Ten artykuł przedstawia protokół przygotowania fantomów tkanki nowotworowej, które replikują właściwości optyczne dla plazmonicznej terapii fototermicznej. Szczegółowo opisano w nim przygotowanie fantomowe, oceny fototermiczne i walidację opracowanego modelu numerycznego opartego na pomiarach temperatury fototermicznej w celu oceny parametrów terapeutycznych, oferując etyczną, opłacalną alternatywę dla badań in vivo do wstępnych testów.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Plazmoniczna terapia raka fototermicznego: Fantomy naśladujące tkankę nowotworową osadzone w nanocząstkach do wizualizacji fototermicznego rozkładu temperatury
* These authors contributed equally
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Plazmoniczna terapia fototermiczna (PPTT), nowa metoda leczenia raka, polega na dostarczeniu nanocząsteczek (NPs) do guza, a następnie naświetlaniu w bliskiej podczerwieni (NIR) w celu wytworzenia miejscowego ciepła, które niszczy komórki rakowe. Przed podaniem PPTT należy oszacować parametry terapeutyczne - stężenie NP, intensywność napromieniowania i czas trwania. W tym celu przeprowadzane są symulacje numeryczne. Jednak, aby zapewnić solidne obliczenia, symulacje te muszą zostać zweryfikowane za pomocą eksperymentów fototermicznych na fantomach naśladujących tkankę nowotworową, replikujących właściwości optyczne tkanki nowotworowej. W przypadku PPTT parametry terapeutyczne są regulowane przez rozpraszanie i absorpcję padającego promieniowania przez tkankę i nanocząsteczki. W związku z tym eksperymenty walidacyjne mogą być prowadzone na fantomach naśladujących zmniejszony współczynnik rozpraszania (μs') i współczynnik absorpcji (μ a) docelowego guza/tkanki.
Konkretnie, ten protokół zawiera instrukcje dotyczące przygotowania fantomów naśladujących μs i μ guza piersi wstrzykniętego złotymi nanoprętami, otoczonego normalną tkanką piersi. Protokół zawiera również szczegółowe informacje na temat napromieniowania NIR, monitorowania temperatury i walidacji wyników numerycznych poprzez porównanie temperatur czasoprzestrzennych z temperaturami mierzonymi za pomocą termopar. Protokoły przedstawione w tym badaniu ułatwiły przygotowanie hydrożelowych cylindrycznych fantomów tkanki guza piersi o wymiarach (φ40 x 12 mm) i centralnym obszarze guza (φ20 x 6 mm), składających się z 1% agarozy jako macierzy podstawowej i intralipidu jako składnika rozpraszającego i regionu nowotworowego osadzonego w nanoprętach złota w stężeniu 25 μg/ml. Reprezentatywne wyniki studium przypadku ilustrują zastosowanie sfabrykowanych fantomów do walidacji symulacji numerycznych dla PPTT. W badaniu stwierdzono, że zademonstrowane protokoły są cenne dla przeprowadzania eksperymentów fototermicznych mających na celu optymalizację i planowanie parametrów terapeutycznych przed eksperymentami in vivo oraz walidację symulacji numerycznych dla PPTT.
Wprowadzenie
Plazmoniczna terapia fototermiczna (PPTT) to nowa metoda leczenia raka polegająca na dostarczaniu nanocząsteczek (NPs) do miejsca guza, a następnie naświetlaniu promieniowaniem bliskiej podczerwieni (NIR). NP są zwykle podawane drogą donowotworową (IT) lub dożylną (IV) 1. Po napromieniowaniu NIR, plazmoniczne oddziaływanie padającego promieniowania i nanocząsteczek prowadzi do wytworzenia zlokalizowanego ciepła na powierzchni nanocząsteczek, które następnie rozprasza się w otaczającej tkance nowotworowej2,3. To miejscowe ogrzewanie podnosi temperaturę w obszarze guza, prowadząc do śmier....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
UWAGA: Fantomy zostały przygotowane z agarozy i intralipidu w oparciu o skład opisywany w literaturze, aby uzyskać pożądane właściwości optyczne. Nie wykorzystano rzeczywistej tkanki biologicznej pochodzącej od pacjentów ani zwłok. W związku z tym przygotowanie tych fantomów nie wiąże się z ograniczeniami etycznymi i nie wymaga świadomej zgody.
1. Wybór lub wykonanie odpowiedniej formy
- .Wybór odpowiedniej formy
- Wybierz formę odpowiadającą pożądanemu kształtowi i wymiarom fantomów. W przypadku fantomów cylindrycznych z obszarem guza równomiernie wypełnionego NP i otoczonym przez tkankę prawidłową, jak....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Rysunek 6 przedstawia średnie temperatury w czasie uzyskane podczas eksperymentów z fantomem tkanki nowotworowej z zatopionymi AuNR we wszystkich lokalizacjach termopar, pokazanych na Rysunku 2, w porównaniu z temperaturami uzyskanymi podczas symulacji w odpowiadających im miejscach. Eksperymenty przeprowadzono 4-krotnie dla każdego rozkładu, tj. dla rozkładów IT i IV AuNR. Podczas eksperymentów temperatura w pomieszczeniu wynosi.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
W pracy przedstawiono protokół otrzymywania tkanek nowotworowych na bazie agarozy naśladujących fantomy optyczne. Fantomy są zaprojektowane w taki sposób, aby naśladować właściwości optyczne guza i normalnych tkanek do ich wykorzystania w badaniach nad PPTT. W niniejszej pracy zwrócono uwagę na zastosowanie tych fantomów do walidacji metod numerycznych podczas PPTT. Najbardziej krytycznym krokiem w tym protokole jest utrzymanie temperatury roztworów fantomowych zawierających agarozę i IL na poziomie 60 ºC przy ciągłym mi.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają żadnych sprzecznych interesów, które mogliby ujawnić.
Podziękowania
To badanie zostało przeprowadzone bez żadnego wsparcia finansowego ze strony jakichkolwiek instytucji publicznych, komercyjnych czy non-profit. Autorzy dziękują CSIR – Centralnej Organizacji Instrumentów Naukowych z Chandigarh w Indiach za infrastrukturę i wsparcie.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Agaroza | Sigma-Aldrich | 9012-36-6 | Matryca bazowa dla fantomów |
| Woda dejonizowana (DI) (18,2 MΩ) | NA | NA Rozpuszczalnik do sporządzania roztworów fantomowych | |
| Złote nanopręty (AuNR) | Nanopartz | A12-10-808 | Nanocząstki plazmoniczne |
| Intralipid (20% emulsji) | Sigma-Aldrich | 68890-65-3 | Środek rozpraszający fantomy |
| Parafilm Parafilm | M | 380020 | Do uszczelnienia dna cylindrycznej formy |
| Włókno kwasu polimlekowego | eSun | NA | Materiał na formy (drut o średnicy 1,75 mm) |
| Nazwa urządzenia | Firma | Numer katalogowy | Komentarze/Opis |
| Drukarka 3D | Creality | Ender-3 | Do drukowania form System |
| akwizycji danych (DAQ) | National Instruments | cDAQ-9171 | Do rejestrowania temperatur |
| DI jednostka wodna | Merck Millipore | Direct-Q3 | Do wody DI |
| Płyta grzejna z mieszadłem magnetycznym | IKA | C-MAG HS 4 | Do przygotowania roztworów fantomowych |
| Źródło światła NIR | NA (opracowane przez użytkownika) | BRAK DANYCH | Do napromieniania NIR fantomów, (800/50 nm; Środkowa długość fali: 800 nm, Szerokość pasma: 50 nm) |
| Światłowód (1/2" & razy; 12") | Edmund Optics | 38-659 | Do naświetlania NIR fantomów |
| Termopary typu K | RS Components | RS Pro 397-1589 | Do monitorowania temperatury w różnych miejscach fantomów podczas napromieniania NIR |
| Waga wagowa | Wensar | PGB 200 | Do ważenia agarozy |
| Nazwa oprogramowania | Company | Numer katalogowy | Komentarze/Opis |
| Autodesk Inventor 2021 | Autodesk | NA | Do mechanicznego projektowania form |
| Cura 5.7 | Ultimaker | NA | Do konwersji projektu mechanicznego do Gcode w celu druku 3D |
| Matlab R2024b | MathWorks | NA | Do symulacji numerycznych i wykresów |
| Nazwa używanych wyrobów laboratoryjnych | Firma | Numer katalogowy | Komentarze/Opis |
| Zlewki (50 ml) | Borosil | 1000D12 | Dla Preparaty roztworów fantomowych |
| Zlewki (10 ml) | Borosil | 1000006 | Do preparatów roztworów fantomowych |
| Pipeta (100-1000 &mikro; L) | Eppendorf Research plus, 1-kanałowy, zmienny | 3123 000 063 | Do dodawania składników do roztworu fantomowego |
| Pipeta (10-100 &mikro; L) | Eppendorf Research plus, 1-kanałowy, zmienny | 3123 000 047 | Do dodawania składników do roztworu fantomowego |
| Szpatułka | Borosil | LASC8888M06 | Do ważenia agarozy i wyjmowania fantomów z formy |
| Końcówki (100-1000 &mikro; L) | Tarsons | 521016 | Do dodawania składników do roztworu fantomowego |
| Wskazówki (10-100 &mikro; L) | Tarsons | 521010Y | Do dodawania składników do roztworu fantomowego |
Bibliografia
- Riley, R. S., Day, E. S. Gold nanoparticle-mediated photothermal therapy: applications and opportunities for multimodal cancer treatment. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol. 9 (4), e1449(2017).
- Webb, J. A., Bardhan, R.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
