Magnetische, akustische und optische dreifach ansprechende Mikroblasen für magnetische Hyperthermie und pothotothermische Kombinationskrebstherapie

Hier wird ein Protokoll zur Herstellung von Eisenoxid-Nanopartikel-Mikroblasen (NSMs) durch Selbstorganisation, synergisierende magnetische, akustische und optische Reaktionsfähigkeit in einer nanotherapeutischen Plattform für magnetische Hyperthermie und photothermische Kombinationskrebstherapie vorgestellt.

Dieses Protokoll ist vielversprechend für die Verbesserung der post-nanomedizinischen Verabreichung und der krebshemmenden Wirksamkeit von Nanopartikeln bei der Krebsbehandlung. Diese Technik kombiniert magnetische, akustische und optische Reaktionsfähigkeit in einer nanotherapeutischen Plattform für die Steuerung und gezielte Verabreichung von Nanomedizin und ermöglicht die Kombination von photothermischer und magnetischer Hyperthermietherapie. Siyu Wang, ein magnetischer, akustischer und optisch dreifach ansprechender Mikrobläschen für magnetische Hyperthermie und photothermische Kombinationskrebstherapie aus meinem Labor, wird das Verfahren vorführen.

Für die Bildung von Mikroblasen mit Nanopartikeln wird magnetisches Eisenoxid-Nanopartikel gleichmäßig in deionisiertem Wasser dispergiert, um eine Stammlösung von 10 Milligramm pro Milliliter zu erzeugen, und die Nanopartikellösung 20 Minuten lang in eine Ultraschallreinigungsmaschine geladen. Am Ende der Beschallung werden 150 Mikroliter deionisiertes Wasser, 150 Mikroliter 10 Millimolar Natriumdodecylsulfat und 400 Mikroliter der beschallten Eisenoxid-Nanopartikellösung in ein 1,5-Milliliter-Zentrifugenröhrchen gegeben. Befestigen Sie anschließend einen Homogenisator mit einem Gerüst in einem Eisbad und geben Sie die Nanopartikellösung in das Eisbad.

Tauchen Sie die Homogenisatorsonde in die Nanopartikellösung und homogenisieren Sie die Suspension drei Minuten lang bei 20.000 Umdrehungen pro Minute. Lassen Sie die Lösung am Ende der Homogenisierung 12 Stunden lang bei Raumtemperatur stabilisieren, bevor Sie das Röhrchen in einen Magnethalter legen, um die mit Nanopartikeln geschälten Mikrobläschen an der Röhrchenwand zu adsorbieren. Ersetzen Sie den Überstand dreimal durch einen Milliliter frisches deionisiertes Wasser, um die mit Nanopartikeln geschälten Mikrobläschen zu waschen.

Schütteln Sie das Röhrchen nach dem letzten Waschen leicht und geben Sie 10 Mikroliter der mit Nanopartikeln geschälten Mikrobläschen auf einen sauberen Objektträger. Verwenden Sie ein Fluoreszenzmikroskop und eine 20-fache Vergrößerung, um die mit Nanopartikeln geschälten Mikrobläschen abzubilden. Öffnen Sie nach der Bildgebung das Bild in der Mikroskopsoftware und setzen Sie mit dem Lineal eine rote Linie mit der gleichen Länge wie das Lineal.

Klicken Sie auf Festlegen und skalieren, um die Länge des Lineals einzugeben und Linien gleicher Länge bei den Durchmessern von mindestens 200 einzelnen Mikroblasen zu zeichnen. Klicken Sie dann auf Bericht und Bericht anzeigen. Um die akustische Reaktion der Mikrobläschen zu messen, verdünnen Sie 200 Mikroliter der mit Nanopartikeln geschälten Mikrobläschen in 800 Mikrolitern deionisiertem Wasser in einem 1,5-Milliliter-Röhrchen und schließen Sie den Funktionsgenerator, den Verstärker, die Impedanzanpassung und den hausgemachten Fokuswandler an.

Platzieren Sie den Schallkopf in der Mitte des Bodens der künstlichen Quadersenke und verbinden Sie das Hydrophon mit einem Oszilloskop, um die Ausgangsultraschallintensität zu überwachen. Fügen Sie genügend entionisiertes Wasser hinzu, um den Wandler einzutauchen, und stellen Sie den Funktionsgenerator auf den Sweep-Modus ein. Stellen Sie den Frequenzbereich von 10 bis 900 Kilohertz ein und stellen Sie die Amplitude auf 20 Spannung von Spitze zu Spitze ein.

Stellen Sie mit dem Verstärker die Leistung des Ultraschalls auf 0,1 % und die Zyklusdauer auf vier Sekunden mit einem Zeitintervall von einer Sekunde ein. Legen Sie die Röhre mit den Nanopartikeln in das Gerüst auf der Oberseite des selbstgemachten Fokuswandlers und befestigen Sie den Magneten an der Unterseite der Röhre. Schalten Sie den Funktionsgenerator und die Stromversorgung des Verstärkers ein.

Schalten Sie nach fünf 25-Sekunden-Ultraschallzyklen den Funktionsgenerator aus und entfernen Sie den Magneten. Ersetzen Sie dann die Nanopartikellösung durch einen Milliliter entionisiertes Wasser und wiederholen Sie den Ultraschall und die Behandlung. Um den Laser für die optische Behandlung der Mikrobläschen einzurichten, schalten Sie zunächst die Laserstromversorgung ein.

Befestigen Sie nach einigen Minuten eine fasergekoppelte 808-Nanometer-Laserdiode auf einem Retortenständer und richten Sie den Laserstrahl mit einer optischen Faser auf den Probentisch. Verwenden Sie eine konvexe Linse, um auf den Probentisch zu fokussieren, um einen Lichtfleck mit einem Durchmesser von sechs Millimetern zu erhalten, und messen Sie die Ausgangsleistung mit dem Laserleistungsmesser. Stellen Sie dann die Leistung auf ein Watt pro Quadratzentimeter ein.

Um eine photothermische Messung durchzuführen, bereiten Sie ein Milliliter Volumen unterschiedlicher Konzentrationen der Eisenoxid-Nanopartikel in einzelnen 1,5-Milliliter-Zentrifugenröhrchen vor und platzieren Sie das erste Röhrchen im fokussierten Bereich des Laserstrahls. Zeichnen Sie die Ausgangstemperatur der Probe auf und schalten Sie den Laser und die Infrarot-Wärmebildkamera ein. Bestrahlen Sie die Probe kontinuierlich für 10 Minuten, während Sie die Temperatur in Echtzeit aufzeichnen.

Schalten Sie dann den Laser und die Kamera aus und warten Sie, bis die Temperatur des Bereichs wieder auf die Ausgangslinie zurückgekehrt ist, bevor Sie die anderen Probenkonzentrationen auf die gleiche Weise messen. Für eine magnetische Hyperthermiemessung in wässriger Lösung bereiten Sie wie gezeigt verschiedene Eisenoxid-Nanopartikelverdünnungen vor und platzieren Sie eine Verdünnung in der Mitte einer wasserkalten magnetischen Induktionskupferspule. Schalten Sie das magnetische Wechselfeld und die Infrarot-Wärmebildkamera ein und induzieren Sie die Probe 10 Minuten lang kontinuierlich, während Sie die Temperatur in Echtzeit aufzeichnen.

Schalten Sie am Ende der Behandlung das magnetische Wechselfeld und die Kamera aus. Wenn die Temperatur der Kupferspule wieder auf den Ausgangswert zurückgekehrt ist, messen Sie die nächste Probe. Mikrobläschen mit Nanopartikeln weisen typischerweise eine kugelförmige Form mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 5,41 Mikrometern auf.

Obwohl die Mikrobläschen bis zu einem Jahr intakt bleiben, kann eine schrittweise Freisetzung von Eisen durch eine Erhöhung der Anzahl der Ultraschallzyklen erreicht werden. Die durch Eisenoxid-Nanopartikel vermittelte photothermische Messung in wässriger Lösung zeigt einen raschen Anstieg der Temperatur der Eisenoxid-Nanopartikel im Laufe der Zeit mit einem Temperaturanstieg von 30 Grad Celsius, der nach 10-minütiger Exposition gegenüber Nahinfrarot-Laserlicht bei einer Eisenkonzentration von fünf Milligramm pro Milliliter erreicht wird. Im Vergleich zur Kontrollgruppe werden keine Unterschiede in der Morphologie oder der Anzahl lebender Zellen beobachtet, wenn Brustkrebszelllinien mit einer hohen Eisenkonzentration inkubiert werden, was auf eine gute Bioverfügbarkeit der Eisenoxid-Nanopartikel hindeutet.

Nach der Bestrahlung wurden die mit Nanopartikeln behandelten Krebszellen abgerundet und zeigten eine verminderte Lebensfähigkeit, was auf Apoptose hinweist. Fünf Minuten nach der Bestrahlung steigt die Temperatur der Gelatine-Injektionsbereiche rapide um etwa 20 Grad Celsius an. Bei Exposition gegenüber einer Magnetfeld-Wechselfeldtherapie zeigt die Wärmebildgebung verschiedener Konzentrationen von Eisenoxid-Nanopartikeln eine magnetische Wechselfeldreaktion, die für Mikrobläschen mit Nanopartikeln charakteristisch ist.

Darüber hinaus zeigt die umfassende Bildgebung von Mäusen, die einer magnetischen Wechselfeldtherapie ausgesetzt waren, signifikante schnelle Temperaturänderungen innerhalb des interessierenden Bereichs. Stellen Sie während des Rührens der Nanopartikellösung sicher, dass die Homogenisatorsonde vollständig in die Lösung eingetaucht bleibt. Dieses Protokoll kann auch die Penetration in Tumorgewebe erreichen und verbessern, um die Herausforderungen der Nanomedizin in der Krebsbehandlung zu bewältigen.