Maat ontworpen laser gebaseerde Verwarming Apparaten voor gestuurde release van cisplatine van temperatuurgevoelige liposomen met Magnetic Resonance Image Guidance
Summary
AN MRI-compatibele maat ontworpen laser gebaseerde verwarmingsapparaten ontwikkeld plaatselijke verhitting van subcutane tumoren verschaffen om afgifte van stoffen uit warmte gevoelige liposomen activeert specifiek op het tumorgebied.
Abstract
Liposomen werden gebruikt als geneesmiddelafgiftesystemen solide tumoren doelwit door benutting van de verhoogde permeabiliteit en retentie (EPR) effect resulteert in significante verminderingen van systemische toxiciteit. Niettemin heeft onvoldoende afgifte van ingekapseld geneesmiddel uit liposomen hun klinische effectiviteit gelimiteerd. Temperatuur-gevoelige liposomen zijn ontworpen om plaatsspecifieke afgifte van geneesmiddel verschaffen om het probleem van beperkte tumorgeneesmiddel biobeschikbaarheid overwinnen. Ons laboratorium heeft ontworpen en ontwikkeld een warmte-geactiveerde thermosensitieve liposoomformulering van cisplatine (CDDP), beter bekend als HTLC om getriggerde afgifte van CDDP leveren tegen solide tumoren. Warmtegeactiveerde delivery in vivo in muismodellen bereikt met een op maat gemaakte laser gebaseerde verwarmingsinrichting die een conforme verwarmingspatroon verschaft op de tumorplaats zoals bevestigd door MR thermometry (MRT). Een vezeloptische temperatuurbewaking werd gebruikt om de temperatuur in real-time te metengedurende de gehele verwarmingsperiode met online aanpassing van de warmtelevering door afwisselend het laservermogen. Geneesmiddelafgifte werd geoptimaliseerd onder magnetisch resonantie (MR) beeld begeleiding door co-inkapseling van een MR-contrastmiddel (dwz gadoteridol) met CDDP in de voor warmte gevoelige liposomen als een middel om de stookprotocol valideren en tumoraccumulatie te beoordelen. De verwarming protocol bestond uit een voorverwarming gedurende 5 min voor toediening van HTLC en 20 min verwarmen na injectie. Deze verwarming protocol resulteerde in efficiënte afgifte van de ingekapselde agentia met de hoogste MR signaalverandering waargenomen in het verwarmde tumor in vergelijking met de onverwarmde tumor en spieren. Deze studie toonde de succesvolle toepassing van de op laser gebaseerde verwarmingsapparaten voor warmte gevoelige liposomen preklinische ontwikkeling en het belang van MR-geleide validatie van de stookprotocol voor de optimalisatie van geneesmiddelafgifte.
Introduction
De pathofysiologie van solide tumoren leidt tot verhoogde permeabiliteit en retentie (EPR) van nanoschaal systemen. Dit heeft geleid tot de ontwikkeling van vele geneesmiddelafgiftesystemen die gebruik maken van dit effect het tumorweefsel richten terwijl het minimaliseren van systemische bijwerkingen 1. Liposomale delivery technologieën zijn op grote schaal onderzocht op drugs of beeldvorming sondes 2. Hoewel liposomen aanzienlijk verminderde de systemische toxiciteit in vergelijking met conventionele chemotherapie, zijn er weinig verbetering in klinische effectiviteit 3,4 zijn. Studies hebben aangetoond dat de beperkte werkzaamheid te wijten is aan een gebrek aan geneesmiddelafgifte uit de drager 4,5. Dientengevolge is de ontwikkeling van liposomen die worden geactiveerd om het ingekapselde geneesmiddel af te geven in reactie op externe stimuli aandacht getrokken. Hyperthermie is gebruikt voor decennia als een relatief veilige behandeling modaliteit voor kankerpatiënten 6. Daarom is de ontwikkelingling van temperatuurgevoelige liposomen met warmte als een externe trigger is een logische combinatie met een aanzienlijk potentieel voor klinische vertaling geweest. Inderdaad, de lysolipide bevattende warmtegevoelige liposoomformulering doxorubicine, zogenaamde LTSL-DOX, nu op klinische evaluatie 7.
Recente klinische gegevens met LTSL-DOX is gebleken dat het protocol voor warmte-afgifte is een kritische factor die sterk kunnen beïnvloeden patient outcomes 8. Bij de mens, worden radiofrequente, magnetron, laser en ultrasone transducers gebruikt om hyperthermie lokaal toe te passen op tumorplaatsen 9. In preklinische studies die verwarming van subcutane tumoren, worden verwarming katheters 10,11 en waterbaden 12,13 vaakst gebruikt. In dit manuscript introduceren we een nieuwe werkwijze voor het verwarmen van subcutane tumoren met behulp van een speciaal ontworpen laser gebaseerde verwarming installatie, die meer conforme verwarmen van het tumorvolume mogelijk maakt. Met behulp van MR compatibele materialen, de setup is klein genoeg om te passen binnen de boring van een klein dier MR imager, waardoor real-time monitoring van de veranderingen in het weefsel temperatuur tijdens de laser verwarming.
De MR-contrastmiddel, gadoteridol (Gd-HP-DO3A), werd co-ingekapseld met CDDP in een temperatuurgevoelige liposoom formulering van CDDP (HTLC), bekend als Gd-HTLC, voor real-time MR image-begeleide monitoring en evaluatie van de warmte -geactiveerde geneesmiddelafgifte en validatie van de verwarming protocol. Onze resultaten tonen aan dat de op laser gebaseerde verwarmingsinrichting efficiënt geactiveerd de afgifte van ingekapselde middelen van de Gd-HTLC formulering terwijl door middel van MRI wordt gecontroleerd.
Protocol
Representative Results
Discussion
Liposomen werden voor het eerst ontwikkeld in de jaren 1960 geneesmiddelafgiftedragers die hydrofiele geneesmiddelen in hun inwendige waterige volume en hydrofobe geneesmiddelen dragen op hun lipide bilaag 2. Naast het gebruik in therapeutische toepassingen, zijn liposomen onderzocht voor diagnostische toepassingen waarbij gelabeld met radionucliden of geladen met beeldvormende contrastmiddelen 17. In de afgelopen jaren, Theranostics en therapeutische diagnostische paren zijn gevolgd om de mogelijk…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research is funded by an operating grant from the Canadian Institutes of Health Research (CIHR) to C.A. and D.A.J. The authors acknowledge the Canadian Foundation for Innovation and Princess Margaret Cancer Foundation for funding the STTARR research facility that enables the imaging and therapy research components of this work.
Materials
| Rotary evaporator | Heidolph Instruments GmbH & Co.KG | Laborota 4000 | |
| High pressure extruder | Northern Lipids Inc. | T.001 | 10 mL thermobarrel |
| Heating circulator | VWR International LLC. | 11305 | Connected to extruder |
| Polycarbonate membrane filter | Whatman | 110605;110606 | |
| Differential scanning calorimeter (DSC) | TA Instruments | Q100 | |
| Inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer (ICP-AES) | PerkinElmer | Optima 7300DV | |
| Zetasizer | Malvern Instruments Ltd. | Nano-ZS | |
| Cell incubator | NuAire Inc. | NU-5800 | |
| Autoclip wound clip applier | Becton Dickinson | 427630 | |
| Autoclip wound clip remover | Becton Dickinson | 427637 | |
| Wound clips | Becton Dickinson | 427631 | 9 mm |
| 763 nm Laser device | Biolitec | Ceralas CD 403 laser | |
| Laser probe | Thorlabs Inc. | FT400EMT | With SMA and flat cleave connectors |
| Spectralon (illuminator) | Labsphere Inc. | FAST-SL-5CMX5CM | |
| CSTM-SL-5CMX5CM | |||
| 7 Tesla prelinical magnetic resonance (MR) imaging system | Bruker Corporation | Biospec 70/30 | |
| Fiber optic temperature sensor | LumaSense Technologies Inc. | Luxtron FOT Lab Kit | |
| Integrating sphere | Newport Corporation | 819C | |
| Optical power meter | Newport Corporation | 1830-R |
References
- Maeda, H., Wu, J., Sawa, T., Matsumura, Y., Hori, K. Tumor vascular permeability and the EPR effect in macromolecular therapeutics: a review. J Control Releas. 65 (1-2), 271-284 (2000).
- Simard, P., Leroux, J. C., Allen, C., Meyer, O. Liposomes for Drug Delivery. Nanoparticles for Pharmaceutical Application. , (2007).
- O’Brien, M. E. R., et al. Reduced cardiotoxicity and comparable efficacy in a phase III trial of pegylated liposomal doxorubicin HCl (CAELYX (TM)/Doxil (R)) versus conventional doxorubicin for first-line treatment of metastatic breast cancer. Ann Onco. 15 (3), 440-449 (2004).
- White, S. C., et al. Phase II study of SPI-77 (sterically stabilised liposomal cisplatin) in advanced non-small-cell lung cancer. Br J Cancer. 95 (7), 822-828 (2006).
- Laginha, K. M., Verwoert, S., Charrois, G. J. R., Allen, T. M. Determination of doxorubicin levels in whole tumor and tumor nuclei in murine breast cancer tumors. Clin Cancer Res. 11 (19), 6944-6949 (2005).
- Baronzio, G. F., Hager, E. D. . Hyperthermia in cancer treatment: a primer. , (2006).
- Landon, C. D., Park, J. Y., Needham, D., Dewhirst, M. W. Nanoscale Drug Delivery and Hyperthermia: The Materials Design and Preclinical and Clinical Testing of Low Temperature-Sensitive Liposomes Used in Combination with Mild Hyperthermia in the Treatment of Local Cancer. Open Nanomed. 3, 38-64 (2011).
- Koning, G. A., Eggermont, A. M., Lindner, L. H., ten Hagen, T. L. Hyperthermia and thermosensitive liposomes for improved delivery of chemotherapeutic drugs to solid tumors. Pharm Res. 27 (8), 1750-1754 (2010).
- Viglianti, B. L., et al. In vivo monitoring of tissue pharmacokinetics of liposome/drug using MRI: illustration of targeted delivery. Magn Reson Me. 51 (6), 1153-1162 (2004).
- Ponce, A. M., et al. Magnetic resonance imaging of temperature-sensitive liposome release: drug dose painting and antitumor effects. J Natl Cancer Ins. 99 (1), 53-63 (2007).
- Kong, G., et al. Efficacy of liposomes and hyperthermia in a human tumor xenograft model: importance of triggered drug release. Cancer Res. 60 (24), 6950-6957 (2000).
- Yarmolenko, P. S., et al. Comparative effects of thermosensitive doxorubicin-containing liposomes and hyperthermia in human and murine tumours. Int J Hyperthermia. 26 (5), 485-498 (2010).
- Wang, L. H., Jacques, S. L., Zheng, L. Q. MCML-Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues. Comput Meth Prog Bio. 47, 131-146 (1995).
- Rieke, V., Butts Pauly, K. MR thermometry. J Magn Reson Imaging. 27 (2), 376-390 (2008).
- Dou, Y. N., et al. Heat-activated thermosensitive liposomal cisplatin (HTLC) results in effective growth delay of cervical carcinoma in mice. J Control Release. 178, 69-78 (2014).
- Lammers, T., Kiessling, F., Hennink, W. E., Storm, G. Nanotheranostics and image-guided drug delivery: current concepts and future directions. Mol Pharm. 7 (6), 1899-1912 (2010).
- Lee, H., et al. A novel 64Cu-liposomal PET agent (MM-DX-929) predicts response to liposomal chemotherapeutics in preclinical breast cancer models. Thirty-Fifth Annual CTRC-AACR San Antonio Breast Cancer Symposium. , (2012).
