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I campi di trattamento tumorali (TTFields) sono una modalità anti-mitotica per il trattamento di glioblastoma multiforme e potenzialmente di altri tipi di cancro. I campi vengono erogati mediante l'applicazione continua di campi elettrici alternati a bassa intensità (1-3 V / cm), frequenze intermedie (100-500 kHz) alla regione del tumore 1 , 2 . L'applicazione di TTFields in vitro e in vivo ha dimostrato di inibire sia la crescita di varie linee cellulari cancerose sia la progressione dei tumori in diversi modelli tumorali animali 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 . Studi clinici piloti e studi randomizzati su pazienti con tumori solidi, inclusi glioblastoma e cancro polmonare non a piccole cellule, hanno dimostratovalutato la sicurezza e l'efficacia di applicazione continua TTFields 8, 9, 10. L'efficacia dei TTFields è risultata essere: (1) in funzione della frequenza, con specifiche frequenze ottimali portano alla massima riduzione dei conteggi delle cellule di linee cellulari di diversa origine 1, 2, 4, 5, 6, 7; (2) campo elettrico di intensità-dipendente, con una soglia minima per l'attività a circa 1 V / cm e più potenti intensità superiori 1, 2, 7, 11; (3) aumentata quando la durata del trattamento è stata più lunga 5; e (4) maggiore quando sono stati applicati 2 TTFields direzionali perpendicolarmente tra OTHEr, rispetto ai campi elettrici applicati da una sola direzione 1 . Sulla base dei risultati di cui sopra, TTFields può essere applicato ai pazienti per lunghe durate utilizzando 2 set di matrici di trasduttori localizzati sulla pelle dei pazienti per massimizzare le intensità di campo elettrico nel letto tumorale 12 , 13 .
Studiare gli effetti di TTFields sulle cellule cancerose in vitro attualmente fornisce l'unico modo per determinare la frequenza ottimale da applicare a un tipo specifico del tumore. Il test per la frequenza ottimale richiede un dispositivo che consente l'applicazione di diverse frequenze nell'intervallo 100-500 kHz ea intensità fino a 3 V / cm quadrato medio radicale (RMS) alla coltura cellulare. Poiché l'applicazione TTFields produce calore, il sistema di applicazione richiede la capacità di dissipare il calore eccessivo pur mantenendo un controllo stretto sulla temperatura.
Diversi dispositivi sono statie sviluppato negli anni per consentire l'applicazione TTFields per colture cellulari 1, 2, 5, 14, 15, 16. In tutti questi dispositivi, gli elettrodi utilizzati sono stati isolati per evitare gli avvertimenti insiti nell'uso di elettrodi conduttivi, come lo scambio di elettroni sulla superficie dell'elettrodo e il rilascio di ioni metallici tossici nel mezzo 1. La differenza principale tra i vari sistemi applicativi TTFields testati è il tipo di isolamento elettrodo utilizzato, sia con elettrodi in fili metallici isolati con un film sottile di isolante 2, 14, 15, 16, oppure con un materiale ad alta costante dielettrica (per esempio, piombo magnesio niobato piombo titanate (PMN-PT)) 6. Mentre gli elettrodi conduttori isolati offrono una soluzione relativamente semplice e conveniente per applicazioni TTFields, sono spesso limitati dalla alta tensione necessaria per ottenere efficaci intensità di campo elettrico sopra la soglia / 1 V cm e dalla superficie disponibile per la placcatura cellule, come la distanza tra gli elettrodi è relativamente piccolo. I sistemi basati su elettrodi isolati con un materiale ad alta costante dielettrica richiedono capacità di progettazione e di fabbricazione speciali, ma non richiedono alta tensione e può offrire una superficie maggiore per la crescita cellulare tra gli elettrodi.
Il sistema in vitro applicazione TTFields utilizzato in questo lavoro appartiene a quest'ultima classe di sistemi, con l'unità centrale essendo una piastra di Petri (piatto TTFields, vedi Figura 1), composta alta costante dielettrica ceramica (cioè, PMN-PT). Due coppie di elettrodi sono stampati perpendicolarmente sul wal esternols di un piatto TTFields per consentire l'applicazione di campi elettrici da 2 direzioni. Gli elettrodi sono collegati ad un generatore di forma d'onda sinusoidale ed un amplificatore, che consentono di applicazione TTFields nella gamma di frequenza di 50-500 kHz. Per dissipare il calore eccessivo, i piatti TTFields sono mantenute all'interno di un incubatore refrigerato, con il controllo della temperatura media effettuata utilizzando costante monitoraggio della temperatura piatto e regolazioni alla tensione applicata dal sistema. In pratica, impostando l'incubatore a una temperatura più bassa porterebbe a maggiori intensità di campo elettrico, come il sistema aumenta la tensione fino al raggiungimento della temperatura desiderata all'interno del piatto. La differenza tra la temperatura all'interno del piatto e la temperatura dell'incubatrice può portare a qualche evaporazione, a seconda delle gradienti di temperatura; quindi, il terreno di coltura deve essere sostituito ogni 24 ore per mantenere condizioni di crescita adeguate.
Il protocollo di seguitoDescrive la procedura sperimentale per ottimizzare l'applicazione delle frequenze TTFields alle cellule cancerose in modo da ottenere una riduzione massima del numero di cellule e una riduzione del potenziale delle cellule sopravviventi a formare colonie.