开发一种创新的基于 LED 的照明装置，用于 Rose Bengal 光动力疗法的 体外 应用
2025年9月12日
本手稿介绍了一种新颖、创新的 3D 打印照明设备，用于在 体外研究 Rose Bengal 介导的光动力疗法。
我们的研究范围是开发基础和转化项目，旨在表征光动力疗法在没有有效治疗选择的癌症治疗中的效果。目前的实验挑战是开发从体外到临床应用的光动力疗法实施所需的技术，包括新的光敏剂和新的照明设备。与其他技术相比，我们的方案涉及一种低成本的自制设备，能够对 96 孔板和细胞培养箱内的生理状况进行更充足的照明。
首先，从培养箱中取出培养的HepG2细胞，并将烧瓶放在预先清洁的微生物安全站下方。使用移液器，从培养瓶中取出培养基。要消除残留培养基，请在轻轻混合的同时用磷酸盐缓冲溶液冲洗，然后小心地除去缓冲液。
然后，将含有0.25%胰蛋白酶和0.53毫摩尔EDTA的3毫升胰蛋白酶溶液涂在细胞上，并将培养物放回37摄氏度的培养箱中5分钟以分离细胞。五分钟后，向烧瓶中加入七毫升培养基以中和胰蛋白酶并悬浮细胞。现在，将胰蛋白酶、培养基和分离的细胞转移到 15 毫升离心管中。
要计数细胞，请将 20 微升细胞溶液移液到干净的管中，然后加入 20 微升台盼蓝溶液。混合后，将染色的混合物加载到计数载玻片上并将其插入细胞计数器中。接下来，将培养基添加到管中，然后引入细胞以达到每毫升 150， 000 个细胞的最终浓度。
将每孔 1.5 乘以 10 个细胞的幂接种到底部透明、平坦的白色 96 孔板中。为每个活力读数时间准备两个板。在处理前将板孵育 24 小时，让细胞附着。
要制备孟加拉玫瑰的储备溶液，请将其溶解在 10% 的盐水溶液中。在细胞培养基中以0至100微摩尔的浓度稀释玫瑰孟加拉处理溶液。现在，从细胞板中取出培养基，并向每个孔中加入 100 微升制备的玫瑰孟加拉处理溶液。
将细胞与孟加拉玫瑰孵育两小时，以允许内化。两小时后，从每个孔中取出玫瑰孟加拉溶液，用PBS洗涤细胞两次，吸出PBS并每孔加入100微升玫瑰孟加拉无培养基。用铝箔覆盖微孔板以保护它们免受光照，并在光动力疗法测定期间留出一半的孔板用于照明。
将配光器上的公连接器连接到光源的母连接器。从培养箱中取出光动力疗法和暗条件微孔板。打开光动力治疗板的包装。
然后，将 LED 驱动器上的调光器设置为最大水平，以在 96 个孔中提供每平方厘米 0.62 毫瓦的平均辐照度。之后，将板放在光分配器上。照亮微孔板，直到细胞达到所需的光剂量。
达到所需的光剂量后，关闭设备。用铝箔重新包裹光动力疗法微孔板，并将其与对照板一起放回培养箱，直到进行活力测试。完成光动力疗法测定后，将发光板放入培养箱中24小时，以允许治疗后细胞反应。
孵育期后，取回一个发光板和一个非发光板。将细胞活力测定试剂盒中的 100 微升试剂添加到每个孔中，以测量线粒体代谢和 ATP 产生。在进行发光测量之前，将板在黑暗中孵育 10 分钟。
10分钟后，使用多模态阅读器读取每个孔中的发光。将未经处理的对照孔的发光视为代表 100% 的活力。将处理孔的发光值归一化到该对照，以计算每种处理条件的活力百分比。
在额外的治疗后时间点（例如 24 小时、48 小时和 72 小时）重复相同的方案以测量细胞活力。在任何测试的光剂量下，单独使用不含孟加拉玫瑰的照明都不会改变 HepG2 细胞的活力，并且单独使用不含光的孟加拉玫瑰在所有浓度下也没有引起显着变化。使用 CELL-LED-550/3 的玫瑰孟加拉介导的光动力疗法在所有光剂量下显着降低了 HepG2 细胞活力，显示出很强的细胞毒性作用。
LED发射曲线与孟加拉玫瑰吸收光谱之间的重叠证实了CELL-LED-550/3器件与光敏剂的光谱兼容性。未来，我们的主要目标之一是开发新的 PDT 包，每个包都包括能够靶向特定癌细胞的光敏化合物和相关的照明设备。
概述
本研究介绍了一种为罗斯班纳尔介导的体外光动力疗法设计的新型3D打印照明装置。该装置旨在提高光动力疗法在癌症治疗中的有效性。
关键研究组成部分
科学领域
- 光动力疗法
- 癌症治疗
- 细胞培养技术
背景
- 光动力疗法是一种治疗治疗选择有限的癌症的有前景的方法。
- 当前的挑战包括需要有效的照明装置和光敏剂。
- 低成本的自制装置可以改善研究的可及性。
- 罗斯班纳尔是本研究中使用的光敏剂。
研究目的
- 开发用于光动力疗法的成本效益高的照明装置。
- 评估罗斯班纳尔在降低癌细胞活力方面的功效。
- 促进从体外研究向临床应用的过渡。
使用的方法
- HepG2细胞的培养和制备。
- 罗斯班纳尔处理溶液的制备。
- 使用3D打印装置照明细胞。
- 通过荧光测量评估细胞活力。
主要结果
- 罗斯班纳尔介导的光动力疗法显著降低了HepG2细胞的活力。
- 照明装置能够在96孔板上有效地传递光。
- 单独照明不会影响细胞活力。
- 研究确认了该装置与罗斯班纳尔的兼容性。
结论
- 3D打印照明装置是光动力疗法研究的可行工具。
- 未来的工作将集中在开发针对性PDT包。
- 这种方法可能会增强特定类型癌症的治疗。
常见问题
Executive Industry Relevance
Standardized in vitro photodynamic therapy (PDT) platforms are critical for evaluating photosensitizer efficacy and optimizing illumination parameters in oncology discovery. The CELL-LED-550/3 device enables reproducible, quantitative assessment of Rose Bengal-mediated cytotoxicity, supporting mechanistic de-risking and target validation in early-stage cancer research. This capability advances portfolio decisions by providing robust, scalable data on PDT response in disease-relevant cell models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables systematic interrogation of photodynamic mechanisms in cancer cell models.
- Supports functional validation of photosensitizer-light combinations for cytotoxic efficacy.
- Facilitates predictive confidence in selecting PDT candidates for further development.
Screening & Assay Development
- Delivers uniform, controlled illumination across 96-well plates for high-throughput screening.
- Standardizes assay conditions for reproducible viability measurements post-PDT.
- Enables quantitative comparison of dose-response relationships for photosensitizer and light parameters.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro cytotoxicity data with disease-relevant hepatocellular carcinoma models.
- Provides continuity from discovery to preclinical validation of PDT regimens.
- Supports risk-adjusted advancement of PDT strategies targeting resistant cancers.
Pipeline & Workflow Integration
The CELL-LED-550/3 device integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis-driven PDT testing, quantitative viability readouts, and standardized assay workflows.
- Discovery Biology: Supports null hypothesis testing of PDT efficacy in defined cell systems.
- Screening: Provides assay-ready, reproducible illumination for compound and parameter evaluation.
- Analytics: Generates quantitative luminescence data for statistical comparison of treatment conditions.
- Translational Research: Bridges in vitro findings to preclinical model selection and biomarker alignment.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, scalable platform for ongoing PDT research across multiple programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in PDT target validation.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and scalability of in vitro PDT assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by enabling robust early-stage data generation.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of PDT candidates for further development.
Implementation Considerations
- Requires expertise in cell culture, photodynamic assay setup, and luminescence analytics.
- Needs access to compatible multimodal plate readers and controlled illumination infrastructure.
- Demands cross-team standardization of assay protocols and data normalization.
- Adaptable to various cell lines and photosensitizers with appropriate spectral compatibility.
- Limited to in vitro applications; translational relevance depends on model selection and assay design.
