Özel Yapım Bir Dağıtım Sistemi Kullanarak Manyetik Nanopartikül Hipertermisinin In Vitro ve In Vivo Teslimatı

Kayla E. A. Duval; James  D. Petryk; P.  Jack Hoopes

doi:10.3791/61413

Yöntem makalesi

Özel Yapım Bir Dağıtım Sistemi Kullanarak Manyetik Nanopartikül Hipertermisinin In Vitro ve In Vivo Teslimatı

4.3K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/61413

⸱

2 Temmuz 2020

Kayla E. A. Duval¹ , James D. Petryk² , P. Jack Hoopes¹^,²

¹Thayer School of Engineering, Dartmouth College, ²Geisel School of Medicine, Dartmouth College

Bu makalede

Özet

Bu protokol, sofistike bir dağıtım ve izleme sistemi kullanarak manyetik nanopartikül hipertermisinin doğru bir şekilde verilmesi için gerekli teknikleri ve metodolojiyi sunar.

Özet

Hipertermi uzun zamandır kanser tedavisinde kullanılmaktadır. Teknikler, sıcak demir çubukların tümöral içe yerleştirilmesinden, 39 ° C (ateş seviyesi) ila 1.000 ° C (elektrokoter) arasındaki sıcaklıklarda ve saniyelerden saatlere kadar tedavi sürelerinde sistemik olarak verilen tümör antikor hedefli manyetik nanopartiküllere kadar değişmiştir. Sıcaklık-zaman ilişkisi (termal doz), doku ablasyonu ile sonuçlanan yüksek termal dozlar ve daha düşük termal dozlarla etkiyi belirler ve artan kan akışı, ilaç birikimi ve immün stimülasyon gibi subölümcül etkilere neden olur. En umut verici güncel tıbbi tedavilerden biri manyetik nanopartikül hipertermisidir (mNPH). Bu teknik, invaziv olmayan, toksik olmayan alternatif bir manyetik alanla sistemik veya intratümöral olarak verilebilen manyetik nanopartiküllerin aktive edilmesini içerir. Manyetik nanopartiküllerin boyutu, yapısı ve ilişkisi ve manyetik alanın frekansı ve alan kuvveti başlıca ısıtma belirleyicileridir. Büyük ve küçük hayvan modellerinde ve kültürlü hücrelerde tekrarlanabilir manyetik nanopartikül hipertermisi sağlamak için sofistike enstrümantasyon ve teknikler geliştirdik. Birden fazla yerde sürekli, gerçek zamanlı sıcaklık izlemeyi kullanan bu yaklaşım, hedef olmayan doku ısıtmasını sınırlarken, hedef dokuya (tümör) veya hücrelere iyi tanımlanmış termal dozların verilmesine izin verir. Birden fazla sahada sıcaklığın hassas kontrolü ve izlenmesi ve endüstri standardı algoritmanın (43 °C / CEM43'te kümülatif eşdeğer dakikalar) kullanılması, termal dozun doğru bir şekilde belirlenmesini ve miktarını sağlar. Çok çeşitli sıcaklıklara, termal dozlara ve biyolojik etkilere izin veren sistemimiz, ticari satın almalar ve kurum içi mühendislik ve biyoloji gelişmelerinin bir kombinasyonu ile geliştirilmiştir. Bu sistem, ex vivo, in vitro ve in vivo teknikler arasında hızlı dönüşüm sağlayacak şekilde optimize edilmiştir. Bu protokolün amacı, tekrarlanabilir ve doğru manyetik nanopartikül terapisi (mNP) hipertermisi sağlamak için etkili bir teknik ve sistemin nasıl tasarlanacağını, geliştirileceğini ve uygulanacağını göstermektir.

Giriş

Hipertermi tarihsel olarak kanser tedavisinde, tek başına veya diğer tedavilerle kombinasyon halinde kullanılmıştır. Uzun bir kullanım geçmişine sahip olmasına rağmen, bu tedaviyi sağlamak için en avantajlı yöntem hala tartışılmaktadır ve hastalığın bulunduğu yere ve konumuna bağlıdır. Hipertermi dağıtım yöntemleri arasında mikrodalga, radyofrekans, odaklanmış ultrason, lazer ve metalik nanopartiküller (altın veya demir oksit gibi)1,2,3,4 bulunur. Bu doğum yöntemleri, ateş seviyesinden yüzlerce derece C'ye kadar bir dizi tedavi sıcaklığına y....