Terapia fototérmica plasmónica contra el cáncer: fantasmas que imitan el tejido tumoral incrustados en nanopartículas para visualizar la distribución de la temperatura fototérmica
May 9th, 2025
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.
El alcance de la investigación consiste básicamente en el desarrollo de tejido tumoral y la fabricación de maniquíes para terapias plasmónicas fototérmicas contra el cáncer con el fin de validar las simulaciones numéricas, así como para especificar los parámetros terapéuticos de los experimentos in vivo para evaluar el resultado terapéutico. Este protocolo cierra la brecha entre el modelado numérico y la validación experimental para la terapia fototérmica plasmónica, así como la estimación de parámetros terapéuticos para la evaluación in vivo antes de la traducción clínica. Este protocolo ofrece una evaluación rentable de la interacción fototérmica plasmónica para tumores sólidos utilizando maniquíes de agarosa con monitoreo de termopares, minimizando así la necesidad de animales para pruebas in vivo.
La evaluación basada en fantasmas permite la validación de la simulación para mejorar la precisión del tratamiento y ajustar los parámetros, como la concentración de nanopartículas y la configuración de la iteración, para respaldar terapias plasmónicas seguras y eficaces contra el cáncer fototérmico. En el futuro, queremos desarrollar tejido tumoral más realista que produzca maniquíes que involucren melanina, hemoglobina y flujo sanguíneo. Además, queremos explorar las inyecciones multisitio para tumores grandes.
Para empezar, diseñe un modelo tridimensional utilizando software CAD. Haga clic en Nuevo, seguido de Crear para diseñar un molde cilíndrico hueco. Presione Configuración del documento y elija Unidades para cambiar la unidad a milímetros.
Diseñe un molde cilíndrico con un diámetro interior de 40 milímetros y una altura de 12 milímetros, junto con dos moldes de enmascaramiento cilíndricos sólidos. Utiliza el código G generado para imprimir los moldes utilizando una impresora 3D con filamento de ácido poliláctico. Para la preparación de la solución uno, agregue 0,35 gramos de agarosa a 33,18 mililitros de agua desionizada en un vaso de precipitados.
Cubra el vaso de precipitados con papel de aluminio para evitar la pérdida de agua. Caliente el vaso de precipitados en una placa caliente a 120 grados centígrados mientras remueve hasta que la solución se vuelva transparente. Luego disminuya la temperatura de la placa caliente a 60 grados centígrados y deje que la solución se enfríe durante 15 minutos.
Mientras revuelve, agregue 1,82 mililitros de solución intralipídica y continúe mezclando. Para la solución dos, agregue 45 miligramos de agarosa a 1,18 mililitros de agua desionizada en un vaso de precipitados y cúbralo con papel de aluminio. Después de calentar y enfriar la solución como se demostró anteriormente, agregue 106,2 microlitros de solución intralipídica y 3,21 mililitros de la suspensión de nanovarillas de oro mientras agita.
Mantenga la solución dos bajo agitación continua a 60 grados centígrados hasta su uso. Para preparar la solución tres, agregue 25 miligramos de agarosa a 2,44 mililitros de agua desionizada en un vaso de precipitados y cubra con papel de aluminio. Calienta y enfría la solución.
A continuación, añadir 59 microlitros de solución intralipídica sin dejar de agitar a 60 grados. Para la preparación del maniquí que imita el tejido tumoral, primero selle la parte inferior de los moldes cilíndricos con parafilm. Coloca el molde de enmascarar en el centro.
Para la preparación del maniquí IT, vierta la solución uno en los moldes cilíndricos hasta la marca superior del molde de enmascaramiento. Después de la solidificación, retire el molde de enmascaramiento para crear una cavidad para la región del tumor. A continuación, llene la cavidad con la solución dos y deje que se solidifique.
A continuación, añade la solución uno a la parte superior del maniquí y deja que se solidifique por completo. Para la preparación del maniquí IV, inserte un molde de enmascaramiento más pequeño y llene la cavidad a su alrededor con la solución dos. Después de la solidificación, retire el molde más pequeño y llene la cavidad restante con la solución tres.
Agregue la solución uno a la parte superior y permita una solidificación completa. A continuación, inserte termopares dentro de algunos capilares de vidrio que se hayan cortado a medida. Perfore los maniquíes en las ubicaciones radiales y axiales especificadas.
Una vez que todos los termopares estén en su lugar, coloque cuidadosamente el maniquí en una placa de Petri de vidrio para la posterior irradiación infrarroja NIR. Coloque la placa de Petri de vidrio de modo que la región central de la superficie superior del maniquí esté perpendicular y alineada axialmente con la punta de la fibra óptica de la fuente de luz infrarroja NIR. A continuación, conecte el sistema de adquisición de datos al ordenador e inicie el software de vista de laboratorio.
Encienda la fuente de luz infrarroja NIR y comience a registrar los datos de temperatura presionando el botón de reproducción en el software. Irradia el fantasma durante 20 minutos en una habitación oscura. A continuación, apague la fuente de luz NIR y detenga la grabación.
Ahora trace la temperatura media registrada frente a los datos de tiempo, luego trace la temperatura experimental media frente a la temperatura simulada en todas las ubicaciones de termopares. El aumento de temperatura en la distribución IT del maniquí de tejido tumoral incrustado en nanovarillas de oro fue mayor que en la distribución IV debido al aumento de la dispersión en la distribución IV. El aumento máximo de la temperatura fue de aproximadamente 11 grados Celsius para la distribución IT y de seis grados Celsius para la distribución IV en la ubicación del termopar cero tres.
El error cuadrático medio máximo para las distribuciones intratumoral e intravenosa fue de 2,10 grados Celsius y 1,94 grados Celsius respectivamente.
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Visión general
Este artículo presenta un protocolo para preparar fantamas de tejido tumoral que replican propiedades ópticas para la terapia fototérmica plasmónica. Cierra la brecha entre el modelado numérico y la validación experimental, ofreciendo una alternativa rentable a los estudios in vivo.
Componentes clave del estudio
Área de la ciencia
- Terapia fototérmica plasmónica
- Fantamas de tejido tumoral
- Modelado numérico y validación
Fundamentos
- Desarrollo de fantamas de tejido tumoral para la evaluación terapéutica.
- Importancia de validar simulaciones numéricas para un tratamiento preciso.
- Reducción de pruebas en animales a través de evaluaciones basadas en fantamas.
- Planes futuros para mejorar los fantamas con componentes realistas como melanina y hemoglobina.
Propósito del estudio
- Proporcionar un protocolo para evaluar interacciones fototérmicas plasmónicas.
- Especificar parámetros terapéuticos para experimentos in vivo.
- Mejorar la precisión del tratamiento mediante la validación de simulaciones.
Métodos utilizados
- Preparación de fantamas de agarosa.
- Monitoreo con termopares para mediciones de temperatura.
- Evaluación de la concentración de nanopartículas y configuración de iteraciones.
- Validación de modelos numéricos basados en datos experimentales.
Resultados principales
- Réplica exitosa de propiedades ópticas en fantamas tumorales.
- Método rentable que minimiza la necesidad de pruebas en animales.
- Validación de resultados de simulación mediante mediciones experimentales.
- Identificación de parámetros terapéuticos óptimos para estudios futuros.
Conclusiones
- El protocolo ofrece un método confiable para pruebas preliminares de terapias plasmónicas.
- Las evaluaciones basadas en fantamas mejoran la precisión de los parámetros de tratamiento.
- La investigación futura tiene como objetivo crear modelos de tumor más realistas.
