Method Article

固形腫瘍内の灌流、間質液圧とリポソーム蓄積の空間測定

DOI:

10.3791/54226

⸱

August 18th, 2016

 ,  ,  ,  , 
1Department of Medical Biophysics, University of Toronto, 2Leslie Dan Faculty of Pharmacy, University of Toronto, 3STTARR Innovation Centre, Princess Margaret Cancer Centre, 4Institute of Biomaterials and Biomedical Engineering, University of Toronto, 5Techna Institute, University Health Network, 6Radiation Medicine Program, Princess Margaret Cancer Centre

In This Article

Summary

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リポソームの不均一な腫瘍内蓄積は、異常な腫瘍微小環境に関連しています。ここでは、画像誘導ロボットシステムを使用して、灌流イメージングおよび間質液圧(IFP)の上昇により腫瘍の微小循環を測定する方法が提示されます。測定値は、体積マイクロCTイメージングを使用して決定されるリポソームの腫瘍内蓄積と比較されます。

Abstract

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リポソームの異種の腫瘍内蓄積は、それらの効力の重大な決定要因です。カオス腫瘍微小循環および高いIFP両方をリポソームなどのナノテクノロジーベースの薬物送達系の異種腫瘍内分布に連結されています。本研究では、腫瘍の微小循環との関係は、IFPは上昇し、ナノ粒子の蓄積は、インビボ実験により調査しました。これは、コンピュータ断層撮影法（DCE-CT）およびマイクロCTスキャナに接続された新規な画像誘導ロボット針配置システムを用いて腫瘍IFPを測定拡張ダイナミックコントラストを用いて腫瘍微小循環を評価することによって達成されました。リポソームの腫瘍内蓄積は安定造影剤イオヘキソール（CT-リポソーム）をカプセル化するナノ粒子、リポソーム製剤のCT画像に基づく評価によって決定しました。の空間分布の共局在のために許可されたCT画像腫瘍の血行動態、IFPおよび乳癌の個々の皮下異種移植マウスモデルにおけるCT-リポソームの蓄積。測定は、灌流および血漿体積分率は、リポソームの腫瘍内分布の強力なメディエーターであるという発見につながりました。さらに、結果は、IFPは、血流を調節を通してリポソーム分布を媒介する間接的な役割を果たしていることを示唆しています。

Introduction

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ナノ粒子薬物送達系の腫瘍内蓄積を測定することは、細胞傷害性薬物の適切な濃度は、腫瘍内で達成されたかどうかを決定するための重要なツールを提供することができます。 「イメージ可能な」リポソーム系の開発は、陽電子放射断層撮影（PET）1、光学蛍光2、及びコンピュータ断層撮影（CT）3などのイメージングモダリティを使用して、薬物送達ビヒクルの検出の非侵襲的かつ定量的なin vivoでのを可能にします4及び磁気共鳴イメージング（MRI）5。イメージングは、リポソーム送達システムの薬物動態及び生体内分布を決定し、ナノ粒子の蓄積6,7に被験者間の程度と腫瘍内の不均一性を明らかにするために使用されています。しかし、ナノ粒子のイメージングは​​、単独で彼らの貧しい人々の蓄積と流通に貢献した生物学的障壁を特定するものではありません。この知識はrに最も重要ですationalより有効な製剤の開発、および戦略は、腫瘍内蓄積8を向上させます。治療戦略は、改善されたナノ粒子の輸送9で得られた特定の生物学的障壁を調節するために適用され得ることが実証されています。さらに、ナノ粒子製剤は、具体的には、特定の生物学的輸送障壁10を克服するために開発されてきました。両方のシナリオでは、生物学的障壁の測定は、適切なナ....

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Protocol

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すべてのin vivo実験は、大学健康ネットワーク施設内動物管理使用委員会によって承認されたプロトコルの下で行われました。

1.動物モデル

  1. 一緒に10％ウシ胎児血清（FBS）およびペニシリン-ストレプトマイシンの100倍希釈液を含むDMEM中で5×10 6個 の MDA-MB-231 7乳腺癌腫瘍細胞との間の培養物。
  2. 収穫細胞、それらを0.05％トリプシン-EDTA溶液を用いて80％コンフルエントである場合。 3-5分後、DMEMの3倍容量のトリプシン-EDTAを中和します。細胞の15μlのアリコートを取り、血球計数器を使用してカウントされます。 200×gで5分間ペレット内に遠心分離細胞、および1mlあたり10×10 6細胞の濃度でHBSに再懸濁します。
  3. インプラントの皮下（SC）各8〜12週齢の雌SCIDマウスの後肢に1×10 6 2個の細胞を注入した腫瘍（n = 5）でした。注射のための標準的な25 Gの針を使用してください。
  4. モニタートンumor成長キャリパー（幅2×体積= 0.5×長さ）を使用し、SC腫瘍がボリューム> 200ミリメートル3（約7〜9日）に達した後、測定を開始しま....

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Results

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上記のプロトコルは、それぞれ91.8±0.3 nmおよび-45.5±2.5 mVのを、イオヘキソールのカプセル化された濃度とCT-リポソームを得るリポソーム直径、および55ミリグラムミリリットル-1のゼータ電位を意味するべきである。 図1aは、代表DCE-CTイメージングを含み、その結果、イオヘキソールの腫瘍内蓄積の経時変化を示すボリュームデータの時系列を得ました。腫瘍内のROIを選択すると、灌流、血管透過性、血漿体積分率、及び間質体積分率（ 図1b）の推定値を得るために、トレーサー動態モデリング法を用いて定量することができるTICをもたらします。この研究では、2コンパートメントトレーサー動態モデルを使用し、Matlabの14に実装さ非線形曲線フィッティングルーチンを用いて測定TICに収まります。同じサイズの複数の関心領域に腫瘍体積を分割することは、Tの定量化を可能にします彼は、腫瘍体積（ 図1c）内血行動態パラメータの分布を空.......

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Discussion

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本明細書に提示される画像ベースの測定のための方法は、腫瘍の微小循環特性、IFP、およびCT-リポソーム蓄積の空間分布の決意を可能にします。これらのプロパティを関連付けるための以前の試みは、複数の腫瘍を有する動物全体で一括測定を行うに依存していましたので、一般的にナノサイズの薬物送達システム15のために観察された腫瘍内蓄積の不均一性に責任のメカニズムを解明するため、感度を欠いています。 DCE-CTは、腫瘍微小循環の特性における腫瘍内の変化を測定するためのツールを提供し、容積CTは、CT-リポソーム堆積速度の正確な描写を提供し、CT-IFPロボットシステムにIFPの空間マッピングを実行するためのツールを提供します同じ動物。また、DCE-CTイメージングは​​、潜在的に、本研究の知見を作り、臨床設定において臨床的に訳を、腫瘍の血行動態を測定するための臨床的に承認された方法であり、テーブル。

測定の複雑さを考えると、堅牢なデータ・セットの収集を確実にするためにいくつかの重要な要因があります。腫瘍微小循環のDCE-CTベースの定量化は間違いなく、腫瘍の血行動態の正確な.......

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Disclosures

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著者は開示するものは何もありません

Acknowledgements

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著者は、MDA-MB-231細胞の培養とMDA-MB-231異種移植片の移植を支援してくれたJaved Mahmood博士、CT-リポソームを準備してくれたLinyu Fanに感謝したいと思います。Shawn Stapletonは、CIHRのNatural Sciences and Engineering Research Postgraduate Scholarships ProgramおよびTerry Fox Foundation Strategic Initiative for Excellence in Radiation Research for the 21st Century(EIRR21)からの資金提供に感謝しています。この研究は、テリー・フォックス・ニュー・フロンティア・プログラム(020005)とカナダ衛生研究所(102569)からの助成金によって支援されました。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
MDA-MB-231 転移性乳房腺癌腫瘍細胞 ATCCHTB-26
ダルベッコ改良型イーグルミディアム (DMEM) Life Technologies11965-092
ウシ胎児血清 (FBS)Sigma-AldrichF1051
HyClone ペニシリン-ストレプトマイシン 100x SolutionGE Healthcare Life SciencesSV30010
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol redThermoFisher Scientific25300-054
1,2-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン (DPPC)Avanti Lipids Inc., USA850355P
コレステロール (CH)Avanti Lipids Inc., USA700000P
1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N-ポリ(エチレングリコール) 2000 (DSPE-PEG2000)Avanti Lipids Inc., USA880128P
オムニパク (イオヘキソール) 300 mg of iodine/ml GEヘルスケア、カリフォルニア州
80 nm 細孔径 Track-Etch ポリカーボネート膜Whatman Inc.、米国
200 nm 細孔径 Track-Etch ポリカーボネート膜Whatman Inc.、米国
10 m Lipex 押出機 Nothern Lipids Inc, CA
Dialysis Bag Molecular Weight Cut Off (MWCO) of 8 kDaSpectrum Labs, USA 
750,000 ノミカル分子量カットオフ (NMWC) タンジェンシャル フロー カラム MidGee限外ろ過カートリッジ、GE Healthcare、CA
蠕動ポンプ Watson Marlow Inc., USA
UV分光計Helios γ, Spectronic Unicam, 米国
90Plus粒度分布分析装置 ホルツビル市ブルックヘブン
eXplore Locus Ultra micro-CTシステム GEヘルスケアCT-Consoleソフトウェア
AxRecon GPUベースの再構築nbsp;Acceleware Corp. CA
27 G カテーテル SURFLO 翼付き輸液セットテルモ メディカル プロダクツ、米国SV*27EL
PE20 ポリエチレン チューブベクトン ディキンソン、米国427406
ペン先 25 G × 3.5′&プライム;ホイテカー脊髄針 ベクトンディキンソン、米国405140IFP針
P23XL 圧力トランスデューサ ハーバード装置、CAP23XL
PowerLab 4/35、ブリッジアンプ、LabChart Pro 7.0ADInstruments Pty Ltd.、米国PL3504、FE221IFP取得システムおよび取得ソフトウェア
CT-Sabre Small Animall介入システム(CT-IFPロボット)Parallax Innovations、CACT-IFPロボット制御ソフトウェア
CT-IFPロボットアライメントソフトウェアを使用して操作 カスタムMatlabソフトウェア
DCE-CT解析ソフトウェアカスタムMatlabソフトウェア
Matlab 2013bMathworks, USA
米国カリフォルニア州を使用して操作&

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Seo, J. W., Zhang, H., Kukis, D. L., Meares, C. F., Ferrara, K. W. A novel method to label preformed liposomes with 64Cu for positron emission tomography (PET) imaging. Bioconjugate chemistry. 19 (12), 2577-2584 (2008).
  2. Huang, H., Dunne, M., Lo, J., Jaffray, D., Allen, C.

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