Microburbujas magnéticas, acústicas y ópticas de triple respuesta para la hipertermia magnética y la terapia combinada de cáncer potototérmico

Este protocolo es muy prometedor para mejorar la administración posterior a la nanomedicina y la eficacia anticancerígena de las nanopartículas en el tratamiento del cáncer. Esta técnica sinergiza las respuestas magnéticas, acústicas y ópticas en una plataforma nanoterapéutica para el control y la administración dirigida de nanomedicina, y facilita la combinación de la terapia de hipertermia fototérmica y magnética. La demostración del procedimiento estará a cargo de Siyu Wang, un becario de mi laboratorio de microburbujas magnéticas, acústicas y ópticamente de triple respuesta para la hipertermia magnética y la terapia oncológica combinada fototérmica.

Para la formación de microburbujas con cáscara de nanopartículas, disperse uniformemente las nanopartículas magnéticas de óxido de hierro en agua desionizada para generar una solución madre de 10 miligramos por mililitro y cargue la solución de nanopartículas en una máquina de limpieza ultrasónica durante 20 minutos. Al final de la sonicación, añadir 150 microlitros de agua desionizada, 150 microlitros de dodecil sulfato de sodio 10 milimolares y 400 microlitros de la solución de nanopartículas de óxido de hierro sonicado en un tubo de centrífuga de 1,5 mililitros. A continuación, fije un homogeneizador con un andamio en un baño de hielo y coloque la solución de nanopartículas en el baño de hielo.

Sumerja la sonda homogeneizadora en la solución de nanopartículas y homogeneice la suspensión durante tres minutos a 20.000 revoluciones por minuto. Al final de la homogeneización, deje que la solución se estabilice durante 12 horas a temperatura ambiente antes de colocar el tubo en un soporte magnético para adsorber las microburbujas con cáscara de nanopartículas a la pared del tubo. Reemplace el sobrenadante con un mililitro de agua desionizada dulce tres veces para lavar las microburbujas con cáscara de nanopartículas.

Después del último lavado, agite ligeramente el tubo y transfiera 10 microlitros de las microburbujas con cáscara de nanopartículas a un portaobjetos de vidrio limpio. Utilice un microscopio de fluorescencia y un aumento de 20X para obtener imágenes de las microburbujas con cáscara de nanopartículas. Después de la toma de imágenes, abra la imagen en el software del microscopio y use la regla para establecer una línea roja con la misma longitud que la regla.

Haga clic en establecer y escalar para introducir la longitud de la regla y dibujar líneas de las mismas longitudes con diámetros de al menos 200 microburbujas individuales. A continuación, haga clic en Informe y Ver informe. Para medir la respuesta acústica de las microburbujas, diluya 200 microlitros de las microburbujas con cáscara de nanopartículas en 800 microlitros de agua desionizada en un tubo de 1,5 mililitros y conecte el generador de funciones, el amplificador, la adaptación de impedancia y el transductor de enfoque casero.

Coloque el transductor en el centro del fondo del fregadero cuboide artificial y conecte el hidrófono con un osciloscopio para monitorear la intensidad del ultrasonido de salida. Agregue suficiente agua desionizada para sumergir el transductor y ajuste el generador de funciones al modo de barrido. Sintonice el rango de frecuencia de 10 a 900 kilohercios y ajuste la amplitud a 20 voltajes de pico a pico.

Utilice el amplificador para ajustar la potencia del ultrasonido al 0,1% y la duración del ciclo a cuatro segundos con un intervalo de tiempo de un segundo. Coloque el tubo de nanopartículas en el andamio en la parte superior del transductor de enfoque casero y fije el imán a la parte inferior del tubo. Encienda el generador de funciones y la alimentación del amplificador.

Después de cinco ciclos de ultrasonido de 25 segundos, apague el generador de funciones y retire el imán. A continuación, sustituya la solución de nanopartículas por un mililitro de agua desionizada y repita el ultrasonido y el tratamiento. Para configurar el láser para el tratamiento óptico de las microburbujas, primero encienda la fuente de alimentación del láser.

Después de varios minutos, fije un diodo láser de 808 nanómetros acoplado a fibra en un soporte de retorta y use una fibra óptica para dirigir el rayo láser a la etapa de muestra. Utilice una lente convexa para enfocar la etapa de muestra para lograr un punto de luz de seis milímetros de diámetro y mida la potencia de salida con el medidor de potencia láser. A continuación, ajuste la potencia a un vatio por centímetro cuadrado.

Para realizar una medición fototérmica, prepare volúmenes de un mililitro de diferentes concentraciones de nanopartículas de óxido de hierro en tubos de centrífuga individuales de 1,5 mililitros y coloque el primer tubo en la región enfocada del rayo láser. Registre la temperatura de referencia de la muestra y encienda la cámara termográfica láser e infrarroja. Irradie la muestra de forma continua durante 10 minutos mientras registra la temperatura en tiempo real.

A continuación, apague el láser y la cámara y espere a que la temperatura de la región vuelva a la línea de base antes de medir las otras concentraciones de muestra de la misma manera. Para una medición de hipertermia magnética en una solución acuosa, prepare diferentes diluciones de nanopartículas de óxido de hierro como se demuestra y coloque una dilución en el centro de una bobina de cobre de inducción magnética fría con agua. Encienda el campo magnético alterno y la cámara termográfica infrarroja e induzca continuamente la muestra durante 10 minutos mientras registra la temperatura en tiempo real.

Al final del tratamiento, apague el campo magnético alterno y la cámara. Cuando la temperatura de la bobina de cobre haya vuelto a la línea de base, mida la siguiente muestra. Las microburbujas con cáscara de nanopartículas suelen mostrar una forma esférica con un diámetro medio de unos 5,41 micrómetros.

Aunque las microburbujas permanecen intactas hasta un año, se puede lograr una liberación gradual de hierro aumentando el número de ciclos de ultrasonido. La medición fototérmica mediada por nanopartículas de óxido de hierro en solución acuosa revela un rápido aumento de la temperatura de las nanopartículas de óxido de hierro a lo largo del tiempo, con un aumento de temperatura de 30 grados Celsius logrado tras 10 minutos de exposición a la luz láser del infrarrojo cercano a una concentración de hierro de cinco miligramos por mililitro. En comparación con el grupo control, no se observan diferencias en la morfología o el número de células vivas cuando las líneas celulares de cáncer de mama se incuban con una alta concentración de hierro, lo que sugiere una buena biodisponibilidad de las nanopartículas de óxido de hierro.

Tras la irradiación, las células cancerosas tratadas con nanopartículas adquirieron una forma redondeada y demostraron una disminución de la viabilidad, lo que indica apoptosis. Cinco minutos después de la irradiación, la temperatura de las áreas de inyección de gelatina aumenta rápidamente en unos 20 grados centígrados. Cuando se exponen a la terapia de campo magnético alterno, las imágenes térmicas de diferentes concentraciones de nanopartículas de óxido de hierro revelan una respuesta de campo magnético alterno característica de las microburbujas con cáscara de nanopartículas.

Además, las imágenes al por mayor de ratones expuestos a la terapia de campo magnético alterno revelan cambios de temperatura rápidos y significativos dentro del área de interés. Durante la agitación de la solución de nanopartículas, asegúrese de que la sonda del homogeneizador permanezca completamente sumergida dentro de la solución. Este protocolo también puede lograr y mejorar la penetración en los tejidos tumorales para abordar los desafíos de la administración de nanomedicina en el tratamiento del cáncer.