En este artículo se presenta el protocolo para la preparación de maniquíes de tejido tumoral que replican propiedades ópticas para la terapia fototérmica plasmónica. En él se detalla la preparación de maniquíes, las evaluaciones fototérmicas y la validación del modelo numérico desarrollado basado en mediciones de temperatura fototérmica para evaluar parámetros terapéuticos, ofreciendo una alternativa ética y rentable a los estudios in vivo para las pruebas preliminares.
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Artículo de método
Terapia fototérmica plasmónica contra el cáncer: fantasmas que imitan el tejido tumoral incrustados en nanopartículas para visualizar la distribución de la temperatura fototérmica
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En este artículo
Resumen
Resumen
La terapia fototérmica plasmónica (PPTT, por sus siglas en inglés), un tratamiento emergente contra el cáncer, consiste en administrar nanopartículas (NP) a un tumor, seguidas de irradiación de infrarrojo cercano (NIR) para generar calor localizado que destruye las células cancerosas. Antes de administrar PPTT, es necesario estimar los parámetros terapéuticos (concentración de NP, intensidad de irradiación y duración). Para ello, se realizan simulaciones numéricas. Sin embargo, para garantizar una computación robusta, estas simulaciones deben validarse a través de experimentos fototérmicos en maniquíes que imitan el tejido tumoral y replican las propiedades ópticas del tejido tumoral. En el caso de la TTPP, los parámetros terapéuticos se rigen por la dispersión y absorción de la radiación incidente por el tejido y las NP. Por lo tanto, se pueden realizar experimentos de validación en maniquíes que imitan el coeficiente de dispersión reducido (μs') y el coeficiente de absorción (μa) del tumor/tejido objetivo.
Específicamente, este protocolo proporciona instrucciones para preparar maniquíes que imitan μ s y μ de tumor de mama inyectados con nanovarillas de oro, rodeados de tejido mamario normal. El protocolo también detalla la irradiación NIR, el monitoreo de la temperatura y la validación de los resultados numéricos mediante la comparación de las temperaturas espacio-temporales con las medidas usando termopares. Los protocolos presentados en este estudio facilitaron la preparación de fantomas cilíndricos de tejido tumoral de mama basados en hidrogel con dimensiones (φ40 x 12 mm) y una región tumoral central (φ20 x 6 mm), que comprende un 1% de agarosa como matriz base e intralípidos como constituyente de dispersión y región tumoral incrustada con nanovarillas de oro a una concentración de 25 μg/mL. Los resultados representativos de un estudio de caso ilustran la aplicación de maniquíes fabricados para validar simulaciones numéricas para PPTT. El estudio concluye que los protocolos demostrados son valiosos para la realización de experimentos fototérmicos destinados a optimizar y planificar parámetros terapéuticos previos a los experimentos in vivo y validar simulaciones numéricas para PPTT.
Introducción
La terapia fototérmica plasmónica (PPTT, por sus siglas en inglés) es una modalidad emergente de tratamiento localizado del cáncer que implica la administración de nanopartículas (NP) en el sitio del tumor, seguidas de irradiación con radiación de infrarrojo cercano (NIR). Las NP se administran típicamente por vía intratumoral (IT) o intravenosa (IV)1. Tras la irradiación NIR, la interacción plasmónica de la radiación incidente y las NPs conduce a la generación de calor localizado en la superficie de las NPs, que luego se disipa en el tejido tumoral circundante 2,3
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Protocolo
NOTA: Los maniquíes se prepararon utilizando agarosa e intralípidos sobre la base de composiciones reportadas en la literatura para lograr las propiedades ópticas deseadas. No se utilizó tejido biológico real de pacientes o cadáveres. Por lo tanto, la preparación de estos maniquíes está libre de restricciones éticas y no requiere consentimiento informado.
1. Selección o fabricación de un molde adecuado
- . Selección de un molde adecuado
- Elija un molde que coincida con la forma y las dimensiones deseadas para los maniquíes. En el caso de los maniquíes cilíndricos con una región tumoral distribuida uniformement....
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Resultados
La Figura 6 muestra las temperaturas medias temporales obtenidas durante los experimentos con un maniquí de tejido tumoral incluido en AuNR en todas las ubicaciones del termopar, como se muestra en la Figura 2, en comparación con las temperaturas obtenidas durante las simulaciones en las ubicaciones de termopar correspondientes. Aquí, los experimentos se realizaron 4 veces para cada distribución, es decir, distribuciones IT y IV .......
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Discusión
En este trabajo se presenta el protocolo para la preparación de tejido tumoral basado en agarosa que imita maniquíes ópticos. Los maniquíes están diseñados para imitar las propiedades ópticas de los tejidos tumorales y normales para su uso en estudios de PPTT. En este estudio se destaca la aplicación de estos maniquíes para la validación de métodos numéricos durante PPTT. El paso más crítico de este protocolo es mantener la temperatura de las soluciones fantasma que contienen agarosa e I.......
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Divulgaciones
Los autores no tienen intereses contrapuestos que revelar.
Agradecimientos
Este estudio se llevó a cabo sin ningún apoyo financiero de ningún organismo de financiación público, comercial o sin fines de lucro. Los autores agradecen a CSIR-Central Scientific Instruments Organisation, Chandigarh, India, por su infraestructura y apoyo.
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Materiales
CompanyNúmero de catálogoComments/Description
fantasma de
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Agarosa | Sigma-Aldrich | 9012-36-6 Matriz base | para maniquíes |
| Agua desionizada (DI) (18.2 MΩ) | NA | NA | Disolvente para la preparación de soluciones |
| Nanovarillas de oro (AuNRs) | Nanopartz | A12-10-808 | Nanopartículas plasmónicas |
| Intralipídicas (20% de emulsión) | Sigma-Aldrich | 68890-65-3 | Agente dispersor de maniquíes |
| Parafilm | Parafilm M | 380020 | Para sellar el fondo del molde cilíndrico |
| Filamento de ácido poliláctico | eSun | NA | Material para moldes (alambre de 1,75 mm de diámetro) |
| Nombre del equipo | Company | Número de catálogo | Comentarios/Descripción |
| Impresora 3D | Creality | Ender-3 | Para la impresión de moldes Sistema |
| adquisición de datos (DAQ) | National Instruments | cDAQ-9171 | Para el registro de temperaturas |
| Unidad de agua DI | Merck Millipore | Direct-Q3 | Para agua desionizada |
| Placa calefactora con agitador magnético | IKA | C-MAG HS 4 | Para la preparación de soluciones fantasma |
| Fuente de luz NIR | NA (Desarrollado internamente) | NA | Para la irradiación NIR de maniquíes, (800/50 nm; Longitud de onda central: 800 nm, ancho de banda: 50 nm) |
| Fibra óptica (1/2" y veces; 12") | Edmund Optics | 38-659 | Para la irradiación NIR de maniquíes Termopares |
| tipo K | Componentes RS | RS Pro 397-1589 | Para el control de la temperatura en varias ubicaciones de maniquíes durante la irradiación NIR |
| Balanza de pesaje | Wensar | PGB 200 | Para el pesaje de agarosa |
| Nombre del software | Company | Número de catálogo | Comentarios/Descripción |
| Autodesk Inventor 2021 | Autodesk | NA | Para el diseño mecánico de moldes |
| Cura 5.7 | Ultimaker | NA | Para convertir el diseño mecánico a Gcode para impresión 3D |
| Matlab R2024b | MathWorks | NA | Para simulaciones numéricas y gráficos de datos de temperatura |
| Nombre de los Labwares utilizados | |||
| Beakers (50 mL) | Borosil | 1000D12 | Para preparaciones de solución fantasma Vasos |
| de precipitados (10 mL) | Borosil | 1000006 | Para preparaciones de solución fantasma |
| Pipeta (100-1000 & L) | Eppendorf Research plus, 1 canal, variable | 3123 000 063 | Para añadir componentes a la solución fantasma |
| Pipeta (10-100 µ L) | Eppendorf Research plus, 1 canal, variable | 3123 000 047 | Para añadir constituyentes a la solución fantasma |
| Espátula | Borosil | LASC8888M06 | Para pesar agarosa y desmoldar los maniquíes de los moldes Puntas |
| (100-1000 y micro; L) | Tarsons | 521016 | Para agregar constituyentes a la solución fantasma |
| Consejos (10-100 y micro; L) | Tarsons | 521010Y | Para agregar constituyentes a la solución fantasma |
Referencias
- Riley, R. S., Day, E. S. Gold nanoparticle-mediated photothermal therapy: applications and opportunities for multimodal cancer treatment. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol. 9 (4), e1449(2017).
- Webb, J. A., Bardhan, R.
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Reimpresiones y permisos
