Nucleación controlable de la cavitación de la plasmónica nanopartículas de oro para aumentar la intensidad alta enfocada ultrasonido aplicaciones

Resumen

Este protocolo muestra la nucleación controlable de la cavitación en gel fantasmas, a través de la exposición simultánea a infrarroja pulsada de luz de láser y ultrasonido enfocado de alta intensidad (HIFU). La actividad de la cavitación puede utilizarse entonces para aumentar la imagen o terapéutico uso de HIFU.

Resumen

En este estudio, nanopartículas de oro plasmónica fueron expuestas simultáneamente a pulsado laser del infrarrojo cercano ligero y de intensidad alta enfocada ultrasonido (HIFU) para la nucleación controlable de la cavitación en el tejido imitando gel fantasmas. Este protocolo en vitro fue desarrollado para demostrar la viabilidad de este enfoque, por tanto mejora de aplicaciones imagen y terapéuticas para el cáncer. El mismo aparato puede utilizarse para aplicaciones de imagen y terapéuticas mediante la variación de la duración de la exposición del sistema HIFU. Para exposiciones de corta duración (10 μs), se obtuvieron las emisiones acústicas de banda ancha a través de la nucleación controlada de la cavitación inercial alrededor de las nanopartículas de oro. Estas emisiones proporcionan la localización directa de nanopartículas. Para futuras aplicaciones, estas partículas pueden ser funcionalizadas con anticuerpos dirigidos a molecular (e.g. anti-HER2 para el cáncer de mama) y pueden proporcionar la localización precisa de regiones cancerosas, complementando la proyección de imagen de ultrasonido para diagnóstico rutinario. Para exposiciones de onda continua (CW), la actividad de cavitación se utilizó para aumentar el calentamiento localizado de las exposiciones HIFU que resulta en mayor daño térmico en los fantasmas de gel. Las emisiones acústicas generadas de la actividad de la cavitación inercial durante estas exposiciones CW fue monitoreado mediante un sistema de detección (PCD) cavitación pasiva para proporcionar una retroalimentación de la actividad de la cavitación. Mayor calefacción localizada fue alcanzada sólo a través de una combinación única de nanopartículas, luz láser y HIFU. Validación adicional de esta técnica en modelos preclínicos de cáncer es necesario.

Introducción

Intensidad alta enfocada ultrasonidos (HIFU), o cirugía de ultrasonido (FUS), es una técnica no ionizante y no invasivo que se utiliza para la ablación térmica de tejido subcutáneo¹. Es el principal uso de HIFU en el tratamiento de tumores de tejidos blandos², pero está empezando a ser utilizado para otras aplicaciones, como tratamiento de tumores de hueso³ o condiciones neurológicas⁴. Hay dos factores principales que limitan el uso generalizado de HIFU en la clínica: en primer lugar, las dificultades en la dirección de tratamiento y en segundo lugar, el tratamiento largo tiempo⁵. La combinación de HIFU, iluminación láser pulsado y plasmónica nanobarras de oro descritas por este método podría proporcionar una manera de superar las limitaciones actuales de HIFU⁶.

Durante exposiciones HIFU, el mecanismo dominante de la ablación de tejido es daño térmico. Sin embargo, la actividad de cavitación también puede jugar un papel⁸. Actividad de cavitación que se produce durante exposiciones HIFU puede consistir en ambos cavitación mecánica o térmicamente mediada. Cavitación mecánica mediada generalmente se conoce como cavitación acústica⁷, que se subclasifican más burbujas que experimenta cualquier comportamiento inercial o no inercial⁹ . Mediada térmicamente cavitación es la formación de bolsas de gas, a través de ex-solución o vaporización y se conoce comúnmente como 'hirviendo'¹⁰. Actividad de cavitación, más comúnmente cavitación inercial, se ha demostrado para realzar la termal puede lograr a través de exposiciones HIFU¹¹ tasas de calentamiento y así solucionar uno de sus principales limitaciones. Sin embargo, la formación y la actividad de la cavitación durante exposiciones HIFU pueden ser impredecibles y conducir a efectos negativos como exceso tratados regiones o ablación térmica asimétrica¹². Para controlar la actividad de cavitación durante exposiciones HIFU, la introducción de núcleos externos ha sido investigada. Éstos pueden tomar la forma de microburbujas¹³, desplazamiento de fase nanoemulsiones¹⁴ o nanopartículas plasmónica¹⁵. Microburbujas y nanoemulsiones han demostrado para mejorar la señal a ruido para la proyección de imagen y mayor ablación térmica. Sin embargo, su naturaleza transitoria significa que tienen una limitada funcionalidad sobre repetidas exposiciones HIFU. Monitoreo de la actividad de cavitación durante exposiciones HIFU se realiza utilizando cualquier detección de cavitación activa o pasiva (ACD o PCD, respectivamente). PCD es una técnica favorita para la detección de la cavitación, ya que puede realizarse simultáneamente con la exposición HIFU y proporciona información de contenido espectral. Entonces este contenido espectral puede analizarse aún más para ayudar a identificar el tipo de actividad de cavitación que se producen¹⁶. Se utilizan las emisiones acústicas de banda ancha, ya que estas emisiones son únicas a la presencia de cavitación inercial¹⁰ y están relacionadas con HIFU mayor calefacción¹¹.

Fotoacústica (PAI) de la proyección de imagen es un emergente técnica¹⁷, que combina la selectividad espectral de la excitación láser pulsado con la alta resolución del ultrasonido proyección de imagen¹⁸la proyección de imagen clínica. Previamente se ha utilizado para guiar HIFU exposiciones¹⁹, pero esta técnica está limitada por la profundidad de penetración de la luz laser. Nanopartículas de oro plasmónica pueden utilizarse para actuar como 'agentes de contraste', aumentando la absorción local de la luz láser y posteriormente la amplitud de fotoacústica emisiones²⁰. Para fluencias láser lo suficientemente alta, es posible provocar la generación de burbujas de vapor microscópico que puede ser utilizado para la proyección de imagen altamente localizado²¹. Sin embargo, estos niveles de exposición típicamente exceden el límite máximo de exposición permitido para el uso de luz en los seres humanos²²laser y así han limitado uso. El método empleado en este estudio ha demostrado previamente que exponiendo simultáneamente las nanopartículas plasmónica a ambos láser iluminación y HIFU, la fluencia del láser y las presiones acústicas necesarias para nuclear las burbujas de vapor pequeño está drásticamente reducida, y la relación de señal a ruido para la proyección de imagen es mayor²³. Aquí se describe un método para combinar nanopartículas plasmónica con láser y exposiciones HIFU para una técnica altamente controlable para la nucleación y la actividad de burbujas de vapor.

Protocolo

1. tejido imitando fabricación fantasma

Nota: Un análisis profundo de las propiedades acústicas del fantasma ópticamente transparente imitando tejido utilizado para todas las exposiciones en este estudio se puede encontrar en Choi, et al. ²⁴

Nota: Cada molde fantasma contiene aproximadamente 50 mL de solución, y para cada lote de un total de cinco moldes están llenos. Así, un total de 250 mL de solución de fantasma está preparado.

1. Añadir 148,2 mL (60% v/v) de agua desionizado, filtrada y desgasificado a un vaso de vidrio de 500 mL y dejar equilibrar a temperatura ambiente. Añadir 75 mL de 40% (peso/volumen) de solución de acrilamida/Bis-acrilamida (30% v/v) en el vaso de vidrio, seguido de 25 mL de tampón TRIS de 1 M, pH 8 (10% v/v) y 2,15 mL de 10% persulfato de amonio (APS; 0,86% v/v).
2. El vaso de cristal dentro de una cámara de vacío que se encuentra en la placa de un agitador magnético y una barra de agitación magnética 40 mm largo politetrafluoroetileno (PTFE) dentro del vaso. Con un medio de revolvimiento de velocidad (es decir, asegurar buena mezcla sin formación de vórtice en el agua), añadir lentamente 22,5 g (9% p/v) de albúmina de suero bovino (BSA) en polvo.
3. Una vez todos de BSA ha sido añadido a la solución, cerrar la cámara de vacío y encienda la bomba de vacío. Mantener un vacío de 80 mBar/H y continuar revolviendo durante un 60 minutos más, después de que lanzamiento del vacío. En este punto la solución debe ser transparente con un ligero tinte amarillo.
4. La anterior metodología es la misma de fantasmas hechos con y sin nanopartículas. Si las nanopartículas están necesarias, añadir 10 μl (concentración de 1 x 10⁸ np/mL) de nanobarras que tienen una resonancia de plasmón superficial (SPR) a 850 nm y un diámetro de 40 nm.
5. Por último, añadir 125 μl de tetramethylethylenediamine (TEMED) para catalizar la polimerización de la fantasma. Esperar un más 5 minutos para permitir la mezcla, luego verter la solución fantasma en 5 moldes individuales y esperar 20 min para ajustar. Una vez, eliminarlos de los titulares y almacenar en un envase hermético hasta su uso. Utilice fantasmas dentro de 24 h de fabricación.

2. calibración de transductores HIFU campo libre presión acústica

Nota: Esta sección del Protocolo no es necesaria antes de cada experimento de lesiones e imágenes. Es un procedimiento de calibración que se realizará a intervalos regulares para asegurar la salida acústica del sistema es correcta.

1. Llenar un tanque de agua de acrílico (280 x 141 x 132 mm) con 4,5 L de agua desionizado y desgasificado. Monte el transductor HIFU en un post de posición fija en un extremo del tanque, en. Paralelo a este, Monte un calibrado (realizado por el laboratorio físico nacional) hidrófono de la membrana a un escenario de micrómetro manual de tres ejes en el centro aproximado del transductor HIFU (63 mm).
2. Conectar el transductor HIFU (geométrica foco 63 mm) al circuito de impedancias, entonces amplificador de potencia (como se muestra en la figura 1). Luego conecte el hidrófono de membrana directamente al sistema de adquisición de datos, asegurando que se proporciona una señal de disparo desde el generador de funciones conectado al amplificador de potencia (figura 1).
3. Ajustar la tensión de salida del generador de funciones a 30 mV, con un ciclo de 10 3,3 MHz sinusoidal a una frecuencia de repetición de pulso de 100 Hz.
4. Utilizando el software de medición (véase Tabla de materiales) para visualizar la señal acústica detectada y la etapa de micrómetro, colocar el pulso acústico detectado a la hora de vuelo (42.5 μm). Utilizando únicamente una sola dirección radial en un momento en la etapa de micrómetro, maximizar la señal acústica detectada. Una vez seguros de que esto se ha logrado, cerrar el software y dejar el hidrófono de la membrana en su posición actual.
5. Variar la tensión de salida del generador de funciones de 20-400 mV en 20 incrementos de mV. A cada tensión de nivel y utilizando el software de adquisición de MatLab, record el hidrófono señales. Adquirir 100 pulsos en cada nivel y convertir de datos voltaje presión utilizando los datos de calibración suministrada. Promedio de los datos y medir tanto el pico valores positivos y negativos para todos los niveles de voltaje de salida. Esto da los datos de calibración de la presión negativa de pico de campo libre para tanto el pulso y continúa estudios de onda.

3. configuración del aparato Experimental para ambos estudios de onda pulsada y continua

1. Llenar un tanque de agua de acrílico (280 x 141 x 132 mm) con 4,5 L de agua desionizado y desgasificado. Montar el transductor HIFU y el hidrófono banda ancha Co alineado a un escenario de micrómetro manual de tres ejes. Luego, sumerja completamente el transductor y el hidrófono en el tanque de agua. Un esquema de esto se muestra en la figura 1.
2. Conectar el transductor HIFU a un circuito de adaptación de impedancias, para que pueda ser conducido en su tercer armónico (3,3 MHz). Este circuito se conecta directamente a la salida de un amplificador de RF. Un generador de funciones digital está conectado a la entrada del amplificador y programar remotamente.
3. Antes de las exposiciones en fantasma material, utilizar un hidrófono calibrado membrana diferencial para medir la presión negativa de pico generada en este sistema para un determinado voltaje de entrada en el generador de funciones como se describe en 2. Utilice estos valores de voltaje de referencia para establecer el nivel de presión requerida en el generador de funciones digital.
4. Conecte la banda ancha hidrófonos (geométrica foco 63 mm) que se encuentra en la abertura central del transductor HIFU directamente a un filtro de paso alto de 5 MHz. Luego conectarlo a una tarjeta de adquisición de 14 bits de datos (DAQ) a través de un preamplificador de 40 dB. Asegúrese que el filtro está conectado con el diagonal correcta.
   Nota: Esta tarjeta se instala en una PC de escritorio y se utiliza para controlar todo el hardware (ejemplos de este software se puede encontrar como archivos complementarios) y guardar los datos para su procesamiento fuera de línea durante este estudio.
5. Conectar un generador de pulsos digital delay de transistor-transistor lógica (TTL) con cables de bayoneta Neill-Concelman (BNC) para ambos el láser pulsado sistema y función generador para la sincronización entre estos sistemas, que se asegurará de que el 7 ns láser pulso es coincidente en la región de destino durante el cuarto pico de rarefacción del transductor HIFU.
6. Usando el método descrito en 1, omite la BSA y nanopartículas para hacer una alineación fantasma, que es material fantasma estándar que contiene un objetivo metálico esférico de 1 mm (un rodamiento de bolas). Para lograr esto, verter 25 mL de material de fantasma en un molde agregar 62,5 catalizador TEMED de μl y esperar unos 20 min para ajustar. Luego colocar el blanco metálico centralmente en el fantasma y añadir una más 25 mL de solución fantasma seguido por el catalizador de 62.5 μl TEMED y un más 20 minutos esperar.
7. Coloque la alineación fantasma en el soporte impreso 3-⁶, montar en un escenario 3D automatizado y coloque aproximadamente de manera que el blanco metálico está en el punto focal del transductor HIFU.
8. Utilizando el transductor HIFU para enviar una corta duración ciclo 10 explosión (3 μs) y el hidrófono para recibir (conectado directamente a la tarjeta DAQ), la posición en relación con el objetivo de la alineación está optimizada a través de la ubicación de pulso-eco. El tiempo real detecta señal aparecerá en el equipo. Ajustar el tiempo de vuelo y señal de amplitud con la etapa de micrómetro manual que el HIFU transductor e hidrófono está montado sobre. Una vez que el tiempo de vuelo se encuentra a 85 μs (solo ida y vuelta) y la amplitud de la señal ha sido maximizada en ambas direcciones radial, este sistema se alinean.
9. Par la energía óptica desde el oscilador paramétrico óptico (OPO) bombea por el láser de 532 nm nanosegundo pulsado en el fantasma con un paquete de fibra de 2 mm. Montar esta fibra en una segunda etapa de micrómetro y posición en un ángulo de 45 ° desde el eje acústico delante del fantasma (figura 1). La longitud de onda de la luz laser se encuentra a 680 nm sea visible para la alineación. Una vez visible, la posición la iluminación del laser con la etapa de micrómetro que el objetivo del alineamiento es central en un punto de láser de 15 mm de diámetro.
10. Coloque el microscopio digital de 20-90 x (trabajo 90 mm la distancia) y una fuente de luz blanca en los lados opuestos del tanque de agua perpendicular al plano de propagación del transductor HIFU. El microscopio está montado sobre una platina micrómetro pequeño. Posición tal que la alineación metálica blanco es central y el foco en su campo de visión (5 x 6 mm).
    Nota: Una vez finalizado el procedimiento anterior, todos los elementos de este sistema (HIFU transductor, hidrófono, iluminación láser y microscopio) están ahora Co alineados en una ubicación específica. La alineación fantasma ahora puede reemplazarse con tejido imitando los fantasmas de la utilizada para el estudio. Como el fantasma se monta en un soporte conectado a un sistema de posicionamiento 3D, diferentes regiones pueden orientarse mientras mantiene la alineación.

4. cavitación detección de umbral de exposición pulsada HIFU

Nota: El siguiente procedimiento es el mismo para fantasmas con o sin nanopartículas y debe repetirse tres veces.

1. Asegúrese de que el sistema PCD es conectado después de ser desconectado por el procedimiento de alineación indicados en 3.8 y ajustar la longitud de onda del láser a lo SPR de las nanopartículas. Utilizando un programa de control personalizado, ajuste el generador de funciones para producir una explosión HIFU de 10 ciclo (3 μs), que se sincroniza con el sistema láser. También utilizar este programa para establecer un fluence láser 0.4, 1.1, 2.1 y 3.4 mJ/cm² , aunque cambiando la sincronización entre el disparo de la leña de la lámpara de flash y la apertura de Q-switch en el sistema de láser.
2. Objetivo la máxima focal del sistema HIFU 10 mm en el fantasma y en 13 lugares únicos, espaciadas de 5 mm, en la dirección vertical. En cada una de estas localidades realizar una exposición a una presión HIFU negativo solo pico, con las fluencias de cuatro láser indicados en 4.2.
3. Uso la gama de pico negativo presiones MPa 0 0.91, 1.19, 1.43, 1.69, 1.92, 2.13, 2.34, 2.53, 2.71, 2.83, 3.00 y 3.19 para las siguientes condiciones de exposición: láser en nanopartículas fantasma gratis, laser apagado en una nanopartícula fantasma y láser en una nanopartícula fantasma. Para simular un láser 'farsa' exposición, haga funcionar el sistema como se describe, pero cierre el obturador manual de la salida de la OPO. Este enfoque asegurará que cualquier ruido de RF generado estará presente al sistema DPC.
4. Programar todos los ajustes y posiciones de la exposición en el programa de control y luego ejecutar para llevar a cabo estas medidas. Datos PCD es digitalizados y almacenan directamente utilizando la tarjeta de adquisición de datos para procesamiento posterior. Para cada parámetro de exposición, 500 repetir exposiciones son adquiridos⁶.
5. Procesar las emisiones de banda ancha detectadas por el sistema PCD de las exposiciones de corta duración HIFU a los fantasmas mediante la técnica detallada por McLaughlan et al. (2017) ⁶.

5. termal desnaturalización de exposiciones HIFU de onda continua

Nota: El siguiente procedimiento es el mismo para fantasmas con o sin nanopartículas y se repitieron tres veces.

1. Sistema laser para dar un fluence de 3,4 mJ/cm² y el generador de funciones para proporcionar una exposición CW (cada ciclo de 330.000 explosión está sincronizado con un pulso de láser). En 11 lugares únicos en el fantasma, seleccione una presión negativa máxima de 0.20, 0.62, 0.91, 1.19, 1.43, 1.69, 1.92, 2.13, 2.34, 2.53 o 2.71 MPa.
2. Utilizar un tiempo de exposición total de 17 s para adquirir 1s de línea de base antes y después de una exposición HIFU s CW 15 en el fantasma. Durante este tiempo de exposición total, el sistema de adquisición de datos está grabando los datos de la PCD. El microscopio está conectado a la PC de control y los marcos de imagen se registran durante este tiempo para ofrecer una visualización directa de la formación de la lesión térmica.
3. Repita el proceso en la 4.3 para todas las condiciones de exposición diferentes que se indica en 4.4.
4. Procesar todos los datos de PCD off-line para el cálculo de la cavitación inercial dosis²⁵ para cada exposición.

Resultados

Detección de la cavitación de la exposición pulsada de HIFU

El sistema de detección pasiva cavitación registró los datos de tensión/tiempo para las exposiciones gama de HIFU y láser en ambos fantasmas con y sin nanopartículas. La figura 2 muestra los resultados representativos de una gama de exposiciones. Las escalas de tiempo en estas parcelas se truncan para resaltar las regiones donde las emisiones acústicas banda ancha sería de esperar, debido al tiempo de vuelo de estas emisiones. Figura 2 demuestra que es sólo cuando hay una combinación de nanopartículas, iluminación de exposición y láser HIFU que se detectan las emisiones de banda ancha. Sin embargo, esto sigue siendo un fenómeno de umbral, como en la presión acústica inferior figura 2 h no se detectaron emisiones de banda ancha. La duración de estas emisiones corresponden típicamente a lo largo de la exposición HIFU, que era aproximadamente 10 μs en este estudio.

Desnaturalización térmica de una exposición de HIFU de CW

La figura 3 muestra que una serie de cuadros adquiridos en el bus serie universal (USB) de la cámara durante una sola exposición HIFU con iluminación láser, para los tipos de tres diferentes exposiciones (con o sin iluminación láser o nanopartículas). Esta figura muestra un ejemplo de la formación de lesiones térmicas en los fantasmas de gel para cada una de estas condiciones. En esta visión el HIFU exposición se produce de izquierda a derecha. Para el ejemplo mostrado en la figura 3 el pico de presión negativa fue 2.53 MPa, el borde superior de lo que se utilizó en este estudio.

Registro de dosis de cavitación inercial (CIE) de la exposición de HIFU de CW

La figura 4 muestra resultados representativos del cálculo del ICD en exposiciones de HIFU de CW. Esta información fue procesada de las emisiones registradas por el sistema PCD durante la exposición. Figuras 4a, 4C y 4e muestran que en una menor presión negativa máxima, ninguna emisión de banda ancha se ha detectado, donde figuras 4b, d y f muestran que ICD fue grabado a lo largo de la exposición. Las señales más altas de ICD fueron observadas durante la exposición en un gel que contiene nanopartículas con exposiciones HIFU y láser (figura 4f).

Figura 1. Una representación esquemática de los aparatos experimentales utilizados en este estudio. Para mayor claridad, se omiten el microscopio USB y fuente de luz, pero la región vista se ilustra en un cuadro azul discontinuo. CNC - control numérico computarizado, AuNR - nanorods de oro. Figura adaptada de McLaughlan et al. (2017) ⁶. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2. Un ejemplo de los rastros de tensión registrados con el sistema de detección pasiva de cavitación durante cortas exposiciones HIFU, con/sin iluminación láser simultánea. Cuando se utiliza, la fluencia del láser fue 2.1 mJ/cm² con una presión negativa máxima de (-c) 3.0, 2.13 (d-f) y (g-i) 1.43 MPa. LS - laser, NR - nanopartículas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3. Persona marcos a veces 0, 5, 10 y 15 s durante una exposición HIFU registrada por el microscopio USB. La fluencia del láser fue 3,4 mJ/cm² y pico de presión negativa de 2.53 MPa. Secuencia (a) fue con la exposición del laser y en un fantasma sin nanopartículas, (b) es sin exposición del laser y un fantasma que contienen nanopartículas y (c) tiene iluminación láser y un fantasma que contienen nanopartículas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4. Calcula la inercia cavitación dosis (ICD) grabado durante exposiciones (a, b, e y f) con y (c y d) sin iluminación láser. Presión negativa máxima era ya sea (a, c y e) 0.91 o (b, d & f) 2.53 MPa. El fantasma en (a y b) no contenía ningún nanopartículas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discusión

Este protocolo se divide en cuatro secciones, que describen la fabricación de la phantom imitando tejido a través de las exposiciones CW en ellos para producir la desnaturalización térmica generada. Esta desnaturalización de los fantasmas simula necrosis de coagulación térmica generada por tejidos blandos expuestos a HIFU¹. En su fabricación, es importante asegurarse de que la relación entre APS y TEMED es tal que el proceso no catalizan rápidamente. Como este proceso es exotérmico, más rápido esta tasa, la más alta alcanza la temperatura de²⁵ y así podría desnaturalizar las proteínas BSA antes de la exposición. La relación de APS a TEMED en este protocolo se ha establecido que esto no ocurre, sin embargo los moldes deberá colocarse en agua con hielo durante la polimerización del gel a minimizar aún más esta posibilidad.

Como este protocolo se centra en la nucleación de la cavitación a través de la combinación de nanopartículas, iluminación láser y exposición HIFU, es un paso crítico en la fabricación de los fantasmas del gel desgasificación bajo vacío para un mínimo de 30 minutos. Una vez expuesto a HIFU (particularmente las exposiciones CW), aunque una lesión térmica no estaba presente, es importante dirigirse a un lugar fresco en los fantasmas de gel para evitar los núcleos preexistentes. Cuando el fantasma usando la computadora en movimiento controlado sistema de traducción es importante asegurar que la profundidad de los HIFU foco (y así alineada región) se mantiene constante. Esto asegura que los niveles de fluencia de presión y láser HIFU son uniformes para cada parámetro de exposición específica. Para este protocolo y después de la colocación inicial del titular fantasma, entonces es sólo traducido en el eje vertical.

Los geles de mímica de tejido sensible a la temperatura se utilizan ampliamente por la comunidad de investigación HIFU de²⁵, ya que proporcionan un mecanismo visual para el seguimiento de la formación de una lesión térmica. Este estudio fue el primer ejemplo de combinación con nanopartículas y demostrar la mejora a la formación de la lesión a través de la actividad de cavitación controlada. Sin embargo, aunque se clasifican como tejidos imitan su respuesta a la temperatura, tanto su atenuación óptica y acústica no es. Debido a la necesidad de visualizar la formación de la lesión en los geles, los fantasmas son cerca de transparente, con un ligero tinte amarillo. Como la fluencia del láser se ajusta a cuenta de esto, significa que la luz láser ilumina la región objetivo es colimado en lugar de difusores como sería para el tejido normal. Por lo tanto para permitir la traducción clínica iluminación múltiples fuentes se necesitarían para garantizar suficiente fluencia en la superficie. Actualmente esta obra se adhiere a las pautas²² para el uso seguro de láseres cuando se expone a la piel. Esto limitaría la fluencia máxima láser alcanzable en profundidad; por lo tanto, esta técnica inicialmente se adecuada para el tratamiento de cánceres superficiales tales como mama, o cabeza y cuello. Además, nanopartículas plasmónica dirigidas a receptores de superficie para estos tipos de cáncer podrían proporcionar mayor selectividad en los tratamientos. Sin embargo, aunque esta es un área muy activa de investigación, tales partículas no están actualmente aprobados para uso clínico.

La atenuación acústica de los fantasmas con nanopartículas fue medida para ser 0.7±0.2 dB/cm⁶y, en comparación con el valor de tejido blando de 3-4 dB/cm, es significativamente menor. Así, el calentamiento de la exposición HIFU en estos geles sería más bajo que se observaría en los tejidos blandos. Se ha demostrado que además de perlas de vidrio sobre el gel aumenta los niveles de atenuación similares a tejidos blandos²⁵. Sin embargo, en esta aplicación, este enfoque no es posible que estos granos actuar una fuentes de nucleación para la actividad de la cavitación aun en ausencia de las nanopartículas y tergiversar así el umbral de cavitación. Al comparar la eficacia de la calefacción para los resultados del estudio por Choi et al. (2013) ²⁵, lesiones térmicas se generaron en las gamas de presión pico de MPa 14-23 (no se indicó si se trataba de presión positiva o negativa máxima). Como se realizó en 1,1 MHz, la atenuación en los fantasmas fue menor que el utilizado en este estudio. Sin embargo, el enfoque de nanopartículas nucleadas en este estudio fue capaz de generar lesiones térmicas en estos fantasmas a presiones que van desde 1.19 a 3.19 MPa, mostrando así un aumento de la eficiencia sobre las metodologías actuales.

Futuras evaluaciones para esta metodología se debe realizar en un modelo en vivo para incorporar la reducción del tumor, la perfusión del tejido, molecular de las nanopartículas y los parámetros de atenuación acústica relevante.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Transductor HIFU de un solo elemento	Sonic Concepts	H-102
55dB Amplificador de potencia	E& I	A300
Generador de funciones	Keysight Technologies	33250A
hidrófono de membrana diferencial Precision	Acoustics Ltd
impulsos TTL	Quantum Composers	9524
Nd:YAG Láser de pulso	Continuum	Surelite I-10
OPO Plus	Continuum	Surelite
Paquete de fibra	Thorlabs Inc	BF20LSMA01
sensor de energía	Thorlabs Inc	ES145C
Nanorods	Nanopartz	A12-40-850
Detector de banda ancha	Sonic Concepts	Y-102
5 MHz filtro de paso alto	Allen Avionics
Preamplificador de 40dB	Spectrum GmbH	SPA.1411
Tarjeta de adquisición de datos de 14 bits	Spectrum GmbH	M4i.4420x8
Agua filtrada desionizada	MilliQ
Solución de acrilamida/bis-acrilamida	Sigma Aldrich	A9927
1 mol/L Tampón TRIS	Sigma Aldrich	T2694
Persulfato de amonio	Sigma Aldrich	A3678
Suero bovino albúmina	Sigma Aldrich	A7906
TEMED	Sigma Aldrich	T9281
Impresora 3D	CEL-UK	Robox
Sistema de posicionamiento de 3 ejes	Zolix
	Dino-lite	AM4113TL
tanque de agua	Muji	Tanque
Componentes	ópticosThorlabs Inc	Varios
componentes optomecánicos	Thorlabs Inc	Varios
			BNC
RS PC de sobremesa	Agitador
	Fisher
SBench6	Spectrum GmbH		Software de medición