腫瘍内金ナノロッドによる近赤外光の光熱変換によるマウス腫瘍モデルにおける標的軽度温熱療法の誘導

標的温熱療法は、周囲の健康な組織への損傷を最小限に抑えながら腫瘍温度を選択的に上昇させるように設計されたがん治療における新たなモダリティです。この方法は、固形腫瘍において金ナノロッドを介した温熱療法を誘導する、高効率で資源集約的で再現性のある方法を記述しています。金ナノロッドを腫瘍内に直接注射した後、近赤外光にさらすことで、腫瘍を正確で制御された高度に局所的な加熱が可能になります。

このプロトコルの成功は、適切な波長の近赤外光を使用した金ナノロッドの効率的な深部組織活性化と、手順全体にわたる腫瘍内部温度の正確なリアルタイムモニタリングにかかっています。7日目頃、がん細胞注射後、または腫瘍が触知できるようになったときに、毎日の腫瘍測定を開始します。処置を開始する前に、腫瘍の幅、長さ、高さを測定して、腫瘍の総体積を計算します。

腫瘍が約 50 ミリメートルの立方体積に達したら、手順を実行することを目指します。私たちのモデルでは、この腫瘍体積は、がん細胞注射後 10 日目から 12 日目の間に達成されました。滅菌生物学的安全キャビネットでは、31ゲージの針が付いた1ミルのシリンジを使用して、各腫瘍の体積に基づいて適切な量の金ナノロッドを抽出します。

金ナノロッド注射の前に、毎分0.8リットルの流量で2%イソフルランを送達するノーズコーンを使用してマウスを麻酔します。乾燥を防ぎ、レーザーによる潜在的な損傷を最小限に抑えるために、両目に目の潤滑剤を塗布します。必要に応じて、腫瘍の周りの余分な毛皮を剃って皮膚表面が露出するようにし、エタノールを使用して腫瘍表面を消毒し、毛皮や破片を拭き取ります。

レーザー照射の前に、金ナノロッドを腫瘍体積の立方ミリメートルあたり1マイクログラムの濃度で腫瘍内に注射します。必要に応じて、2つの腫瘍内部位に注射を分割して、腫瘍内にゴールデンナノロッドを効率的に分布させます。注射後は、皮膚表面の余分な金色のナノロッドを必ず拭き取ってください。

対照群マウスの場合、ゴールデンナノロッド治療群に使用される同等の量の滅菌PBSの腫瘍内注射を投与します。挿入前に腫瘍内温度プローブをエタノールで洗浄します。温度プローブを腫瘍塊の中央にそっと挿入します。

皮膚潰瘍を防ぎ、治療中の熱損傷のリスクを最小限に抑えるために、腫瘍表面に厚さ約 5 ミリメートルのアロエベラ ジェルを均一に塗布します。レーザーを調整して、腫瘍の真上に並びます。放射照度ルックアップテーブルを使用して、腫瘍表面積をカバーするために必要なレーザービーム直径に基づいて最適なレーザー高さを決定します。

レーザーと熱電冷却源のスイッチを入れます。次に、レーザーシステムを電源に接続します。熱電冷却源をオンにします。

青色のLEDライトが点灯し、30秒後、温度は摂氏25度に安定します。放射照度ルックアップテーブルに基づいて、レーザー電流出力を調整して、約1ワット/センチメートルの放射照度を達成します。私たちの実験では、レーザーの高さ 1.5 センチメートル、ビーム直径 1.3 センチメートル、レーザー電流 1800 ミリアンペアの結果、放射照度値は 0.82 ワット/センチメートル 1 平方メートルとなり、腫瘍モデルに最適化されました。

この時点以降、レーザー手術室のすべての人が、使用する光の波長に対して認定されたレーザー安全メガネを着用するようにしてください。マウスに向けられたレーザープラットフォームに隣接してサーモカメラを設置し、レーザー処置中の皮膚表面温度を監視します。熱結合データロギングソフトウェアで記録を開始し、腫瘍内部の温度対時間グラフがリアルタイムで表示されていることを確認します。

レーザー安全キーを回して、ソース出力を有効にします。フットペダルを押してレーザー投与を開始しますレーザー開始時間に、腫瘍内部の温度が上昇し始め、42〜48度の目標温熱範囲に入るまでに約15秒から2分かかります。腫瘍の内部温度が48度に近づいたら、ペダルから足を離し、温度を下げます。

この温度の低下は、温度対時間表示グラフでリアルタイムで確認できるはずです。腫瘍内部の温度が約43度に下がったら、フットペダルを使用したレーザー投与を再び有効にします。温度は、温熱範囲から外れることなく再び上昇し始めるはずです。

腫瘍が温熱範囲内に留まるように、レーザーのオンオフサイクルを続けます。温度対時間の表示グラフは、レーザーのオンオフサイクルパターンを反映し始めるはずです。腫瘍温熱療法の維持中は、皮膚表面温度を継続的に監視して、摂氏 50 度未満にとどまることを確認します。

温熱療法を5分間維持した後、フットペダルを放してレーザー投与を停止し、腫瘍内部の温度を摂氏約37度まで下げます。腫瘍が常温に戻ったら、温度監視プローブを取り外し、腫瘍表面の余分なアロエベラゲルを拭き取ります。ケージに戻る前に、ノーズコーン麻酔薬からマウスを取り外し、動物の覚醒を監視します。処置後の回復のために、ここに示すようにケージを部分的にヒートパッドの上に置きます。

ネズミを飼育施設に戻す前に、ネズミが通常の行動に戻ったことを確認してください。この表は、ミリアンペア単位のさまざまなレーザー電流出力設定とセンチメートル単位の作動距離のワット/センチメートルの放射照度値を示しています。この表は、腫瘍表面を覆い、1センチメートル平方あたり約1ワットの目標放射照度を達成するために必要なビーム直径に基づいて適切なレーザー高さを決定するために使用されます。

この表の緑色の強調表示された値は、1 ワット/センチメートル四方付近の最適な放射照度レベルを示します。この図は、近赤外光への腫瘍曝露中に内部腫瘍温度プローブによって記録された、時間の経過に伴う代表的な内部腫瘍温度プロファイルをミリ秒単位で示しています。図Aは、腫瘍の内部温度を温熱範囲に維持するために必要な金ナノロッド注入マウスのオンオフレーザーサイクルパターンを示しています。

これは、処置全体を通じて温熱範囲を維持するために、腫瘍内部温度の綿密な監視とレーザー投与のサイクルの重要性を強調しています。図Bは、近赤外光への5分間の曝露全体を通して、金ナナロッド注射マウスと対照マウス、またはPBS注射マウスの間の腫瘍内部温度の平均差を示しています。金ナノロッドを注入しないと、近赤外光にさらされた腫瘍は軽度の温熱範囲に加熱されません。

PBS注射された腫瘍は、42〜48度の高熱温度に達する金ナノロッド注射腫瘍とは対照的に、摂氏約39〜40度でプラトーになります。当社のゴールドナノロッドを介した標的温熱療法は、治療後48〜72時間以内に、複数のミラーリングがんモデルにわたって腫瘍体積の縮小を誘導します。図Aは、金ナノロッドを介した標的温熱療法後の乳がんモデルである4T1の腫瘍体積測定値を示しています。

図Bは黒色腫モデルであるB16 F10を示し、図Cは結腸直腸癌モデルであるCT26を示しています。治療後48〜72時間以内の腫瘍体積増量の減少または減速は、陽性結果を示しています。このプロトコルを実行する場合、穏やかな温熱範囲が達成され、治療が一貫して提供されていることを確認するために、腫瘍内部温度の正確なリアルタイムモニタリングが重要です。

この手順に続いて、腫瘍体積の変化を記録するために、毎日の腫瘍体積測定を実行する必要があります。2〜3日以内の腫瘍の退縮は、治療の成功の肯定的な指標です。