Plazmoniczna terapia raka fototermicznego: Fantomy naśladujące tkankę nowotworową osadzone w nanocząstkach do wizualizacji fototermicznego rozkładu temperatury

Zakres badań zasadniczo obejmuje opracowanie tkanki nowotworowej i wykonanie fantomów dla plazmonicznych terapii fototermicznych nowotworów w celu walidacji symulacji numerycznych, a także określenia parametrów terapeutycznych dla eksperymentów in vivo w celu oceny wyniku terapeutycznego. Protokół ten wypełnia lukę między modelowaniem numerycznym a walidacją eksperymentalną dla plazmonicznej terapii fototermicznej, a także oszacowaniem parametrów terapeutycznych do oceny in vivo przed translacją kliniczną. Protokół ten oferuje opłacalną ocenę plazmonicznej interakcji fototermicznej dla guzów litych przy użyciu fantomów agarozy z monitorowaniem termopar, minimalizując w ten sposób potrzebę badań in vivo na zwierzętach.

Ocena oparta na fantomach umożliwia walidację symulacji w celu poprawy dokładności leczenia i parametrów dostrajania, takich jak stężenie nanocząstek i ustawienia iteracji, w celu wspierania bezpiecznych i skutecznych plazmonicznych terapii fototermicznych nowotworów. W przyszłości chcemy opracować bardziej realistyczne fantomy tkanki nowotworowej z udziałem melaniny, hemoglobiny, a także przepływu krwi. Chcemy również zbadać wielomiejscowe zastrzyki w przypadku dużych guzów.

Aby rozpocząć, zaprojektuj model trójwymiarowy za pomocą oprogramowania CAD. Kliknij Nowy, a następnie Utwórz, aby zaprojektować pustą formę cylindryczną. Naciśnij Ustawienia dokumentu i wybierz Jednostki, aby zmienić jednostkę na milimetry.

Zaprojektuj cylindryczną formę o średnicy wewnętrznej 40 milimetrów i wysokości 12 milimetrów wraz z dwiema solidnymi cylindrycznymi formami maskującymi. Użyj wygenerowanego kodu G, aby wydrukować formy za pomocą drukarki 3D z filamentem kwasu polimlekowego. Aby przygotować roztwór pierwszy, dodaj 0,35 grama agarozy do 33,18 mililitra wody dejonizowanej w zlewce.

Przykryj zlewkę folią aluminiową, aby zapobiec utracie wody. Podgrzej zlewkę na płycie grzejnej w temperaturze 120 stopni Celsjusza, mieszając, aż roztwór stanie się przezroczysty. Następnie zmniejsz temperaturę płyty grzejnej do 60 stopni Celsjusza i pozwól roztworowi ostygnąć przez 15 minut.

Mieszając, dodaj 1,82 mililitra roztworu intralipidowego i kontynuuj mieszanie. W przypadku drugiego roztworu dodaj 45 miligramów agarozy do 1,18 mililitra dejonizowanej wody w zlewce i przykryj folią aluminiową. Po podgrzaniu i schłodzeniu roztworu, jak pokazano wcześniej, dodaj 106,2 mikrolitra roztworu intralipidowego i 3,21 mililitra zawiesiny złotego nanopręta, mieszając.

Roztwór drugi należy ciągle mieszać w temperaturze 60 stopni Celsjusza do momentu użycia. Aby przygotować roztwór trzeci, dodaj 25 miligramów agarozy do 2,44 mililitra wody dejonizowanej w zlewce i przykryj folią aluminiową. Podgrzej i ostudź roztwór.

Następnie dodaj 59 mikrolitrów roztworu intralipidowego, mieszając w 60 stopniach. W celu przygotowania fantomu naśladującego tkankę nowotworową, najpierw uszczelnij dno cylindrycznych form parafilmem. Umieść formę maskującą na środku.

W celu przygotowania fantomu IT, wlej roztwór jeden do cylindrycznych form do górnej kreski formy maskującej. Po zestaleniu usuń pleśń maskującą, aby utworzyć wgłębienie dla obszaru guza. Następnie wypełnij wnękę roztworem drugim i pozwól mu zastygnąć.

Następnie dodaj roztwór pierwszy na wierzch fantomu i pozwól mu w pełni zastygnąć. W celu przygotowania fantomu dożylnego włóż mniejszą formę maskującą i wypełnij wnękę wokół niej roztworem drugim. Po zestaleniu usuń mniejszą formę i wypełnij pozostałą wnękę roztworem trzecim.

Dodaj roztwór jeden do góry i pozwól na całkowite zestalenie. Następnie włóż termopary do niektórych szklanych kapilarn, które zostały przycięte na długość. Nakłuć fantomy w określonych miejscach promieniowych i osiowych.

Gdy wszystkie termopary znajdą się na swoim miejscu, ostrożnie umieść fantom na szklanej szalce Petriego w celu późniejszego naświetlania podczerwienią NIR. Ustawić szklaną szalkę Petriego tak, aby środkowy obszar górnej powierzchni fantomu był prostopadły i osiowo wyrównany do końcówki światłowodu źródła światła podczerwonego NIR. Następnie podłącz system akwizycji danych do komputera i uruchom oprogramowanie do podglądu laboratorium.

Włącz źródło światła podczerwonego NIR i rozpocznij rejestrowanie danych o temperaturze, naciskając przycisk odtwarzania w oprogramowaniu. Naświetlaj upiora przez 20 minut w ciemnym pomieszczeniu. Następnie wyłącz źródło światła NIR i zatrzymaj nagrywanie.

Teraz wykreśl zarejestrowaną średnią temperaturę w funkcji czasu, a następnie wykreśl średnią temperaturę eksperymentalną w stosunku do symulowanej temperatury we wszystkich lokalizacjach termopar. Wzrost temperatury w dystrybucji IT fantomu tkanki nowotworowej osadzonej w złotym nanopręcie był wyższy niż w dystrybucji dożylnej ze względu na zwiększone rozpraszanie w dystrybucji dożylnej. Maksymalny wzrost temperatury wynosił około 11 stopni Celsjusza dla rozkładu IT i 6 stopni Celsjusza dla rozkładu dożylnego w lokalizacji termopary zero trzy.

Maksymalny błąd średniej kwadratowej dla dystrybucji wewnątrznowotworowej i dożylnej wynosił odpowiednio 2,10 stopnia Celsjusza i 1,94 stopnia Celsjusza.