Administration in vitro et in vivo d’hyperthermie par nanoparticules magnétiques à l’aide d’un système d’administration sur mesure

Kayla E. A. Duval; James  D. Petryk; P.  Jack Hoopes

doi:10.3791/61413

Article de méthode

Administration in vitro et in vivo d’hyperthermie par nanoparticules magnétiques à l’aide d’un système d’administration sur mesure

4.3K vues

⸱

DOI :

10.3791/61413

⸱

2 juillet 2020

Kayla E. A. Duval¹ , James D. Petryk² , P. Jack Hoopes¹^,²

¹Thayer School of Engineering, Dartmouth College, ²Geisel School of Medicine, Dartmouth College

Dans cet article

Résumé

Ce protocole présente les techniques et la méthodologie nécessaires à l’administration précise de l’hyperthermie des nanoparticules magnétiques à l’aide d’un système sophistiqué de livraison et de surveillance.

Résumé

L’hyperthermie a longtemps été utilisée dans le traitement du cancer. Les techniques ont varié de l’insertion intratumorale de tiges de fer chaudes, aux nanoparticules magnétiques ciblées par anticorps tumoral administrés par voie systémique, à des températures de 39 ° C (niveau de fièvre) à 1 000 ° C (électrocautérisation) et des temps de traitement de quelques secondes à quelques heures. La relation température-temps (dose thermique) dicte l’effet avec des doses thermiques élevées entraînant l’ablation des tissus et des doses thermiques plus faibles entraînant des effets sublétaux tels que l’augmentation du flux sanguin, l’accumulation de médicaments et la stimulation immunitaire. L’une des thérapies médicales actuelles les plus prometteuses est l’hyperthermie magnétique par nanoparticules (mNPH). Cette technique consiste à activer des nanoparticules magnétiques, qui peuvent être délivrées par voie systémique ou intratumorale, avec un champ magnétique alternatif non invasif et non toxique. La taille, la construction et l’association des nanoparticules magnétiques ainsi que la fréquence et l’intensité du champ magnétique sont des déterminants majeurs de l’échauffement. Nous avons développé des instruments et des techniques sophistiqués pour fournir une hyperthermie de nanoparticules magnétiques reproductibles dans des modèles animaux de grande et de petite taille et des cellules en culture. Cette approche, utilisant une surveillance continue et en temps réel de la température à plusieurs endroits, permet d’administrer des doses thermiques bien définies au tissu cible (tumeur) ou aux cellules tout en limitant le chauffage des tissus non ciblés. Le contrôle et la surveillance précis de la température, sur plusieurs sites, et l’utilisation de l’algorithme standard de l’industrie (minutes équivalentes cumulées à 43 °C / CEM43), permettent une détermination et une quantification précises de la dose thermique. Notre système, qui permet une grande variété de températures, de doses thermiques et d’effets biologiques, a été développé grâce à une combinaison d’acquisitions commerciales et de développements internes en ingénierie et en biologie. Ce système a été optimisé de manière à permettre la conversion rapide entre les techniques ex vivo, in vitro et in vivo. L’objectif de ce protocole est de démontrer comment concevoir, développer et mettre en œuvre une technique et un système efficaces pour administrer une hyperthermie reproductible et précise de thérapie par nanoparticules magnétiques (NPm).

Introduction

L’hyperthermie a toujours été utilisée dans le traitement du cancer, seule ou en combinaison avec d’autres traitements. Bien qu’il ait une longue histoire d’utilisation, la méthode la plus avantageuse pour administrer ce traitement fait encore l’objet de débats et dépend du site et de l’emplacement de la maladie. Les méthodes d’administration hyperthermique comprennent les micro-ondes, la radiofréquence, les ultrasons focalisés, le laser et les nanoparticules métalliques (comme l’or ou l’oxyde de fer)1,2,3,4. Ces méthodes d’administration pe....