Protokoller for vurdering Radiofrekvens Interaksjoner med gull Nanopartikler og biologiske systemer for ikke-invasiv hypertermi Cancer Therapy
Summary
Vi beskriver protokollene som brukes for å undersøke samspillet mellom 13.56 MHz radiofrekvens (RF) elektriske-felt med gull nanopartikkel kolloider i både ikke-biologiske og biologiske systemer (in vitro / vivo). Disse interaksjonene er under etterforskning for applikasjoner i kreftbehandling.
Abstract
Kreft terapier som er mindre giftig og invasiv enn sine eksisterende kolleger er svært ønskelig. Anvendelse av RF-elektriske felter som trenger dypt inn i kroppen, forårsaker minimal toksisitet, blir for tiden studert som et levedyktig middel for non-invasiv kreft terapi. Det er tenkt at samspillet av RF-energi med internalisert nanopartikler (NPS) kan frigjøre varme som deretter kan føre til overoppheting (hypertermi) av cellen, til slutt endte i celle nekrose.
I tilfellet av ikke-biologiske systemer, presenteres detaljerte protokoller vedrørende kvantifisere varmen frigjort av høyt konsentrerte NP kolloider. For biologiske systemer, i tilfelle av in vitro eksperimenter beskrives teknikker og betingelser som må overholdes for effektivt å eksponere kreft celler for RF-energi uten bulkmateriale varme gjenstander vesentlig obscuring dataene. Til slutt gir vi en detaljert metodikk feller in vivo musemodeller med ektopisk leverkreftsvulster.
Introduction
Absorpsjonen av RF-energi av biologisk vev (på grunn av deres iboende elektriske permittivitet) resulterer i forhøyede temperaturer vev som en funksjon av tid, som til slutt fører til celledød ved hypertermi. Det er en hypotese at kreft hypertermi kan optimaliseres ved hjelp av målrettet nanomaterialer som internal i kreftcellen, og fungerer som en RF-termiske transdusere, slik at de nærliggende sunne, normale celler intakt. Flere rapporter har allerede vist seg at en rekke av NPS kan fungere som effektive RF varmekilder som hjelpemiddel i kreft nekrose 1-4.
I disse forhold, gull NPs (AuNPs) 3-5, karbon nanorør en, og kvanteprikker seks, syv har utstilt spennende egenskaper når de brukes i både in vitro og in vivo RF eksperimenter. Selv om den eksakte art av varmemekanismen av disse NPS når eksponert for en RF-feltet er fortsatt blir diskutert, en seriegrunnleggende eksperimenter med AuNPs har lagt stor betydning på både NP størrelse og aggregering stater. Det ble vist at bare AuNPs med diametre <10 nm vil varme når de utsettes for en RF-felt åtte. Dessuten er dette oppvarming mekanisme betydelig svekket når de AuNPs aggregeres. Dette aggregering tilstand ble også validert innen in vitro modeller som plasserte betydning ved å optimalisere AuNP kolloidalt stabilitet innen endolysomal intracellulære rom for effektiv RF terapi fire. Imidlertid kan de teknikker og forsøks prinsipper som brukes til å samle inn og vurdere disse dataene er problematisk, spesielt i tilfellet med å validere RF varmeprofiler fra NP kolloider.
Flere rapporter har vist at Joule oppvarming av bakgrunnen ionisk suspensjon at NPs er suspendert i kan være den viktigste kilden til RF varmeproduksjon og ikke NPS selv 9-12. Selv om vår nyere artikkel 8 har validert than bruke av RF-interaksjoner i å generere varme fra AuNPs av diameter mindre enn 10 nm, har vi som mål å beskrive disse protokollene i mer detalj i denne artikkelen.
Vi har også demonstrere protokoller og teknikker for å evaluere effekten av AuNPs som hyperthermic termiske agenter i både in vitro og in vivo eksperimenter for leverkreft modeller. Selv om vi først og fremst fokusere på enkle kolloider av citrate-avkortet AuNPs, kan de samme teknikkene brukes på andre AuNP hybrider som antistoff-og kjemoterapi-konjugert komplekser. Ved å følge disse prinsippene i experimentalist skal forhåpentligvis være i stand til raskt å vurdere potensialet for noen nanomaterial for å være en effektiv RF-indusert termisk hyperthermic agent.
Protocol
Representative Results
Discussion
Disse protokollene tillater experimentalist å fullt ut analysere i hvilken grad nanomaterialer (i dette tilfellet AuNPs) kan øke RF-indusert hypertermi for kreftbehandling. Den første protokollen spesifikt omhandler analysere varmeproduksjon fra svært konsentrert og renset AuNP prøver. Selv om andre grupper har rapportert varmeproduksjon hovedsakelig fra bufferne som AuNPs er suspendert i, og ikke de AuNPs selv 9-11, deres RF-systemer anvendes lavere konsentrasjoner av AuNPs med diameter> 10 nm, så v…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble finansiert av NIH (U54CA143837), NIH MD Anderson Cancer Center Support Grants (CA016672), V Foundation (SAC), og en ubegrenset forskningsstipend fra Kanzius Research Foundation (SAC, Erie, PA). Vi takker Kristine Ask fra Institutt for Kirurgisk Oncology, MD Anderson Cancer Center, for administrativ bistand.
Materials
| Reagent/Material | |||
| 500 ml gold nanoparticles (5 nm) | Ted Pella, INC | 15702-5 | |
| Amicon Ultra-4/-15 Centrifugal Filter Units (50 kDa) | Millipore | UFC805024/UFC910096 | (4 ml and 15 ml volumes) |
| MEM X1 Cell Culture Media | Cellgro | 10-101-CV | (add extra nutrients as necessary) |
| Fetal Bovine Serum | Sigma | F4135-500 ml | |
| Copper Tape | Ted Pella | 16072 | |
| Equipment | |||
| Kanzius RF System (13.56 MHZ) | ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA) | ||
| IR Camera | FLIR SC 6000, FLIR Systems, Inc. (Boston, MA, USA) | Contact FLIR | |
| 1.3 ml Quartz Cuvette | ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA) | ||
| Teflon Sample holder with Rotary Stage | ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA) | ||
| SPECTROstar Nano Microplate reader | BGM Labtech | ||
| UV-Vis spectrometer | Applied Nanofluorescence, Houston, TX) | NS1 NanoSpectralyzer | |
| ICP-OES | PerkinElmer | Optima 4300 DV | |
| Zetasizer | Malvern | Zen 3600 Zetasizer |
References
- Gannon, C. J., et al. Carbon nanotube-enhanced thermal destruction of cancer cells in a noninvasive radiofrequency field. Cancer. 110, 2654 (2007).
- Curley, S. A., Cherukuri, P., Briggs, K., Patra, C. R., Upton, M., Dolson, E., Mukherjee, P. Noninvasive radiofrequency field-induced hyperthermic cytotoxicity in human cancer cells using cetuximab-targeted gold nanoparticles. J. Exp. Ther. Oncol. 7, 313 (2008).
- Gannon, C. J., Patra, C. R., Bhattacharya, R., Mukherjee, P., Curley, S. A. Intracellular gold nanoparticles enhance non-invasive radiofrequency thermal destruction of human gastrointestinal cancer cells. Journal of Nanobiotechnology. 6, 2 (2008).
- Raoof, M., et al. Stability of antibody-conjugated gold nanoparticles in the endolysosomal nanoenvironment: implications for noninvasive radiofrequency-based cancer therapy. Nanomedicine. 8, 1096 (2012).
- Glazer, E. S., Massey, K. L., Zhu, C., Curley, S. A. Pancreatic carcinoma cells are susceptible to noninvasive radio frequency fields after treatment with targeted gold nanoparticles. Surgery. 148, 319 (2010).
- Glazer, E. S., Curley, S. A. Radiofrequency field-induced thermal cytotoxicity in cancer cells treated with fluorescent nanoparticles. Cancer. 116, 3285 (2010).
- Glazer, E. S., Curley, S. A. Non-invasive radiofrequency ablation of malignancies mediated by quantum dots, gold nanoparticles and carbon nanotubes. Therapeutic Delivery. 2, 1325 (2011).
- Corr, S. J., Raoof, M., Mackeyev, Y., Phounsavath, S., Cheney, M. A., Cisneros, B. T., Shur, M., Gozin, M., McNally, P. J., Wilson, L. J., Curley, S. A. Citrate-Capped Gold Nanoparticle Electrophoretic Heat Production in Response to a Time-Varying Radiofrequency Electric-Field. J. Phys. Chem. C. 116, 24380 (2012).
- Kruse, D. E., et al. A Radio-Frequency Coupling Network for Heating of Citrate-Coated Gold Nanoparticles for Cancer Therapy: Design and Analysis. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 58, 10 (2011).
- Li, D., et al. Negligible absorption of radiofrequency radiation by colloidal gold nanoparticles. J. Colloid Interf. Sci. 358, 47 (2011).
- Liu, X., Chen, H. J., Chen, X., Parini, C., Wen, D. Low frequency heating of gold nanoparticle dispersions for non-invasive thermal therapies. Nanoscale. , (2012).
- Sassaroli, E., Li, K. C. P., O’Neill, B. E. Radio frequency absorption in gold nanoparticle suspensions: a phenomenological study. J. Phys. D App. Phys. 45, 075303 (2012).
- Worle-Knirsch, J. M., Pulskamp, K., Krug, H. F. Oops they did it again! Carbon nanotubes hoax scientists in viability assays. Nano Lett. 6, 1261 (2006).
