종양내 금 나노로드에 의한 근적외선의 광열 변환을 통한 쥐 종양 모델에서 표적 경미한 온열요법 유도

표적 온열 요법은 주변의 건강한 조직에 대한 손상을 최소화하면서 종양 온도를 선택적으로 높이도록 설계된 암 치료의 새로운 방식입니다. 이 방법은 고형 종양에서 금 나노로드 매개 온열요법을 유도하는 매우 효율적이고 자원 집약적이며 재현 가능한 방법을 설명합니다. 금 나노로드를 직접 종양내 주사한 후 근적외선에 노출시키면 종양을 정확하고 제어되며 고도로 국소적으로 가열할 수 있습니다.

이 프로토콜의 성공 여부는 적절한 파장의 근적외선을 사용하여 금 나노로드의 효율적인 심부 조직 활성화와 절차 전반에 걸쳐 내부 종양 온도의 정확한 실시간 모니터링에 달려 있습니다. 7일째 경, 암세포 주입 후 또는 종양이 만져질 때마다 매일 종양 측정을 시작합니다. 시술을 시작하기 전에 종양의 너비, 길이, 높이를 측정하여 총 종양 부피를 계산합니다.

종양이 약 50밀리미터 입방체의 부피에 도달하면 절차를 수행하는 것을 목표로 합니다. 우리 모델의 경우, 이 종양 부피는 암세포 주입 후 10일에서 12일 사이에 달성되었습니다. 멸균 생물학적 안전 캐비닛에서 31 게이지 바늘이 있는 1mil 주사기를 사용하여 각 종양 부피를 기준으로 적절한 양의 금 나노로드를 끌어냅니다.

금 나노로드 주입 전에 분당 0.8리터의 유속으로 2% 이소플루란을 전달하는 노즈콘을 사용하여 마우스를 마취합니다. 건조를 방지하고 잠재적인 레이저 손상을 최소화하기 위해 양쪽 눈에 윤활제를 바르십시오. 필요한 경우 종양 주변의 과도한 털을 면도하여 피부 표면 노출을 보장하고 에탄올을 사용하여 종양 표면을 소독하고 털이나 부스러기를 닦아냅니다.

레이저 노출 전에 종양 부피의 밀리미터 입방제곱당 1마이크로그램의 농도로 금 나노로드를 종양 내에 주입합니다. 필요한 경우 종양 내부에 황금 나노로드가 효율적으로 분포되도록 두 개의 종양 내 부위 사이에 주사를 분할합니다. 주사 후 피부 표면의 여분의 황금 나노로드를 닦아내십시오.

대조군 마우스의 경우, 황금 나노로드 치료군에 사용된 동등한 부피의 멸균 PBS를 종양내 주사합니다. 삽입하기 전에 에탄올로 종양내 온도 프로브를 청소하십시오. 온도 프로브를 종양 덩어리의 중앙에 부드럽게 삽입합니다.

종양 표면에 약 5mm 두께의 알로에 베라 젤을 균일하게 도포하여 피부 궤양을 예방하고 치료 중 열 손상 위험을 최소화합니다. 종양 중앙 바로 위에 정렬되도록 레이저를 조정합니다. 조도 조회표를 사용하여 종양 표면적을 덮는 데 필요한 레이저 빔 직경을 기반으로 최적의 레이저 높이를 결정합니다.

레이저 및 열전 냉각 소스를 켭니다. 그런 다음 레이저 시스템을 전원에 연결합니다. 열전 냉각 소스를 켭니다.

파란색 LED 표시등이 켜지고 30초 후 온도가 섭씨 25도에서 안정됩니다. 조도 조회 테이블을 기반으로 레이저 전류 출력을 조정하여 제곱센티미터당 약 1와트의 목표 조도를 달성합니다. 우리의 실험에서 1.5cm의 레이저 높이, 1.3cm의 빔 직경 및 1800밀리암페어의 레이저 전류는 0.82제곱센티미터당 0.82와트의 방사 조도 값을 가져왔으며 이는 종양 모델에 최적화되었습니다.

이 시점부터 레이저 수술실에 있는 모든 개인이 사용된 빛의 파장에 대해 인증된 레이저 보안경을 착용하도록 하십시오. 레이저 시술 중 피부 표면 온도를 모니터링하기 위해 마우스를 향한 레이저 플랫폼에 인접한 열화상 카메라를 설정합니다. 열결합 데이터 로깅 소프트웨어에서 기록을 시작하고 내부 종양 온도 대 시간 그래프가 실시간으로 표시되는지 확인합니다.

레이저 안전 키를 돌려 소스 출력을 활성화합니다. 풋 페달을 밟아 레이저 투여 시작 레이저 시작 시간에 내부 종양 온도가 상승하기 시작하여 42도에서 48도의 목표 온열 범위에 들어가는 데 약 15초에서 2분이 걸립니다. 내부 종양 온도가 48도에 가까워지면 페달에서 발을 떼고 온도가 다시 낮아지도록 합니다.

이러한 온도 강하는 온도 대 시간 표시 그래프에서 실시간으로 볼 수 있어야 합니다. 내부 종양 온도가 약 43도로 떨어지면 풋 페달을 사용하여 레이저 투여를 다시 활성화합니다. 온도는 온열 범위를 벗어나지 않고 다시 상승하기 시작해야 합니다.

종양이 온열 범위에 유지되도록 레이저의 오프 사이클링에서 이것을 계속하십시오. 온도 대 시간 표시 그래프는 레이저의 오프 사이클링 패턴을 반영하기 시작해야 합니다. 종양 온열요법을 유지하는 동안 피부 표면 온도를 지속적으로 모니터링하여 섭씨 50도 미만으로 유지되도록 하십시오.

온열요법을 유지한 지 5분 후, 발 페달에서 발을 떼어 레이저 투여를 중지하고 내부 종양 온도가 섭씨 37도 정도로 다시 떨어지도록 합니다. 종양이 정상 온도로 돌아오면 온도 모니터링 프로브를 제거하고 종양 표면의 과도한 알로에 베라 젤을 닦아냅니다. 코뿔 마취제에서 마우스를 제거하고 케이지로 돌아가기 전에 동물의 각성을 모니터링합니다. 시술 후 회복을 위해 여기와 같이 케이지를 부분적으로 열 패드 위에 놓습니다.

쥐를 주거 시설로 돌려보내기 전에 생쥐가 정상적인 행동으로 돌아왔는지 확인하십시오. 이 표는 다양한 레이저 전류 출력 설정(밀리암페어)과 작동 거리(센티미터)에 대한 방사 조도 값을 센티미터당 와트 단위로 제공합니다. 이 표는 종양 표면을 덮고 센티미터 제곱미터당 약 1와트의 목표 조도를 달성하는 데 필요한 빔 직경을 기반으로 적절한 레이저 높이를 결정하는 데 사용됩니다.

이 표에서 녹색으로 강조 표시된 값은 제곱센티미터당 1와트에 가까운 최적의 조도 수준을 나타냅니다. 이 그림은 근적외선에 종양에 노출되는 동안 내부 종양 온도 프로브에 의해 기록된 시간 경과에 따른 대표적인 내부 종양 온도 프로파일을 밀리초 단위로 보여줍니다. 그림 A는 내부 종양 온도를 온열 범위로 유지하는 데 필요한 금 나노로드 주입 마우스의 온오프 레이저 사이클링 패턴을 보여줍니다.

이는 시술 전반에 걸쳐 온열 범위를 유지하기 위해 내부 종양 온도를 면밀히 모니터링하고 레이저 투여를 주기하는 것이 중요하다는 점을 강조합니다. 그림 B는 근적외선에 5분 동안 금 나나로드 주사와 대조군 또는 PBS 주사 마우스 사이의 내부 종양 온도의 평균 차이를 보여줍니다. 금 나노로드를 주입하지 않으면 근적외선에 노출된 종양은 가벼운 온열 범위로 가열되지 않습니다.

PBS 주사 종양은 42도에서 48도의 고열 온도에 도달하는 금 나노로드 주사 종양과 달리 섭씨 39도에서 40도 정도로 정체됩니다. 당사의 금 나노로드 매개 표적 온열 요법은 치료 후 48시간에서 72시간 이내에 여러 미러링 암 모델에 걸쳐 종양 부피 축소를 유도합니다. 그림 A는 금 나노로드 매개 표적 온열 요법에 따른 유방암 모델인 4T1의 종양 부피 측정을 보여줍니다.

그림 B는 흑색종 모델인 B16 F10을 나타내고, 그림 C는 대장암 모델인 CT26을 나타낸다. 치료 후 48-72시간 이내에 종양 부피 성장이 감소하거나 둔화되면 긍정적인 결과를 나타냅니다. 이 프로토콜을 수행할 때 내부 종양 온도의 정확한 실시간 모니터링은 가벼운 온열 범위를 달성하고 치료가 일관되게 제공되는지 확인하는 데 중요합니다.

이 절차에 따라 종양 부피의 변화를 기록하기 위해 매일 종양 부피 측정을 수행해야 합니다. 2-3일 이내의 종양 퇴행은 치료 성공의 긍정적인 지표입니다.