Summary
هذا البروتوكول يوضح التنو يمكن السيطرة عليها من التجويف في جل أشباح، عن طريق التعرض المتزامن لأشعة الليزر النبضي القريبة من الأشعة تحت الحمراء والموجات فوق الصوتية عالية الكثافة وركزت (هيفو). ثم يمكن استخدام النشاط التجويف لتعزيز استخدامات التصوير و/أو العلاجية هيفو.
Abstract
في هذه الدراسة، تعرضت جسيمات نانوية الذهب plasmonic في نفس الوقت إلى نابض القريبة من الأشعة تحت الحمراء ليزر كثافة الضوء وارتفاع تركيز الموجات فوق الصوتية (هيفو) التنو يمكن السيطرة عليها من التجويف في محاكاة الأنسجة أشباح جل. تم تطوير هذا البروتوكول في المختبر لإثبات جدوى هذا النهج، لتعزيز كل من تطبيقات التصوير والعلاجية للسرطان. يمكن استخدام نفس الجهاز لتطبيقات التصوير والعلاجية على حد سواء باختلاف مدة التعرض للنظام هيفو. لقصر مدة التعرض (10 المايكروثانيه)، تم إنشاؤها الانبعاثات الصوتية ذات النطاق العريض من خلال التنو الخاضعة للقصور الذاتي التجويف حول جسيمات نانوية الذهب. وتوفر هذه الانبعاثات التعريب مباشرة من جسيمات نانوية. للتطبيقات المستقبلية، هذه الجزيئات قد فونكتيوناليزيد مع الجزيئية استهداف الأجسام المضادة (مثل HER2 المضادة لسرطان الثدي)، ويمكن أن توفر الترجمة الدقيقة للمناطق سرطانية، واستكمالا للتصوير بالموجات فوق الصوتية التشخيصية الروتينية. للتعرض لموجات مستمرة (CW)، استخدم النشاط التجويف لزيادة التدفئة مترجمة من التعرض هيفو أسفر عن أكبر الضرر الحراري في أشباح جل. تم رصد الانبعاثات الصوتية المتولدة من النشاط التجويف القصور الذاتي أثناء التعرض لهذه الأسلحة الكيميائية باستخدام نظام الكشف عن (PCD) التجويف سلبي لتوفير التغذية مرتدة نشاط التجويف. وقد تحقق زيادة تدفئة المترجمة فقط من خلال مزيج فريد من جسيمات نانوية، ضوء الليزر وهيفو. من الضروري مواصلة التحقق من الصحة لهذا الأسلوب في النماذج قبل الإكلينيكية للسرطان.
Introduction
كثافة عالية تركز الموجات فوق الصوتية (هيفو)، أو ركزت جراحة الموجات فوق الصوتية (فوس)، وهو أسلوب غير المؤين وغير الغازية التي تستخدم للاستئصال الحراري للنسيج تحت الجلد1. الاستخدام الرئيسي هيفو في علاج أورام الأنسجة الرخوة2، لكن ذلك هو بداية لاستخدامها في تطبيقات أخرى، مثل علاج أورام العظم3 أو4من ظروف عصبية. هناك اثنين من العوامل الرئيسية التي تحد من الاستخدام الواسع النطاق هيفو في العيادة: أولاً، صعوبات في توجيه العلاج وثانيا، أوقات طويلة من العلاج5. المزيج من هيفو والإضاءة الليزر النبضي nanorods الذهب plasmonic الموصوفة بهذا الأسلوب يمكن أن توفر وسيلة للتغلب على القيود المفروضة حاليا على هيفو6.
خلال التعرض هيفو، هو الآلية المهيمنة للاجتثاث الأنسجة الضرر الحراري. ومع ذلك، النشاط التجويف أيضا أن تلعب دور8. يمكن أن تتكون التجويف النشاط الذي يحدث أثناء التعرض هيفو كلا التجويف وساطة ميكانيكيا و/أو حرارياً. التجويف ميكانيكيا وساطة يشار إليه عموما التجويف الصوتية7، التي هي كذلك سيقتضي كفقاعات تمر أما السلوك غير القصور الذاتي أو القصور الذاتي9 . التجويف وساطة حرارياً من تشكيل جيوب الغاز، من خلال حل السابقين أو التبخر، ويشار إلى 'غلى'10. النشاط التجويف، ومعظمها عادة قد تبين التجويف القصور الذاتي، تعزيز الحرارية تدفئة معدلات يمكن تحقيقه من خلال التعرض هيفو11 وهكذا تساعد على معالجة واحدة من أوجه القصور الرئيسية. بيد تشكيل ونشاط التجويف أثناء التعرض هيفو لا يمكن التنبؤ بها وتؤدي إلى الآثار السلبية مثل الإفراط معاملة المناطق، أو غير متناظرة الاجتثاث الحرارية12. من أجل مراقبة نشاط التجويف أثناء التعرض هيفو، تم التحقيق الأخذ بنوي الخارجية. وهذه يمكن أن تتخذ شكل ميكروبوبليس13، مرحلة التحول نانومولسيونس14 أو15من جسيمات نانوية plasmonic. ثبت ميكروبوبليس ونانومولسيونس لتحسين إشارة إلى الضوضاء للتصوير وتعزيز أبلاتيونس الحرارية. ومع ذلك، يعني طبيعتها عابرة محدودة وظيفة عبر التعرض المتكرر هيفو. ويجري رصد النشاط التجويف أثناء التعرض هيفو باستخدام أما كشف التجويف الإيجابي أو السلبي (حوار التعاون الآسيوي أو PCD، على التوالي). PCD أسلوب تفضيلاً لكشف التجويف، كما يمكن تنفيذها بالتزامن مع التعرض هيفو ويوفر معلومات المحتوى الطيفي. يمكن ثم تحليل هذا المحتوى الطيفي للمساعدة في تحديد نوع النشاط التجويف تحدث16كذلك. وتستخدم الانبعاثات الصوتية ذات النطاق العريض، منذ هذه الانبعاثات هي فريدة من نوعها لوجود التجويف القصور الذاتي10 وترتبط بتعزيز هيفو تدفئة11.
التنظير التصوير (PAI) هو تصوير تقنية17، الذي يجمع بين الانتقائية الطيفية للإثارة الليزر النبضي مع دقة عالية من18التصوير بالموجات فوق الصوتية السريرية الناشئة. وقد استخدمت سابقا لتوجيه هيفو التعرض19، ولكن هذا الأسلوب التصوير محدود بعمق تغلغل ضوء الليزر. يمكن استخدام الجسيمات النانوية الذهبية plasmonic بمثابة 'عوامل التباين' زيادة امتصاص ضوء الليزر المحلية والسعة للتنظير الانبعاثات20في وقت لاحق. فلوينسيس ليزر عالية بما فيه الكفاية، فمن الممكن التسبب في توليد فقاعات بخار المجهرية التي يمكن استخدامها ل التصوير عالية مترجمة21. ومع ذلك، هذه مستويات التعرض عادة تتجاوز الحد الأقصى التعرض المسموح بها لاستخدام الليزر الخفيفة في البشر22، ومما قد يحد من استخدام. الطريقة المستخدمة في هذه الدراسة أثبت سابقا أن بتعريض جسيمات نانوية plasmonic لكلا الليزر في نفس الوقت الإضاءة وهيفو، فلوينس الليزر والضغوط الصوتية يلزم نوكليتي هذه فقاعات بخار صغير هو انخفاضا هائلا، وهو نسبة الإشارة إلى الضوضاء للتصوير بزيادة23. يتم وصف أسلوب هنا للجمع بين جسيمات نانوية plasmonic مع الليزر والتعرض هيفو لتقنية عالية يمكن السيطرة عليها التنو والنشاط لفقاعات بخار.
Protocol
1-الأنسجة محاكاة صنع الوهمية
ملاحظة: يمكن الاطلاع على تحليل متعمق للخصائص الصوتية فانتوم محاكاة الأنسجة شفافة بصريا يستخدم لجميع حالات التعرض في هذه الدراسة في تشوي, et al. 24
ملاحظة: كل العفن الوهمية تحتوي على حوالي 50 مل من محلول، وشغل ما مجموعة خمسة قوالب لكل دفعة. وهكذا، أعد ما مجموعة 250 مل من محلول الوهمية.
- إضافة مل 148.2 (60% v/v) ماء منزوع وتصفيتها ويطرد إلى 500 مل زجاج الكأس وإجازة حجته إلى درجة حرارة الغرفة. إضافة 75 مل من 40% (وزن/حجم) حل الاكريلاميد/مكررا-اكريلاميد (30% v/v) للكأس الزجاج، تليها 25 مل م 1 تريس المخزن المؤقت، درجة الحموضة 8 (10% v/v)، ومل 2.15 من فوق كبريتات الأمونيوم 10% (وكالة الأنباء الجزائرية؛ 0.86% v/v).
- ضع الكأس الزجاج داخل فراغ غرفة التي تقع على صفيحة محرض مغناطيسية، ومكان شريط 40 مم إثارة مغناطيسية تترافلوروايثيلين طويلة (PTFE) داخل الكأس. مع متوسط سرعة التحريك (أي ضمان خلط جيدة دون تشكيل دوامة في الماء)، أضف ببطء 22.5 غ (9% w/v) من مسحوق ألبومين المصل البقري (BSA).
- بمجرد تمت إضافة جميع جيش صرب البوسنة على الحل، سد فراغ الغرفة وتشغيل مضخة فراغ. الحفاظ على فراغ من 80 [مبر]/ح ومواصلة إثارة لمزيد 60 دقيقة، بعد الإفراج عن أي الفراغ. في هذه المرحلة ينبغي أن يكون الحل واضحا بصبغة أصفر طفيف.
- المنهجية المذكورة أعلاه هو نفسه بالنسبة لأشباح سواء مع أو دون جسيمات نانوية. وإذا لزم جسيمات نانوية، إضافة 10 ميليلتر (تركيز 1 × 108 np/mL) من نانورودس التي لها صدى سطحية مأكل مثل الطحين (موارد البرنامج الخاصة) 850 نيوتن متر وقطرها 40 نانومتر.
- وأخيراً، إضافة 125 ميليلتر من تيتراميثيليثيلينيدياميني (تيميد) لتحفيز البلمرة الوهمية. انتظر 5 دقائق إضافية للسماح بالاختلاط، ثم صب الحل الوهمية في قوالب فردية 5 والانتظار 20 دقيقة لتعيين. مجموعة مرة واحدة وإزالتها من أصحاب وتخزينها في وعاء محكم حتى الاستخدام. استخدم أشباح داخل ح 24 من صنعها.
2-معايرة هيفو محولات الطاقة الميدانية الحرة الضغط الصوتي
ملاحظة: هذا الجزء من البروتوكول غير ضروري قبل كل تجربة ليسيونينج/التصوير. إجراء معايرة تتم على فترات منتظمة لضمان الإخراج الصوتي للنظام بشكل صحيح.
- ملء خزان الماء اكريليك (280 × 141 × 132 مم) مع 4.5 لتر الماء منزوع ويطرد. جبل محول هيفو على وظيفة موقف ثابت في نهاية واحدة من الدبابات، التي تواجه في. موازية لهذا، جبل (التي تؤديها المختبرات الوطنية المادية) معايرة هيدروفونات الغشاء الساحة ثلاثة محاور دليل ميكرومتر في الوصل التقريبي لمحول هيفو (63 ملم).
- توصيل محول هيفو (هندسية تركز 63 مم) إلى حلبة معاوقة مطابقة، ثم السلطة مكبر للصوت (كما هو موضح في الشكل 1). ثم قم بتوصيل هيدروفونات الغشاء مباشرة إلى نظام الحصول على البيانات، ضمان توفير إشارة مشغل من مولد دالة متصلة بمكبر للصوت السلطة (الشكل 1).
- تعيين الجهد الناتج من مولد الدالة إلى 30 mV، مع موجه جيبية ميجاهرتز 3.3 دورة 10 على تكرار نبض تردد 100 هرتز.
- باستخدام البرمجيات القياس (انظر الجدول للمواد) لوضع تصور للكشف عن الإشارات الصوتية ومرحلة ميكرومتر، وموقف نبض الصوتية المكتشفة في الوقت الصحيح للرحلة (42.5 ميكرومتر). استخدام فقط اتجاه شعاعي، واحد في كل مرة في مرحلة ميكرومتر، تكبير الإشارات الصوتية تم الكشف عنها. مجرد ثقة وقد تحقق هذا، قم بإغلاق البرنامج وترك هيدروفونات الغشاء في موقفها الحالي.
- تختلف الجهد الناتج من مولد دالة من mV 20-400 20 mV زيادات. في الجهد كل مستوى واستخدام الإشارات MatLab اقتناء البرمجيات، وسجل هيدروفونات. الحصول على الحبوب 100 في كل مستوى، وتحويل من البيانات الجهد في الضغط باستخدام البيانات المقدمة المعايرة. متوسط البيانات وقياس كل ذروة الإيجابية والسلبية القيم لجميع مستويات الجهد الناتج. وهذا يعطي البيانات المعايرة للميدان حرة ذروة الضغط السلبي لاستخدامها لكل نبض وما زالت الدراسات الموجه.
3-تكوين جهاز تجريبي لكلتا الدراستين موجه نابض ومستمر
- ملء خزان الماء اكريليك (280 × 141 × 132 مم) مع 4.5 لتر الماء منزوع ويطرد. جبل محول هيفو وهيدروفونات النطاق العريض المشترك تمت محاذاته إلى مرحلة ميكرومتر يدوية ثلاثة محاور. ثم تغرق تماما بمحول طاقة وهيدروفونات في خزان المياه. ويرد في الشكل 1تخطيطي لهذا.
- قم بتوصيل محول هيفو حلبة معاوقة مطابقة، لتمكينها من أن تكون مدفوعة في به التوافقي الثالث (3.3 ميجاهرتز). هذه الدارة متصلة مباشرة بإخراج مضخم الترددات اللاسلكية. مولد دالة رقمية متصلة بالمدخلات من السلطة مكبر للصوت، وبرمجة عن بعد.
- قبل التعرض في المواد الوهمية، استخدام هيدروفونات معايرة الأغشية تفاضلية لقياس الضغط السلبي ذروة المتولدة من هذا النظام بالنسبة الجهد الكهربي لإدخال معين على مولد الدالة كما هو موضح في 2. استخدام هذه القيم الجهد مرجع لتعيين مستوى الضغط المطلوب على مولد دالة رقمية.
- الاتصال هيدروفونات النطاق العريض (هندسية تركز مم 63) الذي يقع في وسط فتحه محول هيفو مباشرة إلى مرشح تمرير عال 5 ميغاهرتز. قم بتوصيله إلى بطاقة اكتساب بيانات 14-بت (دق) عبر المضخم 40 dB. تأكد من توصيل مرشح تمرير عال مع التحيز الصحيح.
ملاحظة: هذه البطاقة تم تثبيته في جهاز كمبيوتر سطح مكتب، ويستخدم للتحكم في جميع الأجهزة (أمثلة يمكن العثور على هذا البرنامج كملفات تكميلية) وحفظ البيانات للمعالجة خارج الشبكة خلال هذه الدراسة. - توصيل مولد نبض تأخير رقمي منطق (TTL) ترانزستور ترانزستور مع الكابلات حربه نيل-Concelman (BNC) إلى كلا الليزر النبضي النظام والدالة المولدة ضمان التزامن بين هذه الأنظمة، مما يضمن أن 7 الليزر ns نبض تزامنت في المنطقة المستهدفة خلال ذروة الاستنفاد الرابعة من محول هيفو.
- باستخدام الطريقة الموضحة في 1، تجاهل أن جيش صرب البوسنة وجسيمات نانوية لجعل محاذاة الوهمية، وهو معيار المواد الوهمية التي تحتوي على هدف معدني كروي 1 مم (كروي). بغية تحقيق هذا الهدف، صب 25 مل مواد الوهمية في قالب وإضافة محفز تيميد ميليلتر 62.5، ثم انتظر حوالي 20 دقيقة لتعيين. ثم ضع المعدني هدفا مركزياً في الوهمية وإضافة مل 25 مزيد من الحل الوهمية تليها حافزا تيميد ميليلتر 62.5 و 20 دقيقة أخرى الانتظار.
- ضع المحاذاة الوهمية إلى حامل ثلاثي الأبعاد المطبوعة6وجبل على مرحلة ثلاثية الأبعاد الآلي حوالي الموقف حيث يكون الهدف المعدني في ذروة المحورية لمحول هيفو.
- باستخدام محول هيفو لإرسال مدة قصيرة دورة 10 انفجر (3 المايكروثانيه) وهيدروفونات لتلقي (متصلة مباشرة بالبطاقة دق)، موقف بالنسبة إلى الهدف المحاذاة هو الأمثل من خلال موقع صدى نبض. الوقت الحقيقي تم الكشف عن إشارة سيتم عرضها على جهاز الكمبيوتر. ضبط وقت السعة الرحلة والإشارات باستخدام مرحلة ميكرومتر اليدوي التي شنت على محول هيفو وهيدروفونات. حالما يتم تعيين وقت الرحلة إلى 85 المايكروثانيه (رحلة واحدة ذهابا وإيابا)، وقد تم تكبير السعة إشارة في كلا الاتجاهين شعاعي، سيتم محاذاة هذا النظام.
- ضخ زوجين الطاقة الضوئية من مذبذب حدودي الضوئية (OPO) قبل 532 nm النانوسيكند الليزر النبضي في الوهمية باستخدام حزمة ألياف 2 مم. جبل هذه الألياف على المرحلة الثانية ميكرومتر، والموقف في زاوية من 45˚ من المحور الصوتية أمام الوهمية (الشكل 1). تعيين الطول الموجي لضوء الليزر إلى 680 نانومتر بحيث تكون مرئية للمحاذاة. حالما تظهر، ضع الإضاءة الليزر مع مرحلة ميكرومتر مثل المحاذاة والهدف المركزية في بقعة ليزر قطرها 15 ملم.
- ضع المجهر الرقمي x 20-90 (تعمل مسافة 90 ملم) ومصدر ضوء أبيض على طرفي نقيض من خزان المياه عمودي على الطائرة إكثار من محول هيفو. شنت المجهر على مرحلة ميكرومتر صغيرة. موقف يكون المحاذاة المعدني استهدفت وسط وفي التركيز في مجال رؤيته (5 x 6 مم).
ملاحظة: بعد اكتمال الإجراءات المذكورة أعلاه، كل هذا النظام (محول طاقة هيفو، هيدروفونات، وإضاءة الليزر ومجهر) الآن شارك محاذاة العناصر إلى موقع محدد. يمكن الآن الاستعاضة عن المحاذاة الوهمية محاكاة الأنسجة أشباح المستخدمة للدراسة. كما شنت الوهمية في حامل يعلق على نظام تحديد المواقع ثلاثية الأبعاد، يمكن استهداف مناطق مختلفة مع الحفاظ على محاذاة.
4-التجويف عتبة الكشف من التعرض هيفو نابض
ملاحظة: الإجراء التالي هو نفسه بالنسبة لأشباح مع أو بدون الجسيمات النانوية، وينبغي تكرار ثلاث مرات.
- تأكد من توصيل النظام PCD بعد أن يتم قطع الاتصال لإجراء محاذاة المبينة في 3.8 وضبط الطول الموجي الليزر لموارد البرنامج الخاصة لجسيمات نانوية. باستخدام برنامج تحكم مخصصة، تعيين مولد دالة لإنتاج انفجار هيفو دورة 10 (3 المايكروثانيه)، الذي تزامن مع نظام الليزر. أيضا استخدام هذا البرنامج لتعيين فلوينس ليزر من 0.4 أو 1.1 أو 2.1 أو 3.4 مللي جول/سم2 على الرغم من تغيير التوقيت بين آثار إطلاق مصباح فلاش وافتتاح Q-تبديل في نظام ليزر.
- استهداف ذروة المحورية للنظام هيفو 10 مم عمق الوهمية، وفي 13 موقعا فريداً، متباعدة من 5 مم، في الاتجاه العمودي. في كل موقع من هذه المواقع تؤدي تعرض لضغط هيفو سلبي ذروة واحدة، مع فلوينسيس الليزر الأربعة المذكورة في 4.2.
- استخدام نطاق الذروة السلبية الضغوط 0، 0.91، 1.19، 1.43، 1.69، 1.92، 2.13، 2.34، 2.53، 2.71، 2.83، 3.00 و 3.19 الآلام والكروب الذهنية لظروف التعرض التالية: ليزر على نانوحبيبات الحرة الوهمية والليزر قبالة في نانوحبيبات وهمية، والليزر على في نانوحبيبات الوهمية. لمحاكاة ليزر 'شام' التعرض، وتشغيل النظام كما وصف، ولكن إغلاق مصراع دليل على إخراج OPO. سيكفل هذا النهج أن يكون أي ضجيج الترددات اللاسلكية التي تم إنشاؤها بهذا النظام PCD.
- برنامج جميع الإعدادات والمواقف التعرض إلى برنامج التحكم، ثم تنفيذ لتنفيذ هذه القياسات. بيانات PCD هو رقمية وتخزينها مباشرة باستخدام بطاقة اكتساب البيانات لمرحلة ما بعد المعالجة. لكل معلمة التعرض، كرر 500 التعرض هي المكتسبة6.
- معالجة الانبعاثات ذات النطاق العريض بالكشف عنها بواسطة النظام PCD من التعرض هيفو قصيرة المدة إلى أشباح استخدام تقنية مفصلة حسب مكلاوغلان et al. (2017) 6.
5-الحراري تمسخ من التعرض هيفو موجه مستمرة
ملاحظة: الإجراء التالي هو نفسه بالنسبة لأشباح مع أو بدون جسيمات نانوية وقد تكررت ثلاث مرات.
- تعيين نظام ليزر لإعطاء فلوينس 3.4 مللي جول/سم2 ومولد دالة لإعطاء تعرض CW (هو مزامن كل الاندفاع دورة 330,000 لنبض ليزر). في 11 موقعا فريداً في الوهمية، حدد ضغط سلبي ذروة 0.20 أو 0.62، 0.91، 1.19، 1.43، 1.69، 1.92، 2.13، 2.34، 2.53 أو 2.71 الآلام والكروب الذهنية.
- استخدام وقت تعرض إجمالي من 17 s بغية الحصول على 1s أساس قبل وبعد تعرض هيفو s CW 15 في الوهمية. خلال هذا الوقت التعرض الإجمالي، نظام حيازة البيانات يتم تسجيل البيانات PCD. المجهر متصل بمراقبة الكمبيوتر وإطارات الصورة تسجل خلال هذا الوقت لتقديم تصور مباشرة من تشكيل الآفة الحرارية.
- كرر هذه العملية في 4.3 لجميع شروط التعرض المختلفة المبينة في 4.4.
- عملية جميع البيانات PCD خارج الشبكة لحساب الجرعة التكهف القصور الذاتي25 لكل من التعرض.
Representative Results
كشف التجويف من التعرض هيفو نابض
نظام كشف التجويف السلبي سجلت البيانات الوقت/الجهد على التعرض نطاق هيفو والليزر في أشباح على حد سواء مع ودون جسيمات نانوية. ويبين الشكل 2 نتائج تمثيلية لمجموعة من التعرض. يتم اقتطاع المقاييس الزمنية في هذه المؤامرات لتسليط الضوء على المناطق حيث يتوقع الانبعاثات الصوتية ذات النطاق العريض، بسبب وقت الرحلة من هذه الانبعاثات. الشكل 2 يوضح أن إلا عندما يكون هناك مزيج من الجسيمات النانوية، هيفو إضاءة ليزر والتعرض وأن يتم الكشف عن انبعاثات ذات النطاق العريض. ومع ذلك، لا يزال هذا ظاهرة عتبة، كما كانت عدم الكشف عن انبعاثات ذات النطاق العريض في انخفاض ضغط الصوتية الرقم 2 ح . وتقابل مدة هذه الانبعاثات عادة مدة التعرض هيفو، الذي كان المايكروثانيه حوالي 10 في هذه الدراسة.
تمسخ الحرارية من تعرض هيفو الأسلحة الكيميائية
ويبين الشكل 3 سلسلة من إطارات المكتسبة من ناقل تسلسلي عالمي (USB) كاميرا خلال تعرض هيفو واحد مع إضاءة الليزر، أنواع ثلاثة من التعرض مختلفة (مع أو بدون إضاءة الليزر و/أو جسيمات نانوية). يعرض هذا الشكل مثال على تشكيل الآفات الحرارية في أشباح جل لكل من هذه الشروط. في طريقة العرض هذه هيفو يحدث التعرض من اليسار إلى اليمين. على سبيل المثال هو مبين في الشكل 3 الذروة كان الضغط السلبي 2.53 الآلام والكروب الذهنية، الذي كان الحافة العلوية من ما تم استخدامه في هذه الدراسة.
تسجيل الجرعات التجويف القصور الذاتي (ICD) من التعرض للأسلحة الكيميائية هيفو
ويبين الشكل 4 نتائج تمثيلية من الحساب للتصنيف الدولي للأمراض المسجلة أثناء التعرض للأسلحة الكيميائية هيفو. كان هذه البيانات بعد معالجتها من الانبعاثات التي سجلتها النظام PCD خلال التعرض. وتظهر الأرقام 4a، ج 4، و 4e أنه في ذروة انخفاض ضغط سلبي، أي انبعاثات ذات النطاق العريض اكتشفت، حيث تظهر الأرقام 4 باء، دال، وو أن التصنيف الدولي للأمراض وسجلت في جميع أنحاء التعرض. ولوحظت إشارات ICD أعلى خلال التعرض في جل يحتوي على جسيمات نانوية مع التعرض هيفو والليزر (الرقم 4f).
رقم 1. تمثيل تخطيطي للجهاز التجريبية المستخدمة في هذه الدراسة. للوضوح، يتم حذف مجهر USB ومصدر الضوء، ولكن تتجلى منطقة عرض مربع منقط أزرق. باستخدام الحاسب الآلي-الكمبيوتر التحكم العددي، أونر-نانورودس الذهب. الشكل مقتبس من مكلاوغلان et al. (2017) 6- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
رقم 2. مثال عن آثار الجهد المسجلة مع نظام كشف التجويف السلبي خلال التعرض القصير هيفو، مع/بدون إضاءة الليزر المتزامنة. عندما تستخدم، كان فلوينس الليزر 2.1 مللي جول/سم2 مع ذروة ضغط سلبي من (أ-ج) 3.0، 2.13 (د-و)، والآلام والكروب الذهنية (ز-ط) 1.43. LS-ليزر، NR-جسيمات نانوية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 3. فرد الإطارات في بعض الأحيان s 0، 5، 10 و 15 خلال تعرض هيفو سجلتها مجهر USB. وكان فلوينس الليزر 3.4 مللي جول/سم2 وذروة الضغط السلبي 2.53 الآلام والكروب الذهنية. تسلسل (أ) كان مع التعرض الليزر والوهمية دون جسيمات نانوية (ب) دون التعرض لليزر وفي الوهمية التي تحتوي على جسيمات نانوية و (ج) وقد إضاءة الليزر والوهمية التي تحتوي على جسيمات نانوية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
الشكل 4. حساب القصور الذاتي التجويف الجرعة (ICD) سجلت خلال التعرض (أ، ب، ه، وو) مع و (ج ود) دون إضاءة الليزر. كانت ذروة الضغط السلبي أما (أ، ج، و e) 0.91 أو (ب، د، و f) 2.53 الآلام والكروب الذهنية. الوهمية المستخدمة في (& ب) لم يتضمن أي جسيمات نانوية. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Discussion
وينقسم هذا البروتوكول إلى أربعة أقسام منفصلة، تصف صنع الوهمية محاكاة الأنسجة من خلال للأسلحة الكيميائية والتعرض فيها لإنتاج تمسخ المولدة حرارياً. يحاكي هذا تمسخ الأشباح نخر التخثر المولدة حرارياً من ذوي الخبرة بالانسجة اللينة التي تتعرض إلى هيفو1. في صنعها، من المهم التأكد من أن نسبة APS وتيميد أن عدم تحفيز هذه العملية بسرعة كبيرة جداً. وهذه العملية هو طارد، أسرع هذا المعدل، وارتفاع درجة حرارة بلغت25 وبالتالي يمكن أن تؤذي البروتينات جيش صرب البوسنة قبل التعرض. تم تعيين النسبة من وكالة الأنباء الجزائرية إلى تيميد في هذا البروتوكول أن هذا يجب أن لا تحدث، لكن القوالب يمكن أن توضع في الماء المثلج أثناء مبلمرة جل لمواصلة تقليل هذا الاحتمال.
كما يركز هذا البروتوكول على التنو التجويف من خلال الجمع بين جسيمات نانوية، اضاءات الليزر والتعرض هيفو، وخطوة حاسمة في صنع أشباح جل ديغا لهم تحت الفراغ لمدة 30 دقيقة. بمجرد عرضه هيفو (لا سيما التعرض للأسلحة الكيميائية)، حتى لو لم يكن هذا آفة حرارية، من المهم أن استهداف موقع جديد في أشباح جل لتجنب الأنوية الموجودة مسبقاً. عندما تتحرك الوهمية باستخدام الكمبيوتر الخاضعة لنظام الترجمة من المهم لضمان أن يبقى عمق هيفو التركيز (وهكذا محاذاة المنطقة) متسقة. هذا يضمن أن مستويات فلوينس الضغط والليزر هيفو موحدة لكل معلمة التعرض المحددة. لهذا البروتوكول، وبعد وضع الأولية لصاحب الوهمية، ثم فقط ترجمة في المحور العمودي.
المواد الهلامية محاكاة الأنسجة حساسة للحرارة تستخدم على نطاق واسع ب المجتمع هيفو البحث25، كما أنها توفر إليه بصرية لرصد تشكيل الآفة الحرارية. هذه الدراسة هي أول مثال للجمع بينها وبين جسيمات نانوية ومما يدل على تعزيز تقدم إلى تشكيل الآفة عن طريق النشاط التجويف التي تسيطر عليها. ومع ذلك، رغم أنها تصنف كمحاكاة الأنسجة على استجابتهم لدرجة الحرارة، سواء توهين الصوتية والبصرية ليست. وبسبب الحاجة إلى تصور تشكيل الآفة في المواد الهلامية، هي قرب الأشباح شفافة، بصبغة أصفر طفيف. كما يتم ضبط فلوينس الليزر للحساب لهذا، فإنه يعني أن ضوء الليزر ينير المنطقة المستهدفة من وتحديدالمنطقه بدلاً من انتشارية كما سيكون لانسجة طبيعية. ومن ثم السماح للترجمة السريرية الإضاءة متعددة المصادر سوف تكون ضرورية لضمان كافية فلوينس على السطح. حاليا هذا العمل تلتزم بالمبادئ التوجيهية22 للاستخدام المأمون لأشعة الليزر عندما تتعرض للجلد. وهذا سيحد من فلوينس الليزر كحد أقصى يمكن تحقيقها في العمق؛ وهكذا، تكون مناسبة هذا الأسلوب في البداية لعلاج السرطان سطحية مثل سرطان الثدي، أو الرأس والرقبة. وعلاوة على ذلك، يمكن أن توفر plasmonic جسيمات نانوية تستهدف المستقبلات السطحية لهذه الأنواع من السرطانات زيادة الانتقائية في العلاج. ومع ذلك، على الرغم من أن هذه منطقة نشطة للغاية من البحث، لا جزيئات هذه معتمدة حاليا للاستخدام السريري.
توهين الصوتية من الأشباح مع جسيمات نانوية كان قياسها أن تكون 0.7±0.2 dB/cm6، مقارنة مع القيمة للأنسجة الرخوة من 3-4 dB/سم وأقل بكثير. وهكذا، سيكون أقل من أن تراعي في الأنسجة اللينة التدفئة من التعرض هيفو في هذه المواد الهلامية. وقد ثبت أن إضافة الخرز الزجاج للجل يزيد من مستويات التوهين مشابهة للأنسجة اللينة25. ومع ذلك، في هذا التطبيق، وهذا النهج لا يمكن كما يتصرف مصادر نويات للنشاط التجويف حتى في حالة عدم وجود جسيمات نانوية هذه الخرز، وأن وبالتالي تحريف عتبة التجويف. عند مقارنة كفاءة التدفئة لنتائج الدراسة التي تشوي et al. (2013) 25، آفات الحرارية تم إنشاؤها في ذروة الضغط يتراوح من 14-23 الآلام والكروب الذهنية (ولم يذكر إذا كان هذا الضغط الذروة الإيجابية أو السلبية). كما أنجز هذا في 1.1 ميغا هرتز، التوهين في phantoms كان أقل من المستخدمة في هذه الدراسة. ومع ذلك، النهج نانوحبيبات المنبسطة في هذه الدراسة كانت قادرة على توليد آفات الحرارية في هذه الخيالات في ضغوط تتراوح 1.19 3.19 الآلام والكروب الذهنية، مما يدل زيادة كفاءة على المنهجيات الحالية.
اختبار مستقبلا لهذه المنهجية ينبغي أن يتم في نموذج في فيفو لإدراج الحد من الورم، نضح الأنسجة، الجزيئية استهداف جسيمات نانوية ومعلمات التوهين الصوتية ذات الصلة.
Disclosures
ليس له علاقة بالكشف عن صاحب البلاغ.
Acknowledgments
هذا العمل كان يدعمها EPSRC منح الجيش الشعبي/J021156/1. يود صاحب البلاغ الاعتراف بدعم من أوائل زمالة Leverhulme الوظيفي (ECF-2013-247).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Single Element HIFU transducer | Sonic Concepts | H-102 | |
| 55dB Power Amplifier | E&I | A300 | |
| Function Generator | Keysight Technologies | 33250A | |
| Differential Membrane Hydrophone | Precision Acoustics Ltd | ||
| TTL Pulse Generator | Quantum Composers | 9524 | |
| Nd:YAG Pulse Laser | Continuum | Surelite I-10 | |
| OPO Plus | Continuum | Surelite | |
| Fibre Bundle | Thorlabs Inc | BF20LSMA01 | |
| Energy Sensor | Thorlabs Inc | ES145C | |
| Nanorods | Nanopartz | A12-40-850 | |
| Broadband detector | Sonic Concepts | Y-102 | |
| 5 MHz high pass filter | Allen Avionics | ||
| 40dB preamplifier | Spectrum GmbH | SPA.1411 | |
| 14-bit data acquisition card | Spectrum GmbH | M4i.4420x8 | |
| Deionised Filtered Water | MilliQ | ||
| Acrylamide/Bis-acrylamide solution | Sigma Aldrich | A9927 | |
| 1 mol/L TRIS Buffer | Sigma Aldrich | T2694 | |
| Ammonium Persulfate | Sigma Aldrich | A3678 | |
| Bovine serum albumin | Sigma Aldrich | A7906 | |
| TEMED | Sigma Aldrich | T9281 | |
| 3D printer | CEL-UK | Robox | |
| 3-axis positioning system | Zolix | ||
| Digital Microscope | Dino-lite | AM4113TL | |
| Water Tank | Muji | Acrylic Tank | |
| Optical Components | Thorlabs Inc | Various | |
| Optomechanical Components | Thorlabs Inc | Various | |
| BNC Cables | RS | ||
| Desktop PC | Custom Made | ||
| Hotplate Stirrer | Fisher | ||
| SBench6 | Spectrum GmbH | Measurement software |
References
- Ter Haar, G. Ultrasound focal beam surgery. Ultrasound in Medicine and Biology. 21 (9), 1089-1100 (1995).
- Kennedy, J. E. High-intensity focused ultrasound in the treatment of solid tumours. Nature Reviews Cancer. 5 (4), 321-327 (2005).
- Rodrigues, D. B., Stauffer, P. R., Vrba, D., Hurwitz, M. D. Focused ultrasound for treatment of bone tumours. International Journal of Hyperthermia. 31 (3), 260-271 (2015).
- Wang, T. R., Dallapiazza, R., Elias, W. J. Neurological applications of transcranial high intensity focused ultrasound. International Journal of Hyperthermia. 31 (3), 285-291 (2015).
- Ebbini, E. S., Ter Haar, G. Ultrasound-guided therapeutic focused ultrasound: current status and future directions. International Journal of Hyperthermia. 31 (2), 77-89 (2015).
- McLaughlan, J. R., Cowell, D. M., Freear, S. Gold nanoparticle nucleated cavitation for enhanced high intensity focused ultrasound therapy. Physics in Medicine & Biology. 63 (1), 015004 (2017).
- Neppiras, E. A. Acoustic cavitation series: part one: Acoustic cavitation: an introduction. Ultrasonics. 22 (1), 25-28 (1984).
- Shaw, A., Martin, E., Haller, J., ter Haar, G. Equipment measurement and dose-a survey for therapeutic ultrasound. Journal of Therapeutic Ultrasound. 4 (1), 7 (2016).
- Leighton, T. The Acoustic Bubble. , Academic Press. (2012).
- McLaughlan, J., Rivens, I., Leighton, T., Ter Haar, G. A study of bubble activity generated in ex vivo tissue by high intensity focused ultrasound. Ultrasound in Medicine and Biology. 36 (8), 1327-1344 (2010).
- Holt, R. G., Roy, R. A. Measurements of bubble-enhanced heating from focused, MHz-frequency ultrasound in a tissue-mimicking material. Ultrasound in Medicine and Biology. 27 (10), 1399-1412 (2001).
- Meaney, P. M., Cahill, M. D., Haar, ter, R, G. The intensity dependence of lesion position shift during focused ultrasound surgery. Ultrasound in Medicine and Biology. 26 (3), 441-450 (2000).
- Blum, N. T., Yildirim, A., Chattaraj, R., Goodwin, A. P. Nanoparticles formed by acoustic destruction of microbubbles and their utilization for imaging and effects on therapy by high intensity focused ultrasound. Theranostics. 7 (3), 694-702 (2017).
- Zhao, L. Y., Zou, J. Z., Chen, Z. G., Liu, S., Jiao, J., Wu, F. Acoustic cavitation enhances focused ultrasound ablation with phase-shift inorganic perfluorohexane nanoemulsions: an in vitro study using a clinical device. BioMed Research International. 2016, 7936902 (2016).
- Devarakonda, S. B., Myers, M. R., Lanier, M., Dumoulin, C., Banerjee, R. K. Assessment of gold nanoparticle-mediated-enhanced hyperthermia using mr-guided high-intensity focused ultrasound ablation procedure. Nano Letters. 17 (4), 2532-2538 (2017).
- Coussios, C., Farny, C. H., Ter Haar, G., Roy, R. A. Role of acoustic cavitation in the delivery and monitoring of cancer treatment by high-intensity focused ultrasound (HIFU). International Journal of Hyperthermia. 23 (2), 105-120 (2007).
- McNally, L. R., Mezera, M., Morgan, D. E., Frederick, P. J., Yang, E. S., Eltoum, I. E., Grizzle, W. E. Current and emerging clinical applications of multispectral optoacoustic tomography (MSOT) in oncology. Clinical Cancer Research. 22 (14), 3432-3439 (2016).
- Wang, L. V., Hu, S. Photoacoustic tomography: in vivo imaging from organelles to organs. Science. 338 (6075), 1458-1462 (2012).
- Cui, H., Yang, X. In vivo imaging and treatment of solid tumor using integrated photoacoustic imaging and high intensity focused ultrasound system. Medical Physics. 37 (9), 4777-4781 (2010).
- Li, W., Chen, X. Gold nanoparticles for photoacoustic imaging. Nanomedicine. 10 (2), 299-320 (2015).
- Lukianova-Hleb, E. Y., Kim, Y. S., Belatsarkouski, I., Gillenwater, A. M., O'Neill, B. E., Lapotko, D. O. Intraoperative diagnostics and elimination of residual microtumours with plasmonic nanobubbles. Nature Nanotechnology. 11 (6), 525-532 (2016).
- ANSI. Z136. 1. American national standard for the safe use of lasers. , American National Standards Institute, Inc. New York. (2007).
- McLaughlan, J. R., Roy, R. A., Ju, H., Murray, T. W. Ultrasonic enhancement of photoacoustic emissions by nanoparticle-targeted cavitation. Optics Letters. 35 (13), 2127-2129 (2010).
- Choi, M. J., Guntur, S. R., Lee, K. I., Paeng, D. G., Coleman, A. A tissue mimicking polyacrylamide hydrogel phantom for visualizing thermal lesions generated by high intensity focused ultrasound. Ultrasound in Medicine and Biology. 39 (3), 439-448 (2013).
- Chen, W. S., Brayman, A. A., Matula, T. J., Crum, L. A. Inertial cavitation dose and hemolysis produced in vitro with or without Optison. Ultrasound in Medicine and Biology. 29 (5), 725-737 (2003).
