Microbulles magnétiques, acoustiques et optiques triple-réactives pour l’hyperthermie magnétique et la thérapie du cancer combinée pothototherme

Ce protocole est très prometteur pour améliorer l’administration post-nanomédecine et l’efficacité anticancéreuse des nanoparticules dans le traitement du cancer. Cette technique met en synergie les réceptivités magnétiques, acoustiques et optiques en une seule plateforme nanothérapeutique pour le contrôle et l’administration ciblée de la nanomédecine, et facilite la combinaison de la thérapie photothermique et de l’hyperthermie magnétique. Siyu Wang, une microbulle magnétique, acoustique et optiquement triple réactive pour l’hyperthermie magnétique et la thérapie anticancéreuse combinée photothermique de mon laboratoire, fera la démonstration de la procédure.

Pour la formation de microbulles coquillées de nanoparticules, dispersez uniformément les nanoparticules d’oxyde de fer magnétique dans de l’eau désionisée pour générer une solution mère de 10 milligrammes par millilitre et chargez la solution de nanoparticules dans une machine de nettoyage à ultrasons pendant 20 minutes. À la fin de la sonication, ajoutez 150 microlitres d’eau déminéralisée, 150 microlitres de dodécylsulfate de sodium 10 millimolaires et 400 microlitres de solution de nanoparticules d’oxyde de fer soniqué dans un tube à centrifuger de 1,5 millilitre. Ensuite, fixez un homogénéisateur avec un échafaudage dans un bain de glace et placez la solution de nanoparticules dans le bain de glace.

Immergez la sonde de l’homogénéisateur dans la solution de nanoparticules et homogénéisez la suspension pendant trois minutes à 20 000 tours par minute. À la fin de l’homogénéisation, laissez la solution se stabiliser pendant 12 heures à température ambiante avant de placer le tube dans un support magnétique pour adsorber les microbulles coquillées de nanoparticules sur la paroi du tube. Remplacez le surnageant par un millilitre d’eau fraîche déminéralisée trois fois pour laver les microbulles décortiquées de nanoparticules.

Après le dernier lavage, secouez légèrement le tube et transférez 10 microlitres de microbulles décortiquées de nanoparticules sur une lame de verre propre. À l’aide d’un microscope à fluorescence et d’un grossissement de 20X, vous obtiendrez l’image des microbulles équeutées de nanoparticules. Après l’imagerie, ouvrez l’image dans le logiciel du microscope et utilisez la règle pour définir une ligne rouge de la même longueur que la règle.

Cliquez sur définir et mettre à l’échelle pour entrer la longueur de la règle et tracer des lignes de la même longueur au diamètre d’au moins 200 microbulles individuelles. Cliquez ensuite sur rapport et affichez le rapport. Pour mesurer la réponse acoustique des microbulles, diluez 200 microlitres de microbulles décortiquées de nanoparticules dans 800 microlitres d’eau déminéralisée dans un tube de 1,5 millilitre et connectez le générateur de fonctions, l’amplificateur, l’adaptation d’impédance et le transducteur de mise au point fait maison.

Placez le transducteur au centre du fond de l’évier cuboïde artificiel et connectez l’hydrophone à un oscilloscope pour surveiller l’intensité des ultrasons de sortie. Ajoutez suffisamment d’eau déminéralisée pour immerger le transducteur et réglez le générateur de fonctions en mode balayage. Réglez la gamme de fréquences de 10 à 900 kilohertz et réglez l’amplitude sur 20 tension crête à crête.

Utilisez l’amplificateur pour régler la puissance de l’échographie à 0,1 % et la durée du cycle à quatre secondes avec un intervalle de temps d’une seconde. Placez le tube de nanoparticules dans l’échafaudage sur le dessus du transducteur de mise au point fait maison et fixez l’aimant au bas du tube. Allumez le générateur de fonctions et l’alimentation de l’amplificateur.

Après cinq cycles d’échographie de 25 secondes, éteignez le générateur de fonctions et retirez l’aimant. Remplacez ensuite la solution de nanoparticules par un millilitre d’eau déminéralisée et répétez l’échographie et le traitement. Pour configurer le laser pour le traitement optique des microbulles, allumez d’abord l’alimentation laser.

Après plusieurs minutes, fixez une diode laser de 808 nanomètres couplée à la fibre sur un support d’autoclave et utilisez une fibre optique pour diriger le faisceau laser vers l’étage d’échantillon. Utilisez une lentille convexe pour faire la mise au point sur la platine de l’échantillon afin d’obtenir un point lumineux de six millimètres de diamètre et mesurez la puissance de sortie avec le wattmètre laser. Ajustez ensuite la puissance à un watt par centimètre carré.

Pour effectuer une mesure photothermique, préparez des volumes d’un millilitre de différentes concentrations de nanoparticules d’oxyde de fer dans des tubes à centrifuger individuels de 1,5 millilitre et placez le premier tube dans la région focalisée du faisceau laser. Enregistrez la température de référence de l’échantillon et allumez la caméra thermique laser et infrarouge. Irradiez l’échantillon en continu pendant 10 minutes tout en enregistrant la température en temps réel.

Ensuite, éteignez le laser et la caméra et attendez que la température de la région revienne à la ligne de base avant de mesurer les autres concentrations d’échantillons de la même manière. Pour une mesure d’hyperthermie magnétique dans une solution aqueuse, préparez différentes dilutions de nanoparticules d’oxyde de fer comme démontré et placez une dilution au centre d’une bobine de cuivre à induction magnétique froide d’eau. Activez le champ magnétique alternatif et la caméra thermique infrarouge et induisez l’échantillon en continu pendant 10 minutes tout en enregistrant la température en temps réel.

À la fin du traitement, éteignez le champ magnétique alternatif et la caméra. Lorsque la température de la bobine de cuivre est revenue à la normale, mesurez l’échantillon suivant. Les microbulles coquillées de nanoparticules présentent généralement une forme sphérique d’un diamètre moyen d’environ 5,41 micromètres.

Bien que les microbulles restent intactes jusqu’à un an, une libération progressive de fer peut être obtenue en augmentant le nombre de cycles d’échographie. La mesure photothermique médiée par des nanoparticules d’oxyde de fer en solution aqueuse révèle une augmentation rapide de la température des nanoparticules d’oxyde de fer au fil du temps, avec une augmentation de la température de 30 degrés Celsius obtenue après 10 minutes d’exposition à la lumière laser proche infrarouge à une concentration de fer de cinq milligrammes par millilitre. Par rapport au groupe témoin, aucune différence de morphologie ou de nombre de cellules vivantes n’est observée lorsque les lignées cellulaires du cancer du sein sont incubées avec une forte concentration de fer, ce qui suggère une bonne biodisponibilité des nanoparticules d’oxyde de fer.

Lors de l’irradiation, les cellules cancéreuses traitées aux nanoparticules ont pris une forme arrondie et ont montré une viabilité réduite, indiquant une apoptose. Cinq minutes après l’irradiation, la température des zones d’injection de gélatine augmente rapidement d’environ 20 degrés Celsius. Lorsqu’elle est exposée à la thérapie par champ magnétique alternatif, l’imagerie thermique de différentes concentrations de nanoparticules d’oxyde de fer révèle une réponse de champ magnétique alternatif caractéristique des microbulles à coquille de nanoparticules.

De plus, l’imagerie en gros de souris exposées à la thérapie par champ magnétique alternatif révèle des changements rapides significatifs de température dans la zone d’intérêt. Pendant l’agitation de la solution de nanoparticules, assurez-vous que la sonde d’homogénéisation reste complètement immergée dans la solution. Ce protocole peut également réaliser et améliorer la pénétration dans les tissus tumoraux pour relever les défis de l’administration de nanomédicaments dans le traitement du cancer.