Artykuł metodologiczny

Dostarczanie hipertermii nanocząstek magnetycznych in vitro i in vivo za pomocą specjalnie zaprojektowanego systemu dostarczania

DOI:

10.3791/61413

⸱

2 lipca 2020

 ,  , 
1Thayer School of Engineering, Dartmouth College, 2Geisel School of Medicine, Dartmouth College

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten protokół przedstawia techniki i metodologię niezbędne do dokładnego dostarczania hipertermii magnetycznych nanocząstek przy użyciu zaawansowanego systemu dostarczania i monitorowania.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hipertermia od dawna stosowana w leczeniu raka. Techniki były różne, od wprowadzania gorących żelaznych prętów do wnętrza nowotworu, po ogólnoustrojowo dostarczane nanocząstki magnetyczne ukierunkowane na przeciwciała nowotworowe, w temperaturach od 39 °C (poziom gorączki) do 1000 °C (elektrokoagulacja) i czasie leczenia od sekund do godzin. Zależność temperatura-czas (dawka termiczna) dyktuje efekt przy wysokich dawkach termicznych powodujących ablację tkanek i niższych dawkach termicznych powodujących efekty subletalne, takie jak zwiększony przepływ krwi, akumulacja leków i stymulacja immunologiczna. Jedną z najbardziej obiecujących obecnie terapii medycznych jest hipertermia magnetyczna nanocząsteczkami (mNPH). Technika ta polega na aktywacji nanocząstek magnetycznych, które mogą być dostarczane ogólnoustrojowo lub doguzowo, za pomocą nieinwazyjnego, nietoksycznego zmiennego pola magnetycznego. Wielkość, budowa i asocjacja nanocząstek magnetycznych oraz częstotliwość i natężenie pola magnetycznego są głównymi determinantami ciepła. Opracowaliśmy zaawansowane oprzyrządowanie i techniki dostarczania powtarzalnej hipertermii nanocząstek magnetycznych w dużych i małych modelach zwierzęcych oraz hodowanych komórkach. Podejście to, wykorzystujące ciągłe monitorowanie temperatury w czasie rzeczywistym w wielu lokalizacjach, pozwala na dostarczanie dobrze zdefiniowanych dawek termicznych do tkanki docelowej (guza) lub komórek, przy jednoczesnym ograniczeniu ogrzewania tkanek niedocelowych. Precyzyjna kontrola i monitorowanie temperatury w wielu lokalizacjach oraz zastosowanie standardowego algorytmu branżowego (skumulowane równoważne minuty w temperaturze 43 °C /CEM43) pozwala na dokładne określenie i ilościowe określenie dawki termicznej. Nasz system, który pozwala na szeroki zakres temperatur, dawek termicznych i efektów biologicznych, został opracowany w wyniku połączenia przejęć komercyjnych oraz wewnętrznych osiągnięć inżynieryjnych i biologicznych. System ten został zoptymalizowany w sposób, który pozwala na szybką konwersję między technikami ex vivo, in vitro i in vivo. Celem tego protokołu jest pokazanie, w jaki sposób zaprojektować, opracować i wdrożyć skuteczną technikę i system dostarczania powtarzalnej i dokładnej hipertermii terapii nanocząstkami magnetycznymi (mNP).

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hipertermia była historycznie stosowana w terapii raka, zarówno samodzielnie, jak i w połączeniu z innymi metodami leczenia. Chociaż ma długą historię stosowania, najkorzystniejsza metoda dostarczania tego leczenia jest nadal przedmiotem dyskusji i zależy od miejsca i lokalizacji choroby. Metody dostarczania hipertermii obejmują mikrofale, fale radiowe, skoncentrowane ultradźwięki, laser i nanocząstki metaliczne (takie jak tlenek złota lub żelaza)1,2,3,4. Te metody dostarczania mogą prowadzić do różnych temperatur leczenia, od poziomu gorączki do setek stopni C. Biologiczny efekt hipertermii zależy przede wszystkim od zastosowanych temperatur i czasu trwania zabiegu5. W tym manuskrypcie i celu skupiamy się na hipertermii nanocząstek magnetycznych (mNPH). Metoda ta pozwala na skoncentrowane, zlokalizowane, dobrze monitorowane i kontrolowane zmiany temperatury przy użyciu nietoksycznych, zatwierdzonych przez FDA nanocząstek tlenku żelaza.

Jedną z pułapek innych metod hipertermii jest brak precyzyjnego celowania komórkowego; hipertermia nie ma z natury wysokiego współczynnika terapeutycznego, dlatego konieczna jest ostrożna termometria i celowanie6. mNPH pozwala na ogólnoustrojowe lub donowotworowe wstrzykiwanie mNPs, przy czym ciepło jest wytwarzane tylko tam, gdzie znajdują się mNPs, kierując w ten sposób leczenie bezpośrednio do guza. mNPH może być skuteczne, gdy znajdują się magnetyczne nanocząstki wewnątrz lub na zewnątrz komórki. W przypadku terapii przeciwnowotworowej ogólny przegląd mNPH polega na tym, że nanocząstki magnetyczne są wstrzykiwane (doguzowo lub dożylnie), a następnie stosuje się zmienne pole magnetyczne, powodując ciągłe wyrównywanie biegunów magnetycznych nanocząstek, co prowadzi do miejscowego ogrzewania komórek i tkanek związanych z nanocząstkami7,8. Dostosowując objętość nanocząstek oraz częstotliwość/siłę zmiennego pola magnetycznego (AMF), możliwe jest dokładne kontrolowanie temperatury wytwarzanej w tkance.

To leczenie działa dobrze w guzach znajdujących się blisko powierzchni ciała, ponieważ głębsze guzy wymagają silniejszego AMF, więc ryzyko ogrzewania prądami wirowymi wzrasta9. Istnieją dowody na to, że hipertermia jest stosowana klinicznie jako monoterapia, jednak często hipertermia jest łączona z radioterapią lub chemioterapią, co prowadzi do bardziej ukierunkowanego efektu przeciwnowotworowego10,11,12. Dowody kliniczne na działanie hipertermii w połączeniu z radioterapią zostały omówione w poprzedniej publikacji13. Nasze laboratorium z powodzeniem leczyło różne zwierzęta, od myszy po świnie i samoistne nowotwory psów, przy użyciu metody mNPH12,14,15. Protokół ten jest przeznaczony dla osób zainteresowanych badaniem efektów leczenia hipertermią miejscową, samodzielnie lub w połączeniu z innymi terapiami.

Jednym z najważniejszych czynników hipertermii jest możliwość pomiaru i zrozumienia, w czasie rzeczywistym, dawki termicznej dostarczanej do tkanki docelowej/nowotworowej. Standardowym sposobem obliczania i porównywania dawki jest wykazanie łącznych równoważnych minut ogrzewania w temperaturze 43 °C; Algorytm ten pozwala na porównanie dawek niezależnych od systemu dostarczania, temperatury maksymalnej i minimalnej (w określonym zakresie) oraz parametrów nagrzewania/schładzania5,16. Obliczenia CEM działają najlepiej dla temperatur w zakresie 39-57 °C5. Na przykład w niektórych przeprowadzonych przez nas badaniach wybraliśmy dawkę termiczną CEM43 30 (tj. 30 min w temperaturze 43 °C). Wybór tej dawki pozwolił nam przyjrzeć się bezpiecznym, skutecznym, immunogenetycznym skutkom in vitro, zarówno samodzielnie, jak i w połączeniu z pojedynczą dawką promieniowania17.

W przypadku hipertermii nanocząstek magnetycznych istnieje kilka czynników, które należy wziąć pod uwagę przy budowie odpowiedniego systemu dostarczania. Projekt oprzyrządowania obejmuje ważne czynniki bezpieczeństwa, takie jak zastosowanie agregatu chłodniczego w celu zapewnienia, że sprzęt dostarczający pole magnetyczne pozostaje chłodny nawet podczas pracy z dużą mocą, oraz procedury zabezpieczające przed awarią, które uniemożliwiają włączenie systemu, jeśli wszystkie systemy oceny temperatury, mocy i sterowania nie zostały aktywowane. Ponadto istnieją ważne czynniki biologiczne, które należy wziąć pod uwagę zarówno w przypadku in vivo, jak i in vitro. W przypadku korzystania z hodowanych komórek konieczne jest traktowanie w pożywkach wzrostowych i utrzymywanie stałej temperatury życia, aby uniknąć zmian fizjologicznych, które mogłyby wpłynąć na wyniki. W przypadku poszczególnych typów nanocząstek ważne jest, aby znać współczynnik absorpcji swoistej (SAR) przy obliczaniu parametrów ogrzewania opartych na AMF. Podobnie ważne jest, aby znać stężenie mNP/Fe w komórkach i tkankach, które jest niezbędne do osiągnięcia pożądanego ogrzewania. Metody in vivo wymagają jeszcze większej dbałości o szczegóły, ponieważ zwierzę musi być utrzymywane w znieczuleniu podczas leczenia, a temperatura ciała zwierzęcia musi być utrzymywana na normalnym poziomie przez cały czas trwania zabiegu. Pozwolenie na spadek temperatury ciała zwierzęcia, jak to ma miejsce w znieczuleniu, może wpłynąć na ogólne wyniki, w odniesieniu do dawki termicznej leczonej tkanki.

W tym manuskrypcie omawiamy metody użyte do zaprojektowania i skonstruowania wszechstronnego systemu hipertermii magnetycznych nanocząstek, a także ważne czynniki użycia, które należy wziąć pod uwagę. Opisany system pozwala na solidne, spójne, biologicznie odpowiednie, bezpieczne i dobrze kontrolowane dostarczanie hipertermii nanocząstek magnetycznych. Na koniec należy zauważyć, że prowadzone przez nas badania mNPH często obejmują inne terapie, takie jak radioterapia, chemioterapia i immunoterapia. Aby wyniki te były miarodajne, ważne jest określenie, w jaki sposób dostarczone ciepło może wpływać na skuteczność i/lub toksyczność bezpieczeństwa innych metod (lub odwrotnie) oraz na dobrostan zwierzęcia. Z tego powodu, a także ze względu na wspomniane wcześniej sytuacje dozymetryczne i terapeutyczne, konieczne jest zwrócenie szczególnej uwagi na dokładność dozowania hipertermii nanocząstek magnetycznych oraz ciągłe pomiary temperatury rdzenia i celu. Celem tego protokołu jest zapewnienie prostej, spójnej metody i opisu dostarczania bezpiecznej i skutecznej hipertermii nanocząstek magnetycznych.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Program Opieki nad Zwierzętami w Dartmouth College jest akredytowany przez Amerykańskie Stowarzyszenie Akredytacji Opieki nad Zwierzętami Laboratoryjnymi (iAAALAC) i przestrzega wszystkich wytycznych i przepisów UDSA i NIH (Office of Laboratory Animal Welfare). Wszystkie badania in vivo zostały zatwierdzone przez Dartmouth College Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC). Procedura eutanazji jest zgodna z wytycznymi AVMA z 2020 r. dotyczącymi eutanazji zwierząt.

1. Oprzyrządowanie/projekt systemu

  1. Zaprojektuj niestandardową antenę AMF (cewkę) tak, aby była zamkniętą pętlą, wybierając kształty, aby wytworzyć pożądane pole magnetyczne. Wykorzystaj wzory indukcyjności i charakterystyki z wyboru generatora mocy, aby zaprojektować kompatybilne cewki w celu wygenerowania pożądanego pola. Używaj różnych wzorów do eksperymentów in vitro i in vivo.
  2. Upewnij się, że indukcyjność anteny AMF mieści się w dopuszczalnym zakresie generatora prądu. Dodaj lub odejmij kondensatory, aby dopasować (dostroić) antenę do generatora prądu.
  3. Do eksperymentów in vitro należy zaprojektować 14-zwojową spiralną cewkę o średnicy wewnętrznej 2 cm i długości 14 cm, która może zawierać probówki o pojemności 1,5 ml, co pozwala na jednoczesną obróbkę wielu próbek. Zaizoluj cewkę polimerem winylowym i użyj podkładki dystansowej z polistyrenu, aby oddzielić cewkę od rurek. Szczegółowe informacje na temat specyfikacji projektu i rozważań znajdują się w pliku uzupełniającym 1.
  4. W przypadku eksperymentów in vivo należy nabyć niestandardową spiralną cewkę na całe ciało od producenta posiadającego zastrzeżone informacje projektowe. Użyj rurki kwadratowej o średnicy 8 mm (ponieważ tworzy ona bardziej jednolite pole w otworze cewki) i koncentratora w docelowym obszarze zabiegowym. Spraw, aby koncentrator miał długość 5,0 cm, w sumie 5 zwojów, co daje średnicę wewnętrzną 3,6 cm, średnicę zewnętrzną 5,2 cm i umieść go w docelowym obszarze zabiegowym. Otocz cewkę powłoką z poliwęglanu.
  5. Jako źródło zasilania należy użyć generatora AMF o regulowanej mocy i częstotliwości, o mocy 10 kW lub większej. Indukcyjność dopasowuje źródło zasilania i anteny/cewki w zakresie od 0,62 do 1,18 μHenries (μH), co pozwala na uzyskanie częstotliwości w zakresie 30-300 kHz. Chłodzenie generatora za pomocą odzyskanej wody przez odśrodkową pompę doładowania o ciśnieniu regulowanym do 50 psi.
  6. Chłodzenie wężownic za pomocą agregatu chłodniczego o wydajności chłodniczej 5,6 tony, który pompuje 25% płynu przenoszącego ciepło na bazie glikolu etylenowego rozcieńczonego wodą przez antenę AMF. Ustaw temperaturę agregatu chłodniczego tak, aby antena nie ogrzewała ani nie chłodziła próbki.
  7. W celu zabezpieczenia zwierząt należy skonstruować uchwyt rurowy, który można zawiesić na środku cewki z 0,5 cm szczeliną powietrzną między uchwytem a powierzchnią cewki. Podłącz regulowaną, klimatyzowaną pompę powietrza, która cyrkuluje powietrze przez obudowę wokół cewki i ustaw ją tak, aby utrzymywała normalną temperaturę rdzenia zwierzęcia. Podłącz urządzenie do znieczulenia do rurowego uchwytu na zwierzę w pobliżu głowy zwierzęcia, aby zapewnić prawidłowe podanie znieczulenia.
  8. W celu zabezpieczenia komórek należy stworzyć urządzenie, które cyrkuluje wodę z łaźni wodnej przez przekładkę, w której umieszczane są rurki. Ustawić temperaturę łaźni wodnej w taki sposób, aby rurki były otoczone wodą o temperaturze 37 °C.
  9. Użyj sond światłowodowych do monitorowania temperatury w guzie, rdzeniu zwierzęcia i środowisku zwierzęcym lub do badań in vitro, monitorowania temperatury osadu komórkowego i wody otaczającej rurki.
  10. Do wszystkich eksperymentów używaj magnetycznych nanocząstek tlenku żelaza o wielkości 100 nm.
    UWAGA: Stężenie i współczynnik absorpcji swoistej (SAR) to dwie cechy, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze nanocząstek, ponieważ bezpośrednio wpływają na możliwe ogrzewanie i dawkę termiczną18.

2. Hipertermia in vitro

  1. Hodowla mysich komórek czerniaka B16F10 w pożywce RPMI z 10% FBS i 1% Pen/paciorkowca. Płytka 150 000 komórek/studzienkę na płytkach 6-dołkowych, z 2 ml kompletnego podłoża.
  2. Określ odpowiednie traktowanie dla każdej studzienki, tj. komórki bez mNP i bez AMF, komórki z mNP i bez AMF, komórki bez mNP i AMF, komórki z mNP i AMF.
    UWAGA: Dodatkowo upewnij się, że istnieją odpowiednie kontrole, jeśli łączysz hipertermię z inną terapią. AMF jest wykonywany w standardowym laboratorium badawczym, doposażonym w niezbędne możliwości zasilania i chłodzenia.
  3. 24 godziny po posiewie dodać mNP do odpowiednich studzienek, jak określono w poprzednim kroku. Dodać mNPs do stężenia 3 mg żelaza/ml. Upewnij się, że mNP są rozprowadzane w całej studzience, albo tworząc roztwór podstawowy/mNP (usuwając stare pożywki, dodając ten roztwór), albo dodając mNP bezpośrednio i delikatnie obracając płytki w celu uzyskania jednorodnego rozprowadzenia.
  4. Zabieg należy rozpocząć 48 godzin po dodaniu mNPs, gdy studzienki są zlewające się w ~80%, usuwając pożywkę i myjąc studzienki świeżymi pożywkami. Wyjmij nośnik.
  5. Dodaj 0,5 ml trypsyny do każdego leczonego dobrego samopoczucia i delikatnie zamieszaj. Użyj mikroskopu, aby sprawdzić, czy komórki są odłączone.
  6. Dodaj 1 ml pożywki do każdej studzienki, aby zebrać komórki do probówek o pojemności 1,5 ml. Zbierz wszystkie komórki ze studni (~1 x 10,6 komórek). Użyj wyraźnie oznaczonej oddzielnej rurki dla każdej studzienki.
  7. Wiruj probówki o gramaturze 60 x g przez 2-3 minuty, aby komórki mogły się osadzać. Zachowaj osad w podłożu.
  8. Umieść rurki w przekładce wypełnionej wodą w wężownicy. Ustaw temperaturę łaźni wodnej tak, aby podłoże i osad komórkowy były utrzymywane na poziomie 37 °C. Monitoruj temperaturę w rurze i łaźni wodnej za pomocą oddzielnych światłowodowych sond temperatury.
  9. Włącz agregat chłodniczy, sprawdź, czy płyn chłodzący przepływa przez wężownicę. Włącz źródło zasilania i dostosuj procent maksimum do żądanego pola. Uruchom 14-zwojową cewkę elektromagnetyczną, zasilaną przez generator o mocy 10 kW, przy 165 kHz i 23.87 kA/m (300 Oe).
  10. Umieść oddzielną światłowodową sondę temperatury w jednej z rur. Traktuj komórki do wcześniej ustalonego protokołu dawki termicznej. Przykładem jest 30 minut w temperaturze 43 °C (CEM43 z 30).
  11. Ponownie zawieś komórki w pożywce, która znajduje się w ich probówkach i ponownie płytkuj na nowych płytkach 6-dołkowych. Wyraźnie oznacz nowe tablice. Celem jest ponowne pokrycie wszystkich zebranych komórek (~1 x 106 komórek).
    UWAGA: Należy użyć nowych płytek 6-dołkowych, aby zapewnić, że hodowane komórki zostały poddane obróbce. Jeśli użyjesz starych płytek, na płytkach mogą pozostać komórki, które nie zostały pomyślnie wytrypsynizowane.
  12. W razie potrzeby, do następnej procedury eksperymentalnej, poddaj komórki lizie w celu analizy ekspresji RNA lub białka.

3. Hipertermia in vivo

  1. Hodowla komórkowa i inokulacja
    1. Hodowla mysich komórek czerniaka B16F10 w pożywce RPMI z 10% FBS i 1% Pen/paciorkowca. Używaj talerzy/szalek, które zapewnią wystarczającą ilość komórek do zaszczepienia pożądanej liczby zwierząt. Na przykład 10 szalek o średnicy 100 mm, posianych na 100 000 komórek, będzie zlewać się z wystarczającą ilością komórek na wstrzyknięcia 20 myszy w ciągu 48 godzin.
    2. Trypsynizuj komórki i zbieraj za pomocą czystego podłoża RPMI (bez FBS lub pióra/paciorkowca).
    3. Policz komórki i utwórz roztwór dla pożądanego stężenia komórek, na podstawie objętości inokulacji i liczby myszy.
    4. Znieczulenie 6-tygodniowych samic myszy C57Bl/6 za pomocą odparowanego izofluranu i tlenu. Umieść zwierzęta w pudełku z pleksiglasu z 5% izofluranem i 95% tlenem, aż do indukcji. Po wywołaniu usuń zwierzę i użyj stożka twarzowego z 2% izofluranem, aby wykonać kroki 3.1.5-3.1.7 i 3.3.3-3.3.6.
      UWAGA: Do znieczulenia podczas zabiegu należy użyć wbudowanego pojemnika znieczulającego. Postępuj zgodnie ze standardowymi protokołami instytucjonalnymi dotyczącymi znieczulenia myszy. Przed rozpoczęciem doświadczeń na zwierzętach należy upewnić się, że należy uzyskać odpowiednie zatwierdzenie przez IACUC. Po znieczuleniu wróć zwierzę do klatki i monitoruj powrót do zdrowia, aby upewnić się, że nie ma komplikacji.
    5. Sprawdź, czy nie ma reakcji na odruchy prostowania.
    6. Ogol prawą stronę za pomocą golarki elektrycznej.
    7. Oczyścić miejsce wstrzyknięcia wacikiem nasączonym alkoholem. Wstrzyknąć 1-2 x 106 komórek za pomocą szklanej strzykawki o pojemności 100 μl z igłą 28 G, rozprowadzić śródskórnie w 50 μl pożywki na ogolony prawy bok znieczulonego.
  2. Wzrost guza/wstrzyknięcie nanocząstek
    1. Zmierz guzy w 3 wymiarach za pomocą suwmiarki (długość, szerokość i głębokość) i oblicz objętość według (długość x szerokość x głębokość x π)/6.
    2. Gdy objętość guza osiągnie 120 mm3 (+/- 20 mm3), umieść zwierzęta w badaniu. Zaplanuj badanie, upewniając się, że istnieją odpowiednie grupy kontrolne i terapeutyczne, w tym kohorty terapii skojarzonej (tj. kontrola, mNPH, promieniowanie i kombinacja).
    3. Znieczulić myszy, które będą otrzymywać mNPs, zgodnie z opisem w 3.1.4.
    4. Oczyść obszar chusteczką nasączoną alkoholem. Wstrzyknąć mNPs do guza 3 godziny przed leczeniem AMF. Wstrzyknąć taką objętość, aby dawka wynosiła 7,5 mg żelaza/cm3 guza.
      UWAGA: Niepublikowane dane laboratoryjne sugerują, że maksymalny wychwyt mNP następuje po 3-6 godzinach.
  3. Leczenie AMF
    1. Znieczul mysz i umieść ją na poduszce grzewczej, aby utrzymać temperaturę rdzenia.
    2. Sprawdź, czy nie ma reakcji na odruchy prostowania. Usuń kolczyk lub inne metalowe przedmioty z myszy.
    3. Delikatnie umieść nasmarowaną światłowodową sondę temperatury w odbytnicy myszy.
    4. Umieść cewnik w guzie, usuwając igłę. Przeciąć cewnik tak, aby nie wystawał zbytnio z guza.
      UWAGA: Światłowodowe cewniki temperatury są umieszczane i usuwane, gdy myszy są w znieczuleniu ogólnym, tj. cewniki są na miejscu tylko podczas procedury ogrzewania guza. Myszy otrzymują pojedynczą podskórną dawkę leku przeciwbólowego z grupy NLPZ, ketoprofenu (5 mg/kg) w czasie zabiegu. Nie zaobserwowaliśmy krótko- ani długotrwałego dyskomfortu lub chorobowości związanej z zakładaniem cewników.
    5. Włóż 3-czujnikową światłowodową sondę temperatury do cewnika. Cewnik chroni światłowodowe czujniki sondy temperatury.
    6. Przyklej sondę doodbytniczą i wewnątrznowotworową do ogona zwierzęcia, aby upewnić się, że pozostają na swoim miejscu.
    7. Umieść mysz w probówce o pojemności 50 ml, kierując się do dołu. Rurka powinna mieć otwór w pobliżu głowicy, do którego zostanie podłączone i dostarczone znieczulenie.
    8. Umieść rurkę w konfiguracji cewki i ponownie podłącz znieczulenie.
    9. Umieść luźno światłowodową sondę temperatury w rurze, aby zmierzyć temperaturę otoczenia.
    10. Włącz agregat chłodniczy i upewnij się, że płyn chłodzący krąży.
    11. Sprawdź i upewnij się, że oprogramowanie komputerowe wyświetla różne temperatury i rozpocznij nagrywanie, aby umożliwić wyświetlenie obliczeń CEM43 w czasie rzeczywistym. Wymaganą CEM43 jest dawka wcześniej ustalona.
      UWAGA: Przed włączeniem magnesu upewnij się, że do zwierzęcia nie są przymocowane żadne metalowe przedmioty, ponieważ będą się one szybko nagrzewać. Dodatkowo upewnij się, że wszyscy w pomieszczeniu nie mają rozrusznika serca i jest dla nich bezpieczne.
    12. Włącz magnes przy niskim procencie mocy.
    13. Upewnij się, że światłowodowe sondy temperatury rejestrują zmiany temperatury. Temperatury wzrosną po aktywacji AMF wraz ze wzrostem pola. Upewnij się, że temperatura wnętrza zwierzęcia pozostaje na poziomie 38 °C. Wyreguluj temperaturę rdzenia za pomocą klimatyzowanego płaszcza powietrznego.
    14. Dostosuj natężenie pola magnetycznego, zmieniając moc generatora za pomocą wbudowanego pokrętła sterującego, które z kolei kontroluje poziom temperatury w guzie.
    15. Odciąć AMF, gdy pożądana dawka, jak wcześniej ustalił użytkownik (na przykład CEM43 40), zostanie osiągnięta w obrębie guza.
    16. Po wyłączeniu AMF wyjmij rurkę z cewki.
    17. Wyjmij mysz z tuby, wyjmując różne sondy i cewnik. W razie potrzeby oznacz zwierzę nowym metalowym kolczykiem.
    18. Po zakończeniu zabiegów wyłącz agregat chłodniczy.
    19. Odzyskaj zwierzęta ze znieczulenia, upewniając się, że nie ma żadnych komplikacji. Monitoruj ich zachowanie, aby zapewnić powrót do normalności.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Badania in vitro
Ogniwa osiągną i utrzymają pożądaną temperaturę i dawkę termiczną tylko wtedy, gdy ilość i stężenie nanocząstek magnetycznych/żelaza i AMF zostaną odpowiednio dopasowane. W przypadku stosowania nanocząstek magnetycznych do ogrzewania komórek in vitro (i in vivo) należy zauważyć, że aby osiągnąć hipertermię w komórkach z zinternalizowanymi nanocząstkami magnetycznymi, niezbędny będzie określony poziom wewnątrzkomórkowego mNP/Fe, a liczba i odległość komórek obciążonych mNP względem si...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Konstrukcja i wdrożenie tego systemu zapewnia możliwość prowadzenia dokładnych i powtarzalnych eksperymentów z hipertermią nanocząstek magnetycznych in vitro i in vivo. Bardzo ważne jest, aby system został zaprojektowany w taki sposób, aby częstotliwość AMF i natężenie pola były odpowiednio dopasowane do rodzaju nanocząstek magnetycznych, stężenia oraz pożądanej lokalizacji i temperatury tkanki. Ponadto dokładne monitorowanie temperatury w czasie rzeczywistym ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa i obliczenia dokładne...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Badanie zostało sfinansowane z grantów o numerach: NCI P30 CA023108 i NCI U54 CA151662.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
.25% TrypsynaCorning45000-664dostępne w wielu firmach
Probówki 1,5 mlEppendorfEppendorf 22363204dostępne w wielu firmach
B16F10 mysie komórki czerniakaType Culture CollectionCRL-6475
C57/Bl6myszy Charles river027C57BL/66-tygodniowe samice myszy
ChillerAgregat chłodniczy Thermal Careserii NQ 5, który chłodzi cewkę
Płyn chłodzącyFirma chemiczna DowDowtherm SR-1płyn chłodzący do anteny
Surowica płodu Bydlęca SH30071Hyklondostępny w wielu
firmach Sondy światłowodowe, oprogramowanie i podwozieFISOOprogramowanie do ewolucji FISO służące do odczytu temperatur
Kamera na podczerwieńFlirkamera na podczerwień do monitorowania niezamierzonego ogrzewania
nanocząstki tlenku żelazamicromod Partikeltechnologie GmbHBionizowane NanoFerrytpokryte dekstranem nanocząstki tlenku żelaza
cewka myszy, elektromagnesFluxtrolniestandardowa penicylina
/ streptomycynaCorning45000-652dostępny w wielu firmach
Generator RFHuttingerŹródło prąduTIG 10/300
Nośniki RPMICorning45000-396dostępne w wielu firmach
American

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Chen, X., Tan, L., Liu, T., Meng, X. Micro-Nanomaterials for Tumor Microwave Hyperthermia: Design, Preparation, and Application. Current Drug Delivery. 14 (3), 307-322 (2016).
  2. Luo, W., et al. Effects of radiofrequency ablation versus other ablating techniques on hepatocellular carcinomas: A systematic review and meta-analysis. World Journal of Surgical Oncology. 15 (1), 126(2017).
  3. Ter Haar, G. Heat and sound: Focused ultrasound in the clinic. International Journal of Hyperthermia. 31 (3), 223-224 (2015).
  4. Salunkhe, A. B., Khot, V. M., Pawar, S. H. Magnetic Hyperthermia with Magnetic Nanoparticles: A Status Review. Current Topics in Medicinal Chemistry. 14 (5), 572-594 (2014).
  5. Dewhirst, M. W., Viglianti, B. L., Lora-Michiels, M., Hanson, M., Hoopes, P. J. Basic principles of thermal dosimetry and thermal thresholds for tissue damage from hyperthermia. International Journal of Hyperthermia. 19 (3), 267-294 (2003).
  6. Roizin-Towle, L., Pirro, J. P. The response of human and rodent cells to hyperthermia. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 20 (4), 751-756 (1991).
  7. Hergt, R., Dutz, S., Müller, R., Zeisberger, M. Magnetic particle hyperthermia: Nanoparticle magnetism and materials development for cancer therapy. Journal of Physics Condensed Matter. 18 (38), (2006).
  8. Kumar, C. S. S. R., Mohammad, F. Magnetic nanomaterials for hyperthermia-based therapy and controlled drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 63 (9), 789-808 (2011).
  9. Stigliano, R. V., et al. Mitigation of eddy current heating during magnetic nanoparticle hyperthermia therapy. International Journal of Hyperthermia. 32 (7), 735-748 (2016).
  10. Johannsen, M., et al. Clinical hyperthermia of prostate cancer using magnetic nanoparticles: Presentation of a new interstitial technique. International Journal of Hyperthermia. 21 (7), 637-647 (2005).
  11. Horsman, M. R., Overgaard, J. Hyperthermia: a Potent Enhancer of Radiotherapy. Clinical Oncology. 19 (6), 418-426 (2007).
  12. Petryk, A. A., Giustini, A. J., Gottesman, R. E., Kaufman, P. A., Hoopes, P. J. Magnetic nanoparticle hyperthermia enhancement of cisplatin chemotherapy cancer treatment. International Journal of Hyperthermia. 29 (8), 845-851 (2013).
  13. Peeken, J. C., Vaupel, P., Combs, S. E. Integrating hyperthermia into modern radiation oncology: What evidence is necessary. Frontiers in Oncology. 7, 132(2017).
  14. Petryk, A. A., Giustini, A. J., Gottesman, R. E., Trembly, B. S., Hoopes, P. J. Comparison of magnetic nanoparticle and microwave hyperthermia cancer treatment methodology and treatment effect in a rodent breast cancer model. International Journal of Hyperthermia. 29 (8), 819-827 (2013).
  15. Stigliano, R. V., Shubitidze, F., Petryk, A. A., Tate, J. A., Hoopes, P. J. Magnetic nanoparticle hyperthermia: predictive model for temperature distribution. Energy-based Treatment of Tissue and Assessment VII. 8584, 858410(2013).
  16. Dewhirst, M., Viglianti, B. L., Lora-Michiels, M., Hoopes, P. J., Hanson, M. A. Thermal dose requirement for tissue effect: experimental and clinical findings. Thermal Treatment of Tissue: Energy Delivery and Assessment II. 4954, 37(2003).
  17. Duval, K. E. A., et al. Immunogenetic effects of low dose (CEM43 30) magnetic nanoparticle hyperthermia and radiation in melanoma cells. International Journal of Hyperthermia. 36, 37-46 (2019).
  18. Giustini, A. J., Petryk, A. A., Cassim, S. M., Tate, J. A., Baker, I., Hoopes, P. J. Magnetic Nanoparticle Hyperthermia in Cancer Treatment. Nano LIFE. 01, 17-32 (2010).
  19. Hoopes, P. J., et al. Intratumoral iron oxide nanoparticle hyperthermia and radiation cancer treatment. Thermal Treatment of Tissue: Energy Delivery and Assessment IV. 6440, (2007).
  20. Semiatin, S. L., Zinn, S. Coil design and fabrication basic design and modifications. Heat Treating. , 32-41 (1988).
  21. Maxwell, J. C. On physical lines of force. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 21 (139), 161-175 (1861).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Zmienne Pole MagnetyczneMonitorowanie Dawki Termicznejwiat owodowe Sondy TemperaturySkumulowane Ekwiwalentne MinutyDostarczanie In VitroOgraniczanie Nagrzewania Nanocz stekMonitorowanie Temperatury w Czasie Rzeczywistym

Powiązane artykuły