Somministrazione in vitro e in vivo dell'ipertermia magnetica con nanoparticelle utilizzando un sistema di consegna personalizzato

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

doi:10.3791/61413

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Articolo metodologico

Somministrazione in vitro e in vivo dell'ipertermia magnetica con nanoparticelle utilizzando un sistema di consegna personalizzato

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DOI:

10.3791/61413

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2 luglio 2020

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

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

In questo articolo

Sommario

Questo protocollo presenta le tecniche e la metodologia necessarie per la consegna accurata dell'ipertermia delle nanoparticelle magnetiche utilizzando un sofisticato sistema di consegna e monitoraggio.

Abstract

L'ipertermia è stata a lungo utilizzata nel trattamento del cancro. Le tecniche sono variate dall'inserimento intratumorale di barre di ferro calde, a nanoparticelle magnetiche mirate agli anticorpi tumorali erogate per via sistemica, a temperature da 39 ° C (livello di febbre) a 1.000 ° C (elettrocauterizzazione) e tempi di trattamento da secondi a ore. La relazione temperatura-tempo (dose termica) detta l'effetto con alte dosi termiche con conseguente ablazione tissutale e dosi termiche più basse con conseguenti effetti subletali come aumento del flusso sanguigno, accumulo di farmaci e stimolazione immunitaria. Una delle terapie mediche attuali più promettenti è l'ipertermia con nanoparticelle magnetiche (mNPH). Questa tecnica prevede l'attivazione di nanoparticelle magnetiche, che possono essere veicolate sistemicamente o intratumoralmente, con un campo magnetico alternato non invasivo e non tossico. La dimensione, la costruzione e l'associazione delle nanoparticelle magnetiche e la frequenza e l'intensità del campo magnetico sono i principali determinanti del riscaldamento. Abbiamo sviluppato strumentazione e tecniche sofisticate per fornire ipertermia magnetica riproducibile con nanoparticelle in modelli animali grandi e piccoli e cellule in coltura. Questo approccio, che utilizza il monitoraggio continuo della temperatura in tempo reale in più posizioni, consente la somministrazione di dosi termiche ben definite al tessuto bersaglio (tumore) o alle cellule, limitando al contempo il riscaldamento dei tessuti non bersaglio. Il controllo e il monitoraggio precisi della temperatura, in più siti, e l'uso dell'algoritmo standard del settore (minuti equivalenti cumulativi a 43 °C / CEM43), consente una determinazione e una quantificazione accurate della dose termica. Il nostro sistema, che consente un'ampia varietà di temperature, dosi termiche ed effetti biologici, è stato sviluppato attraverso una combinazione di acquisizioni commerciali e sviluppi interni di ingegneria e biologia. Questo sistema è stato ottimizzato in modo da consentire la rapida conversione tra tecniche ex vivo, in vitro e in vivo. L'obiettivo di questo protocollo è dimostrare come progettare, sviluppare e implementare una tecnica e un sistema efficaci per fornire ipertermia riproducibile e accurata con terapia magnetica con nanoparticelle (mNP).

Introduzione

L'ipertermia è stata storicamente utilizzata nella terapia del cancro, da sola o in combinazione con altri trattamenti. Sebbene abbia una lunga storia di utilizzo, il metodo più vantaggioso per fornire questo trattamento è ancora in discussione e dipende dal sito e dalla posizione della malattia. I metodi per la somministrazione di ipertermia includono microonde, radiofrequenza, ultrasuoni focalizzati, laser e nanoparticelle metalliche (come oro o ossido di ferro)1,2,3,4. Questi metodi di somministrazione possono portare a una gamma di tempe....