体配方在临床应用中的有效性。
常见问题
Executive Industry Relevance
This work addresses a key limitation in liposomal drug delivery: insufficient triggered release at the tumor site, which limits bioavailability and therapeutic efficacy. By integrating a custom laser-based heating system with MR thermometry and thermosensitive liposomes, the study enables precise, localized activation of drug release in preclinical models. This approach supports mechanistic de-risking of thermosensitive liposome platforms by validating spatiotemporal control over payload delivery, a critical factor for translational confidence in oncology pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by providing spatially controlled drug release to validate target engagement in solid tumors.
- Operational Value: Supports functional validation of thermosensitive liposome formulations through real-time temperature monitoring and MR-guided heat delivery.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative MR signal readouts to assess drug release kinetics and tumor accumulation under controlled thermal conditions.
- Operational Value: Standardizes heating protocols via laser power adjustment and fiber optic feedback, improving reproducibility across experimental runs.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Demonstrates continuity from formulation to in vivo validation by linking MR contrast agent co-encapsulation to heating protocol verification and tumor targeting.
- Operational Value: Provides a portable, MRI-compatible platform suitable for iterative preclinical testing of thermosensitive liposome candidates.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the early discovery to preclinical continuum, enabling hypothesis-driven evaluation of thermosensitive liposome systems prior to lead optimization.
- Discovery Biology: Facilitates mechanistic de-risking by allowing precise thermal triggering to assess drug release dynamics and tumor-specific bioavailability.
- Screening: Enhances assay readiness through standardized, conformal heating and real-time MR thermometry for consistent thermal dosing.
- Analytics: Enables quantitative comparison of MR signal changes between heated and control tissues to measure release efficiency and biodistribution.
- Translational Research: Supports preclinical validation by using co-encapsulated contrast agents to confirm both heating accuracy and tumor accumulation.
- Enterprise Reuse: Positions the laser-MR heating system as a reusable platform for evaluating multiple thermosensitive liposome formulations across cancer models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in liposome performance by enabling site-specific, thermally activated release validated through imaging.
- Operational Value: Improves reproducibility and scalability of thermal dosing in small animal studies via laser power modulation and real-time feedback.
- Strategic Value: Reduces biological risk in preclinical development by confirming that drug release correlates with localized heating and tumor targeting.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted go/no-go decisions by providing mechanistic evidence of triggered release under image-guided conditions.
Implementation Considerations
- Requires expertise in liposome formulation, small animal surgery, and laser safety protocols.
- Depends on MRI-compatible laser systems, fiber optic temperature probes, and MR thermometry capabilities.
- Necessitates cross-team standardization between pharmacology, imaging, and engineering teams for protocol alignment.
- Involves adaptation considerations for different tumor models and liposome phase transition temperatures.
- Limited by the need for specialized equipment and thermal monitoring infrastructure not universally available in all preclinical settings.
