Induction d’une légère hyperthermie ciblée dans des modèles de tumeurs murines par conversion photothermique de la lumière proche infrarouge par des nanotiges d’or intratumorales

La thérapie hyperthermique ciblée est une modalité émergente dans le traitement du cancer conçue pour élever sélectivement la température tumorale tout en minimisant les dommages aux tissus sains environnants. Cette méthode décrit un moyen très efficace, peu gourmand en ressources et reproductible d’induire une hyperthermie médiée par des nanotiges d’or dans les tumeurs solides. L’utilisation d’une injection intratumorale directe de nanotiges d’or suivie d’une exposition à la lumière proche infrarouge permet un chauffage précis, contrôlé et hautement localisé des tumeurs.

Le succès de ce protocole dépend de l’activation efficace des tissus profonds des nanotiges d’or en utilisant la longueur d’onde appropriée de la lumière proche infrarouge, ainsi que d’une surveillance précise en temps réel de la température interne de la tumeur tout au long de la procédure. Commencez les mesures quotidiennes de la tumeur à partir du septième jour, après l’injection de cellules cancéreuses ou chaque fois que les tumeurs deviennent palpables. Avant de commencer la procédure, mesurez la largeur, la longueur et la hauteur de la tumeur pour calculer le volume total de la tumeur.

Essayez d’effectuer la procédure une fois que les tumeurs ont atteint un volume approximatif de 50 millimètres cubes. Pour notre modèle, ce volume tumoral a été atteint entre le 10e et le 12e jour après l’injection de cellules cancéreuses. Dans une enceinte de sécurité biologique stérile, utilisez une seringue d’un mil avec une aiguille de calibre 31 pour prélever le volume approprié de nanotiges d’or en fonction de chaque volume tumoral.

Avant l’injection de nanotiges d’or, anesthésiez la souris à l’aide d’un cône nasal délivrant 2 % d’isoflurane à un débit de 0,8 litre par minute. Appliquez un lubrifiant pour les yeux sur les deux yeux pour éviter le dessèchement et minimiser les dommages potentiels causés par le laser. Si nécessaire, rasez l’excès de fourrure autour de la tumeur pour assurer l’exposition de la surface de la peau et utilisez de l’éthanol pour désinfecter la surface de la tumeur, en essuyant toute fourrure ou débris.

Avant l’exposition au laser, injectez des nanotiges d’or par voie intratumorale à une concentration d’un microgramme par millimètre cube de volume tumoral. Si nécessaire, répartissez l’injection entre deux sites intratumoraux pour assurer une distribution efficace des nanotiges dorées à l’intérieur de la tumeur. Assurez-vous d’essuyer tout excès de nanotiges dorées à la surface de la peau après l’injection.

Pour les souris du groupe témoin, administrer une injection intratumorale de PBS stérile du volume équivalent utilisé pour les groupes de traitement par nanotiges d’or. Nettoyez la sonde de température intratumorale avec de l’éthanol avant de l’insérer. Insérez doucement la sonde de température au milieu de la masse tumorale.

Appliquez une couche uniforme de gel d’aloe vera d’environ cinq millimètres d’épaisseur sur la surface de la tumeur pour prévenir l’ulcération de la peau et minimiser le risque de blessure thermique pendant le traitement. Ajustez le laser pour qu’il s’aligne directement au-dessus du milieu de la tumeur. Utilisez la table de recherche de l’irradiance pour déterminer la meilleure hauteur de laser en fonction du diamètre du faisceau laser requis pour couvrir la surface de la tumeur.

Allumez le laser et la source de refroidissement thermoélectrique. Branchez ensuite le système laser à la source d’alimentation. Allumez la source de refroidissement thermoélectrique.

La lumière LED bleue s’allumera et après 30 secondes, la température se stabilisera à 25 degrés Celsius. Sur la base de la table de recherche de l’irradiance, ajustez la sortie de courant du laser pour obtenir une irradiance cible d’environ un watt par centimètre carré. Dans notre expérience, une hauteur de laser de 1,5 centimètre, un diamètre de faisceau de 1,3 centimètre et un courant laser de 1800 milliampères ont donné une valeur d’irradiance de 0,82 watt par centimètre carré, qui a été optimisée pour notre modèle de tumeur.

À partir de ce moment, assurez-vous que toutes les personnes présentes dans la salle d’opération laser portent des lunettes de sécurité laser certifiées pour la longueur d’onde de la lumière utilisée. Installez une caméra thermique adjacente à la plate-forme laser dirigée vers la souris pour surveiller la température de surface de la peau pendant la procédure laser. Commencez l’enregistrement sur le logiciel d’enregistrement de données thermocouplé et assurez-vous que le graphique interne de la température de la tumeur en fonction du temps est affiché en temps réel.

Tournez la clé de sécurité laser pour activer la sortie de la source. Commencez l’administration du laser en appuyant sur la pédale Au moment du démarrage du laser, la température interne de la tumeur commencera à augmenter, prenant environ 15 secondes à deux minutes pour entrer dans la plage hyperthermique cible de 42 à 48 degrés. Si la température interne de la tumeur approche 48 degrés, retirez votre pied de la pédale, ce qui permet à la température de redescendre.

Cette baisse de température doit devenir visible en temps réel sur le graphique d’affichage de la température en fonction du temps. Une fois que la température interne de la tumeur est tombée à environ 43 degrés, réactivez l’administration du laser à l’aide de la pédale. La température doit recommencer à augmenter sans descendre hors de la plage hyperthermique.

Continuez cette opération en éteignant le laser pour vous assurer que la tumeur reste à portée hyperthermique. Le graphique d’affichage de la température en fonction du temps devrait commencer à refléter cela sur le modèle de cycle d’arrêt du laser. Tout au long du maintien de l’hyperthermie tumorale, surveillez en permanence la température de surface de la peau pour vous assurer qu’elle reste inférieure à 50 degrés Celsius.

Après cinq minutes de maintien de l’hyperthermie, relâchez la pédale pour arrêter l’administration du laser et permettre à la température interne de la tumeur de redescendre à environ 37 degrés Celsius. Une fois que la tumeur est revenue à une température normale, retirez la sonde de surveillance de la température et essuyez tout excès de gel d’aloe vera à la surface de la tumeur. Retirez la souris de l’anesthésie du cône nasal et surveillez l’excitation de l’animal avant de retourner dans la cage Pour la récupération après la procédure, placez la cage partiellement sur un coussin chauffant comme indiqué ici.

Assurez-vous que les souris ont retrouvé un comportement normal avant de les renvoyer dans leur logement. Ce tableau fournit les valeurs d’irradiance en watts par centimètre carré pour différents paramètres de sortie de courant laser en milliampères et distances de travail en centimètres. Cette table est utilisée pour déterminer la hauteur de laser appropriée en fonction du diamètre de faisceau requis pour couvrir la surface de la tumeur et pour obtenir une irradiance cible d’environ un watt par centimètre carré.

Les valeurs surlignées en vert dans ce tableau indiquent des niveaux d’irradiance optimaux proches d’un watt par centimètre carré. Cette figure montre des profils représentatifs de la température de la tumeur interne au fil du temps en millisecondes enregistrés par la sonde de température de la tumeur interne tout au long de l’exposition de la tumeur à la lumière proche infrarouge. La figure A montre le modèle de cycle laser on off chez une souris injectée de nanotige d’or nécessaire pour maintenir la température tumorale interne dans la plage hyperthermique.

Il souligne l’importance d’une surveillance étroite de la température interne de la tumeur et du cycle d’administration du laser pour maintenir la portée hyperthermique tout au long de la procédure. La figure B montre la différence moyenne de température tumorale interne entre les souris injectées de nanarod d’or et les souris témoins, ou PBS, tout au long de l’exposition de cinq minutes à la lumière proche infrarouge. Sans l’injection de nanotiges d’or, les tumeurs exposées à la lumière proche infrarouge ne chaufferont pas dans une plage hyperthermique légère.

Les tumeurs injectées de PBS plafonnent autour de 39 à 40 degrés Celsius, contrairement aux tumeurs injectées de nanotiges d’or qui atteignent des températures hyperthermiques de 42 à 48 degrés. Notre thérapie hyperthermique ciblée médiée par des nanotiges d’or induit une réduction du volume tumoral sur plusieurs modèles de cancer en miroir dans les 48 à 72 heures suivant le traitement. La figure A montre les mesures du volume tumoral dans 4T1, un modèle de cancer du sein après une thérapie hyperthermique ciblée médiée par des nanotiges d’or.

La figure B montre B16 F10, un modèle de mélanome, et la figure C montre CT26, un modèle de cancer colorectal. Une réduction ou un ralentissement de la croissance du volume tumoral dans les 48 à 72 heures suivant le traitement est indicatif d’un résultat positif. Lors de l’exécution de ce protocole, une surveillance précise en temps réel de la température interne de la tumeur est cruciale pour s’assurer que la plage hyperthermique légère est atteinte et que le traitement est administré de manière cohérente.

Suite à cette procédure, des mesures quotidiennes du volume tumoral doivent être effectuées pour enregistrer les changements de volume tumoral. La régression tumorale dans les deux à trois jours est un indicateur positif du succès du traitement.