Aquí se presenta un protocolo para la fabricación de microburbujas con capa de nanopartículas (NSM) de óxido de hierro a través del autoensamblaje, sinergizando la capacidad de respuesta magnética, acústica y óptica en una plataforma nanoterapéutica para la hipertermia magnética y la terapia de combinación fototérmica contra el cáncer.
La administración precisa de agentes anticancerígenos que apuntan a la administración dirigida y penetrada profundamente, así como a una liberación controlada en el sitio del tumor ha sido cuestionada. Aquí, fabricamos microburbujas con carcasa de nanopartículas de óxido de hierro (NSM) a través del autoensamblaje, sinergizando la capacidad de respuesta magnética, acústica y óptica en una plataforma nanoterapéutica. Las nanopartículas de óxido de hierro sirven como agentes magnéticos y fototérmicos. Una vez inyectados por vía intravenosa, los NSM pueden ser guiados magnéticamente al sitio del tumor. El ultrasonido desencadena la liberación de nanopartículas de óxido de hierro, facilitando la penetración de nanopartículas profundamente en el tumor debido al efecto de cavitación de las microburbujas. A partir de entonces, la hipertermia magnética y la terapia fototérmica se pueden realizar en el tumor para la terapia combinada del cáncer, una solución para la resistencia al cáncer debido a la heterogeneidad del tumor. En este protocolo se realizó la síntesis y caracterización de los NSM incluyendo propiedades estructurales, químicas, magnéticas y acústicas. Además, la eficacia anticancerígena mediante terapia térmica se investigó mediante cultivos celulares in vitro. La estrategia de administración propuesta y la terapia combinada son muy prometedoras en el tratamiento del cáncer para mejorar tanto la administración como la eficacia contra el cáncer.
El cáncer es una de las enfermedades más mortales, causando millones de muertes cada año en todo el mundo y enormes pérdidas económicas1. En las clínicas, las terapias convencionales contra el cáncer, como la resección quirúrgica, la radioterapia y la quimioterapia, aún no pueden proporcionar una eficacia terapéutica satisfactoria2. Las limitaciones de estas terapias son los efectos secundarios tóxicos altos, la alta tasa de recurrencia y la alta tasa de metástasis3. Por ejemplo, la quimioterapia se sufre por la baja eficiencia de administración de quimio fármacos precisamente al sitio tumoral4. La incapacidad de los fármacos para penetrar profundamente en el tejido tumoral a través de las barreras biológicas, incluida la matriz extracelular y la alta presión del líquido intersticial tumoral, también es responsable de la baja eficacia terapéutica5. Además, la resistencia tumoral suele ocurrir en los pacientes que recibieron tratamiento mediante quimioterapia única6. Por lo tanto, las técnicas donde se produce la ablación térmica del tumor, como la terapia fototérmica (PTT) y la terapia de hipertermia magnética (MHT), han mostrado resultados prometedores para reducir la resistencia tumoral y han ido surgiendo en ensayos clínicos7,8,9.
PTT desencadena la ablación térmica de las células cancerosas por la acción de agentes de conversión fototérmica bajo la irradiación de la energía del láser. La alta temperatura generada (por encima de 50 °C) induce necrosis celular completa10. Muy recientemente, se demostró que las nanopartículas de óxido de hierro (IONP) son un agente de conversión fototérmica que puede ser activado por la luz del infrarrojo cercano (NIR)11. A pesar del bajo coeficiente de absorción molar en la región del infrarrojo cercano, los IONP son candidatos para la terapia fototérmica a baja temperatura (43 °C), una terapia modificada para reducir el daño causado por la exposición al calor a los tejidos normales e iniciar la inmunidad antitumoral contra la metástasis tumoral12. Una de las limitaciones de PTT es la baja profundidad de penetración del láser. Para los tumores profundamente asentados, el calentamiento inducido por el campo magnético alterno (AFM) de nanopartículas de óxido de hierro, también llamado hipertermia magnética, es una terapia alternativa para PTT13,14. La principal ventaja de MHT es la alta penetración del campo magnético15. Sin embargo, la concentración relativamente alta requerida de IONPs sigue siendo una desventaja importante para su aplicación clínica. La eficiencia de entrega de nanomedicina (o nanopartículas) a tumores sólidos en animales ha sido del 1-10% debido a una serie de obstáculos que incluyen circulación, acumulación y penetración16,17. Por lo tanto, una estrategia de administración de IONPs controlada y dirigida con la capacidad de lograr una alta penetración tisular es de gran interés en el tratamiento del cáncer.
La entrega de nanopartículas mediada por ultrasonido ha demostrado su capacidad para facilitar la penetración de nanopartículas profundas en el tejido tumoral, debido al fenómeno llamado cavitación de microburbujeos18,19. En el presente estudio, fabricamos microburbujas con cáscara (NSM) de IONPs a través de autoensamblaje, sinergizando la capacidad de respuesta magnética, acústica y óptica en una plataforma nanoterapéutica. El NSM contiene un núcleo de aire y una capa de nanopartículas de óxido de hierro, con un diámetro de aproximadamente 5,4 μm. Los NSM pueden ser guiados magnéticamente al sitio del tumor. Luego, la liberación de IONPs se desencadena por ultrasonido, acompañada de cavitación de microburbujes y microstreaming. El impulso recibido de la microstreaming facilita la penetración de IONPs en el tejido tumoral. El PTT y el MHT se pueden lograr mediante irradiación láser NIR o aplicación de AFM, o con la combinación de ambos.
Aquí, presentamos un protocolo de fabricación de microburbujas con cáscara de nanopartículas de óxido de hierro (NSM) a través del autoensamblaje, sinergizando la capacidad de respuesta magnética, acústica y óptica en una plataforma nanoterapéutica. Los IONP se empaquetaron densamente alrededor del núcleo de aire para formar una cáscara magnética, que puede ser controlada por el campo magnético externo para la orientación. Una vez entregado, la liberación de IONPs se puede lograr mediante disparador de ul…
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (81601608) y NUPTSF (NY216024).
808 nm laser power | Changchun New Industries Optoelectronics Tech | MDL-F-808-5W-18017023 | |
Calcein-AM | Thermo Fisher SCIENTIFIC | C3099 | |
Fetal bovine serum | Invitrogen | 16000-044 | |
Fluorescence Microscope | Olympus | IX71 | |
Function generator | Keysight | 33500B series | 20 MHz, 2 channels with arbitrary waveform generation capability |
Gelatin gel | Sigma | 9000-70-8 | |
Heating machine | Shuangping | SPG-06- II | |
Homemade focused transducer | Frequency=855, R-X=36.2W+5.8W, |Z|-θ=37W+8° | ||
Homogenizer | SCILOGEX | D-160 | 8000-30000 rpm |
Hydrophone | T&C | NH1000 | |
ICR male mice | OG Pharmaceutical. Co. Ltd | 8-week-old | |
Inductively coupled plasma optical emission spectrometry | PerkinElmer | ||
Infrared thermal imaging camera. | FLIR | E50 | |
Iron(II,III) oxide | Alfa Aesar | 1317-61-9 | 50-100nm APS Powder |
Laser power meter | Changchun New Industries Optoelectronics Tech | ||
Oscilloscope | Keysight | DSOX3054T | Bandwidth 500 MHz, Sampling Rate 5 GS/S, 4 channels |
RF Power Amplifier | T&C | AG1020 | The signal source can also be connected to an external signal source. The gain can be adjusted from 0 to 100%. It has multiple functions such as frequency sweep, pulse, and triangle. |
Roswell Park Memorial Institute-1640 | KeyGEN BioTECH | KGM31800 | |
Sodium dodecyl sulfate | Sigma | 151-21-3 |