Yakın Kızılötesi Işığın İntratümöral Altın Nanoçubuklar Tarafından Fototermal Dönüşümü Yoluyla Murin Tümör Modellerinde Hedeflenen Hafif Hiperterminin İndüklenmesi

Hedefe Yönelik Hipertermik tedavi, çevredeki sağlıklı dokuya verilen zararı en aza indirirken tümör sıcaklıklarını seçici olarak yükseltmek için tasarlanmış, kanser tedavisinde yeni ortaya çıkan bir yöntemdir. Bu yöntem, katı tümörlerde altın nanoçubuk aracılı hipertermiyi indüklemenin yüksek verimli, düşük kaynak yoğun ve tekrarlanabilir bir yolunu tanımlar. Altın nanoçubukların doğrudan intratümöral enjeksiyonunun kullanılması ve ardından yakın kızılötesi ışığa maruz bırakılması, tümörlerin hassas, kontrollü ve yüksek oranda lokalize ısıtılmasına olanak tanır.

Bu protokolün başarısı, yakın kızılötesi ışığın uygun dalga boyunu kullanarak altın nanoçubukların verimli derin doku aktivasyonuna ve ayrıca prosedür boyunca iç tümör sıcaklığının doğru gerçek zamanlı izlenmesine bağlıdır. Yedinci günden başlayarak, kanser sonrası hücre enjeksiyonundan veya tümörler palpe edilebilir hale geldiğinde günlük tümör ölçümlerine başlayın. Prosedüre başlamadan önce, toplam tümör hacmini hesaplamak için tümörün genişliğini, uzunluğunu ve yüksekliğini ölçün.

Tümörler yaklaşık 50 milimetre küp hacme ulaştığında prosedürü gerçekleştirmeyi hedefleyin. Modelimiz için bu tümör hacmine kanser hücre enjeksiyonu sonrası 10. ve 12. günler arasında ulaşıldı. Steril bir biyolojik güvenlik kabininde, her tümör hacmine göre uygun hacimde altın nanoçubuk çekmek için 31 gauge iğneli bir mil şırınga kullanın.

Altın nanorod enjeksiyonundan önce, dakikada 0,8 litre akış hızında% 2 izofluran sağlayan bir burun konisi kullanarak fareyi uyuşturun. Kurumayı önlemek ve olası lazer hasarını en aza indirmek için her iki göze de göz kayganlaştırıcı uygulayın. Gerekirse, cilt yüzeyinin açığa çıkmasını sağlamak için tümörün etrafındaki fazla kürkü tıraş edin ve tümör yüzeyini dezenfekte etmek için etanol kullanın, kürk veya kalıntıları silin.

Lazere maruz kalmadan önce, tümör hacminin milimetre küpü başına bir mikrogram konsantrasyonda altın nanoçubukları tümör içine enjekte edin. Gerekirse, altın nanoçubukların tümör içinde verimli dağılımını sağlamak için enjeksiyonu iki intratümöral bölge arasında bölün. Enjeksiyondan sonra cilt yüzeyindeki fazla altın nanoçubukları sildiğinizden emin olun.

Kontrol grubu fareleri için, altın nanorod tedavi grupları için kullanılan eşdeğer hacimde intratümöral steril PBS enjeksiyonu uygulayın. Yerleştirmeden önce intratümöral sıcaklık probunu etanol ile temizleyin. Sıcaklık probunu yavaşça tümör kitlesinin ortasına yerleştirin.

Cilt ülserasyonunu önlemek ve tedavi sırasında termal yaralanma riskini en aza indirmek için tümör yüzeyine yaklaşık beş milimetre kalınlığında tek tip bir aloe vera jeli tabakası uygulayın. Lazeri doğrudan tümörün ortasının üzerinde hizalanacak şekilde ayarlayın. Tümör yüzey alanını kaplamak için gerekli lazer ışını çapına göre en iyi lazer yüksekliğini belirlemek için ışınım arama tablosunu kullanın.

Lazer ve termoelektrik soğutma kaynağını açın. Ardından lazer sistemini güç kaynağına takın. Termoelektrik soğutma kaynağını açın.

Mavi LED ışığı yanacak ve 30 saniye sonra sıcaklık 25 santigrat derecede sabitlenecektir. Işınım arama tablosuna göre, santimetre kare başına yaklaşık bir watt'lık bir hedef ışınım elde etmek için lazer akımı çıkışını ayarlayın. Deneyimizde, 1,5 santimetrelik bir lazer yüksekliği, 1,3 santimetrelik bir ışın çapı ve 1800 miliamperlik bir lazer akımı, tümör modelimiz için optimize edilmiş santimetre kare başına 0,82 watt'lık bir ışınım değeriyle sonuçlandı.

Bu noktadan itibaren, lazer ameliyathanesindeki tüm kişilerin, kullanılan ışığın dalga boyu için sertifikalı lazer güvenlik gözlükleri taktığından emin olun. Lazer prosedürü sırasında cilt yüzeyi sıcaklığını izlemek için fareye yönlendirilmiş lazer platformunun yanına bir termo kamera kurun. Termo-bağlantılı veri kayıt yazılımında kayda başlayın ve dahili tümör sıcaklığı-zaman grafiğinin gerçek zamanlı olarak görüntülendiğinden emin olun.

Kaynak çıkışını etkinleştirmek için lazer güvenlik anahtarını çevirin. Ayak pedalına basarak lazer uygulamasına başlayın Lazer başlangıç zamanında, iç tümör sıcaklığı artmaya başlayacak ve 42 ila 48 derecelik hedef hipertermik aralığa girmesi yaklaşık 15 saniye ila iki dakika sürecektir. İç tümör sıcaklığı 48 dereceye yaklaşırsa, ayağınızı pedaldan çekin ve sıcaklığın tekrar düşmesine izin verin.

Sıcaklıktaki bu düşüş, sıcaklık-zaman görüntüleme grafiğinde gerçek zamanlı olarak görünür hale gelmelidir. İç tümör sıcaklığı yaklaşık 43 dereceye düştüğünde, ayak pedalını kullanarak lazer uygulamasını yeniden etkinleştirin. Sıcaklık, hipertermik aralığın dışına çıkmadan tekrar yükselmeye başlamalıdır.

Tümörün hipertermik aralıkta kalmasını sağlamak için lazerin kapalı döngüsünde buna devam edin. Sıcaklık-zaman görüntüleme grafiği, bunu lazerin kapalı döngü modelinde yansıtmaya başlamalıdır. Tümör hipertermisinin sürdürülmesi boyunca, 50 santigrat derecenin altında kalmasını sağlamak için cilt yüzey sıcaklığını sürekli olarak izleyin.

Hipertermiyi beş dakika sürdürdükten sonra, lazer uygulamasını durdurmak için ayak pedalını bırakın ve iç tümör sıcaklığının yaklaşık 37 santigrat dereceye düşmesine izin verin. Tümör normal sıcaklığa döndüğünde, sıcaklık izleme probunu çıkarın ve tümör yüzeyindeki fazla aloe vera jelini silin. Fareyi burun konisi anestezisinden çıkarın ve kafese dönmeden önce hayvanın uyarılmasını izleyin İşlem sonrası iyileşme için, kafesi burada gösterildiği gibi kısmen bir ısı yastığının üzerine yerleştirin.

Fareleri barınma tesislerine geri göndermeden önce normal davranışlarına döndüklerinden emin olun. Bu tablo, miliamper cinsinden farklı lazer akımı çıkış ayarları ve santimetre cinsinden çalışma mesafeleri için santimetre kare başına watt cinsinden ışınım değerleri sağlar. Bu tablo, tümör yüzeyini kaplamak için gerekli ışın çapına göre uygun lazer yüksekliğini belirlemek ve santimetre kare başına yaklaşık bir watt'lık bir hedef ışınım elde etmek için kullanılır.

Bu tablodaki yeşil renkle vurgulanan değerler, santimetre kare başına bir watt'a yakın optimum ışınım seviyelerini gösterir. Bu şekil, tümörün yakın kızılötesi ışığa maruz kalması boyunca dahili tümör sıcaklık probu tarafından kaydedilen milisaniye cinsinden zaman içindeki temsili dahili tümör sıcaklık profillerini göstermektedir. Şekil A, iç tümör sıcaklığını hipertermik aralıkta tutmak için gerekli olan altın nanoçubuk enjekte edilmiş bir farede açık kapalı lazer döngüsü modelini göstermektedir.

Prosedür boyunca hipertermik aralığı korumak için iç tümör sıcaklığının yakından izlenmesinin ve lazer uygulama döngüsünün önemini vurgulamaktadır. Şekil B, yakın kızılötesi ışığa beş dakikalık maruz kalma boyunca enjekte edilen altın nanarod ile kontrol veya PBS enjekte edilen fareler arasındaki iç tümör sıcaklığındaki ortalama farkı göstermektedir. Altın nanoçubukların enjeksiyonu olmadan, yakın kızılötesi ışığa maruz kalan tümörler hafif hipertermik aralığa ısınmayacaktır.

PBS enjekte edilen tümörler, 42 ila 48 derecelik hipertermik sıcaklıklara ulaşan altın nanorod enjekte edilen tümörlerin aksine, 39 ila 40 santigrat derece civarında plato yapar. Altın nanorod aracılı hedefe yönelik hipertermik tedavimiz, tedaviden sonraki 48 ila 72 saat içinde birden fazla ayna kanser modelinde tümör hacminin küçülmesine neden olur. Şekil A, altın nanorod aracılı hedefe yönelik hipertermik tedaviyi takiben bir meme kanseri modeli olan 4T1'deki tümör hacmi ölçümlerini göstermektedir.

Şekil B, bir melanom modeli olan B16 F10'u ve şekil C, bir kolorektal kanser modeli olan CT26'yı göstermektedir. Tedaviyi takip eden 48 ila 72 saat içinde tümör hacmi büyümesinde azalma veya yavaşlama, pozitif bir sonucun göstergesidir. Bu protokolü uygularken, hafif hipertermik aralığın elde edilmesini ve tedavinin tutarlı bir şekilde verilmesini sağlamak için iç tümör sıcaklığının doğru gerçek zamanlı izlenmesi çok önemlidir.

Bu işlemi takiben, tümör hacmindeki değişiklikleri kaydetmek için günlük tümör hacmi ölçümleri yapılmalıdır. Tümörün iki ila üç gün içinde gerilemesi tedavi başarısının olumlu bir göstergesidir.