磁気温熱療法とポト温熱併用がん治療のための磁気、音響、光三重応答性マイクロバブル

このプロトコルは、ポストナノメディシンの送達と、がん治療におけるナノ粒子の抗がん効果を改善するための大きな期待を秘めています。この技術は、磁気応答性、音響応答性、光学応答性を1つのナノセラピューティクスプラットフォームに集約し、ナノメディシンの制御と標的送達を実現し、光熱療法と磁気温熱療法の組み合わせを促進します。この手順を実演するのは、私の研究室の磁気温熱療法および光熱併用がん治療フェローである、磁気温熱療法および光熱併用がん治療のフェローであるSiyu Wangです。

ナノ粒子シェルマイクロバブル形成のためには、磁性酸化鉄ナノ粒子を脱イオン水に均一に分散させて10ミリグラム/ミリリットルの原液を生成し、そのナノ粒子溶液を超音波洗浄機に20分間装填する。超音波処理の終わりに、150マイクロリットルの脱イオン水、150マイクロリットルの10ミリモルドデシル硫酸ナトリウム、および400マイクロリットルの超音波処理酸化鉄ナノ粒子溶液を1.5ミリリットルの遠心分離チューブに加えます。次に、ホモジナイザーを足場で氷浴に固定し、ナノ粒子溶液を氷浴に入れます。

ホモジナイザープローブをナノ粒子溶液に浸し、懸濁液を毎分20, 000回転で3分間均質化します。均質化の最後に、溶液を室温で12時間安定させてから、チューブを磁気ホルダーに入れて、ナノ粒子の殻入りマイクロバブルをチューブ壁に吸着させます。上清を1ミリリットルの新鮮な脱イオン水と3回交換して、ナノ粒子の殻付きマイクロバブルを洗浄します。

最後の洗浄後、チューブをわずかに振って、10マイクロリットルのナノ粒子シェルマイクロバブルをきれいなスライドガラスに移します。蛍光顕微鏡と20倍の倍率を使用して、ナノ粒子の殻状マイクロバブルを画像化します。イメージング後、顕微鏡ソフトウェアで画像を開き、定規を使用して定規と同じ長さの赤い線を設定します。

[設定とスケール] をクリックして定規の長さを入力し、少なくとも 200 個のマイクロバブルの直径で同じ長さの線を引きます。次に、[レポート] と [レポートの表示] をクリックします。マイクロバブルの音響応答を測定するには、1.5ミリリットルのチューブ内の800マイクロリットルの脱イオン水に200マイクロリットルのナノ粒子シェルマイクロバブルを希釈し、関数発生器、増幅器、インピーダンス整合、および自家製のフォーカストランスデューサを接続します。

トランスデューサーを人工直方体シンクの底の中央に置き、ハイドロフォンをオシロスコープに接続して、出力超音波強度を監視します。トランスデューサーを水没させるのに十分な脱イオン水を追加し、関数発生器をスイープモードに調整します。10 〜 900 キロヘルツの周波数範囲にチューニングし、振幅を 20 電圧ピーク ツー ピークに設定します。

アンプを使用して、超音波の出力を0.1%に調整し、サイクル期間を1秒間隔で4秒に調整します。ナノ粒子のチューブを自家製のフォーカストランスデューサーの上部にある足場に入れ、磁石をチューブの底に取り付けます。ファンクションジェネレーターとアンプの電源を入れます。

25秒の超音波サイクルを5回繰り返した後、ファンクションジェネレーターのスイッチを切り、磁石を取り外します。次に、ナノ粒子溶液を1ミリリットルの脱イオン水と交換し、超音波と治療を繰り返します。マイクロバブルの光学処理用にレーザーをセットアップするには、まずレーザー電源をオンにします。

数分後、ファイバー結合された808ナノメートルレーザーダイオードをレトルトスタンドに固定し、光ファイバーを使用してレーザービームをサンプルステージに向けます。凸レンズを使用してサンプルステージに焦点を合わせ、直径6mmの光スポットを実現し、レーザーパワーメーターでパワー出力を測定します。次に、電力を1平方センチメートルあたり1ワットに調整します。

光熱測定を行うには、個々の1.5ミリリットルの遠心分離管に1ミリリットルの容量の異なる酸化鉄ナノ粒子を調製し、最初のチューブをレーザービームの焦点領域に配置します。サンプルのベースライン温度を記録し、レーザーおよび赤外線熱画像カメラをオンにします。サンプルに10分間連続して照射し、リアルタイムで温度を記録します。

次に、レーザーとカメラの電源を切り、領域の温度がベースラインに戻るのを待ってから、同じ方法で他のサンプル濃度を測定します。水溶液中での磁気温熱測定のためには、示されているように異なる酸化鉄ナノ粒子希釈液を調製し、水冷磁気誘導銅コイルの中心に1つの希釈液を置きます。交流磁場と赤外線熱画像カメラをオンにし、リアルタイムで温度を記録しながらサンプルを10分間連続的に誘導します。

治療終了時に、交流磁場とカメラの電源を切ります。銅コイルの温度がベースラインに戻ったら、次のサンプルを測定します。ナノ粒子の殻状マイクロバブルは、典型的には、平均直径が約5.41マイクロメートルの球形をしている。

マイクロバブルは最長で1年間無傷のままですが、超音波サイクルの数を増やすことで鉄の段階的な放出を達成できます。水溶液中での酸化鉄ナノ粒子媒介光熱測定は、5ミリグラム/ミリリットルの鉄濃度で近赤外レーザー光に10分間さらされると、酸化鉄ナノ粒子の温度が経時的に急速に上昇し、摂氏30度の上昇が達成されることを明らかにしました。対照群と比較して、乳がん細胞株を高濃度の鉄とインキュベートしても、形態や生細胞数に違いは観察されず、酸化鉄ナノ粒子のバイオアベイラビリティが良好であることを示唆しています。

照射すると、ナノ粒子処理されたがん細胞は丸みを帯びた形状になり、生存率の低下を示し、アポトーシスを示しました。照射後5分で、ゼラチン注入部位の温度が約20°C急上昇します。交互磁界療法にばく露すると、異なる濃度の酸化鉄ナノ粒子の熱イメージングにより、ナノ粒子シェル型マイクロバブルに特徴的な交互磁界応答が明らかになる。

さらに、交流磁界療法にばく露されたマウスの全面的なイメージングにより、関心領域内の有意な急速な温度変化が明らかになる。ナノ粒子溶液の撹拌中は、ホモジナイザープローブが溶液内に完全に浸ったままであることを確認してください。このプロトコルは、がん治療におけるナノメディシン送達の課題に対処するために、腫瘍組織への浸透を達成および改善することもできます。