方法論記事

非侵襲ハイパーサーミアがん治療のための金ナノ粒子と生体系とラジオ波の相互作用を評価するためのプロトコル

DOI：

10.3791/50480

⸱

2013年8月28日

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1Department of Surgical Oncology, University of Texas M.D. Anderson Cancer Center, 2Department of Chemistry, Rice University , 3Mechanical Engineering and Materials Science, Rice University

この記事について

サマリー

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私たちは、13.56MHzの高周波（RF）の両方の非生物学的および生物学的システムにおける金ナノ粒子コロイドと電気分野（ 試験管内 / 生体内 ）の相互作用を調査するために使用されるプロトコルについて説明します。これらの相互作用は、癌治療における用途のために研究されている。

要約

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既存の対応物よりも毒性および侵襲性癌療法が非常に望ましい。最小限の毒性を引き起こす、身体深部に浸透RF電界フィールドの使用は、現在、非侵襲性癌療法の実行可能な手段として研究されている。これは、内在化ナノ粒子（NPを）有するRFエネルギーの相互作用は、最終的には細胞壊死で終わる、セルの（温熱療法）を引き起こす可能性が過熱する熱を放出することが想定される。

非生物学的システムの場合、我々は、高濃度のNPコロイドによって遊離熱を定量化に関する詳細なプロトコルを提示する。生物系は、in vitro実験の場合には、我々は、効果的に、バルク媒体の加熱アーチファクトが有意にデータを不明瞭にすることなく、RFエネルギーに癌細胞を露出させるために接着されなければならない技術および条件を記載している。最後に、我々は詳細な方法論Fを与えるまたは異所性肝癌腫瘍を用いたin vivoマウスモデルで 。

概要

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（それらの固有の電気誘電率）の生体組織によるRFエネルギーの吸収は、最終的には温熱により細胞死をもたらす時間の関数として高められた組織温度をもたらす。それは、癌温熱療法は、癌細胞内に内在化し、隣接する健康な無傷の、正常細胞を残して、RF熱変換体として作用する標的化ナノ材料の使用によって最適化することができると仮定される。いくつかの報告が既にNPの様々な癌壊死1-4助剤として有効なRF熱源として作用することが示されている。

両方のインビトロおよびインビボ RF実験に使用した場合にこれらの点は、金のNP（AuNPs）3-5、カーボンナノチューブ1、及び量子ドット6において、図7は、刺激的な特性を示している。 RF場に露出これらのNPの加熱機構の正確な性質は、依然として、一連の議論されているがAuNPsを使用した基本的な実験は、NPのサイズと集約状態の両方で大きな意義を置いている。これは、RF場8にさらされたときの直径を有するのみAuNPs <10ナノメートルで加熱することが示された。 AuNPsが凝集している場合にも、この加熱機構を大幅に減衰する。この集約状態は、効果的なRF療法4用endolysomal細胞内コンパートメント内AuNPコロイド安定性を最適化する際に重要視し....

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プロトコル

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完全な実験の概要を図1に示されている。

さらなる詳細は、以下の手順1〜3に示されている。

1。 NPコロイドの高周波加熱を評価する：例としてAuNPs

  1. 一般に、各NPサンプルが調査され、第一のバックグラウンドイオン及び汚染物を除去するために脱イオン（DI）水を用いて遠心分離フィルターを通して試料を数回洗浄する。すべてのイオンおよび汚染物質が洗い流されている液体が、DI水と同様の高周波加熱速度（時間）がAuNP懸濁液から削除されています。この精製プロセスはまた、得られるNPのより高い濃度を可能にする。なお、この例ではAuNPsを用いているが、基本的な原理は 、他のNPの材料に適用することができることは注目に値する。
  2. 一例として、直径5nmの市販のAuNPsの500ミリリットル瓶を浄化した後、電気-Fiは13.56MHzのRFフィールドにそれらをさらすELD強度90 kVの/ M。
    1. 〜6 50kDaの遠心フィルターチューブの間に株式AuNPソリューションとスプリットから125ミリリットルを取る。 3,000 rpmで遠心分離する。 2分5秒。より多くの保存溶液で濾過液リフィルフィルタを削除。すべての500ミリリットルがフィルタリングされるまで繰り返します。
    2. DI水の同じような量で濾過液を交換し、約....

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結果

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1。例としてAuNPs：NPコロイドのRF加熱を評価する。

セクション1.1に従った後 - 1.2.3を5 nmおよび10 nmの直径AuNPsの高濃縮、安定し、かつ精製されたソリューションを持っていることを期待しています。として購入したストック溶液を500ミリリットルから1,000ミリグラム/ Lの濃度で溶液の少なくとも4ミリリットルを得ることを期待図2に示されているようにAuNPsこの濃度でのバックグラウンドDI水緩衝液のHRとの間の差は、それぞれ、〜0.25°C /秒、5〜0.1°C /秒から10nm AuNPsであるべきである。

2。ナノ支援RF誘導ハイパーサーミア：in vitro試験

結果は、理想的にAuNPsを内面化しているRF電界に曝露された細胞は、非AuNPのRF曝露された細胞よりも小さい実行可能であることを示す必要があります。そのような予想される結果の一例を図.......

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ディスカッション

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これらのプロトコルは、実験者が完全に（この場合AuNPs）は、癌治療のためのRF誘導性高体温を増加させることができるためにナノ物質程度を分析することを可能にする。第一のプロトコルは、特に高濃度精製AuNPサンプルから熱産生を分析して扱っています。他のグループは、主にAuNPsがAuNPs自身9-11にせずに懸濁させるバッファから熱産生を報告しているが、それらのRFシステムは、直径AuNPs低濃度の> 10ナノメートルだけでなく、と低いRF動 ​​作電力を使用した電気、 AuNPsから顕著な高周波加熱効果を表示することが低い磁場強度<90 kVの/ M。唯一このレポートに記載されているプロトコルおよびパラメータに従って、実験者は、ナノスケールの熱現象を観察することができます。

in vitroのセクションでは、セルラーRF-NPインターフェースの開発、最適化されたRF / NP誘発性高体温のために研究することができます。 BEFAuNPsとRF曝露の鉱石添加は、あなたが（この場合のHep3B）に関連した癌細胞株の生存可能な二次元層.......

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開示事項

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我々は、開示することは何もありません。

謝辞

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

この作品は、NIH（U54CA143837）、NIH、MDアンダーソンがんセンターサポート助成金（CA016672）、V財団（SAC）、およびKanzius研究財団（SAC、エリー、ペンシルバニア州）からの無制限の研究助成金によって賄われていた。私たちは、行政の支援のために、外科腫瘍科、MDアンダーソンがんセンターのクリスティーン·アッシュに感謝します。

....

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
試薬/材料
500 ml 金ナノ粒子 (5 nm)Ted Pella, INC15702-5
Amicon Ultra-4/-15 Centrifugal Filter Units (50 kDa)MilliporeUFC805024/UFC910096(4 ml and 15 ml volumes)
MEM X1 Cell Culture MediaCellgro10-101-CV(必要に応じて追加の栄養素を追加)
ウシ胎児血清シグマF4135-500 ml
銅テープテッドペラ16072
Equipment
Kanzius RFシステム(13.56 MHZ)ThermMed, LLC, Inc.(米国ペンシルベニア州エリー)
IRカメラFLIR SC 6000、FLIR Systems, Inc.(米国マサチューセッツ州ボストン)お問い合わせFLIR
1.3 ml Quartz CuvetteThermMed, LLC,Inc. (米国ペンシルベニア州エリー)
テフロンサンプルホルダーRotary Stage ThermMed, LLC, Inc. (米国ペンシルベニア州エリー)
SPECTROstar Nano Microplate readerBGM Labtech
UV-Vis spectrometerApplied Nanofluorescence, Houston, TX)NS1 NanoSpectralyzer
ICP-–SPerkinElmerOptima 4300 DV
ZetasizerMalvernZen 3600 Zetasizer
with

参考文献

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  1. Gannon, C. J., et al. Carbon nanotube-enhanced thermal destruction of cancer cells in a noninvasive radiofrequency field. Cancer. 110, 2654(2007).
  2. Curley, S. A., Cherukuri, P., Briggs, K., Patra, C. R., Upton, M., Dolson, E., Mukherjee, P.

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