プラズモニック光熱がん治療:光熱温度分布を可視化するためのナノ粒子包埋腫瘍組織模倣ファントム

研究範囲は基本的に、腫瘍組織の開発とプラズモン光熱がん治療薬のファントムの作成による数値シミュレーションの検証、および治療結果を評価するためのin vivo実験の治療パラメータの指定が含まれます。このプロトコルは、プラズモン光熱療法の数値モデリングと実験的検証、および臨床翻訳前のin vivo評価のための治療パラメーターの推定との間のギャップを埋めます。このプロトコルは、熱電対モニタリングを備えたアガロースファントムを使用して、固形腫瘍のプラズモン光熱相互作用の費用対効果の高い評価を提供し、それにより、in vivo試験のための動物の必要性を最小限に抑えます。

ファントムベースの評価により、治療精度を向上させるためのシミュレーションの検証や、ナノ粒子濃度や反復設定などのパラメータの調整が可能になり、安全で効果的なプラズモン光熱がん治療薬のサポートが可能になります。将来的には、メラニン、ヘモグロビン、血流が関与する、よりリアルな腫瘍組織作製ファントムを開発したいと考えています。また、大きな腫瘍に対するマルチサイト注射についても検討したいと考えています。

まず、CADソフトウェアを使用して3次元モデルを設計します。[新規]をクリックし、[作成]をクリックして、中空の円筒型を設計します。[ドキュメント設定]を押して[単位]を選択し、単位をミリメートルに変更します。

内径 40 mm、高さ 12 mm の円筒形の金型と、2 つの固体円筒形マスキング金型を設計します。生成されたGコードを使用して、ポリ乳酸フィラメントを備えた3Dプリンターで金型を印刷します。溶液1の調製には、ビーカー内の33.18ミリリットルの脱イオン水に0.35グラムのアガロースを加えます。

ビーカーをアルミホイルで覆い、水の損失を防ぎます。ホットプレートの上でビーカーを120°Cに加熱し、溶液が透明になるまで攪拌します。次に、ホットプレートの温度を摂氏60度に下げ、溶液を15分間冷まします。

攪拌しながら、1.82ミリリットルの脂質内溶液を加え、混合を続けます。解決策2として、ビーカー内の1.18ミリリットルの脱イオン水に45ミリグラムのアガロースを加え、アルミホイルで覆います。先に示したように溶液を加熱および冷却した後、攪拌しながら106.2マイクロリットルの脂質内溶液と3.21ミリリットルの金ナノロッド懸濁液を添加します。

使用まで、2つの溶液を摂氏60度で連続的に攪拌します。溶液3を調製するには、ビーカー内の2.44ミリリットルの脱イオン水に25ミリグラムのアガロースを加え、アルミホイルで覆います。溶液を加熱して冷却します。

次に、60度で攪拌しながら59マイクロリットルの脂質内溶液を加えます。腫瘍組織模倣ファントムの調製には、まず円筒形の金型の底部をパラフィルムで密封します。マスキングモールドを中央に置きます。

ITファントムの作製には、マスキング金型の上部マークまで円筒型に溶液を1つ流し込みます。固化後、マスキングモールドを取り外して、腫瘍領域の空洞を作成します。次に、キャビティに溶液2を充填し、固化させます。

次に、ファントムの上部に溶液1を追加し、完全に固化させます。IVファントムの調製には、小さなマスキング金型を挿入し、その周囲のキャビティに溶液2を充填します。固化後、小さい方の金型を取り外し、残りのキャビティに溶液3を充填します。

溶液1を上部に追加し、完全に固化させます。次に、長さに切断された一部のガラスキャピラリー内に熱電対を挿入します。指定された半径方向および軸方向の位置でファントムを穿刺します。

すべての熱電対が所定の位置に配置されたら、ファントムをガラスのペトリ皿に慎重に置き、その後のNIR赤外線照射に備えます。ファントムの上面の中央領域がNIR赤外線光源の光ファイバー先端に対して垂直で軸方向に整列するように、ガラスペトリ皿を配置します。次に、データ収集システムをコンピューターに接続し、ラボビューソフトウェアを起動します。

NIR赤外線光源をオンにし、ソフトウェアの再生ボタンを押して温度データの記録を開始します。暗い部屋でファントムを20分間照射します。次に、NIR光源をオフにして、録音を停止します。

次に、記録された平均温度対時間データをプロットし、次に、すべての熱電対位置でシミュレートされた温度に対して平均実験温度をプロットします。金ナノロッド埋腫瘍組織ファントムのIT分布の温度上昇は、IV分布の散乱が増加したため、IV分布よりも高かった。最大温度上昇は、ゼロ3熱電対の位置でのIT分布で約11°C、IV分布で約6°Cでした。

腫瘍内分布と静脈内分布の最大平均二乗誤差は、それぞれ摂氏2.10度と摂氏1.94度でした。