Microbolhas magnéticas, acústicas e óptica-tripla-responsivas para hipertermia magnética e terapia de câncer de combinação pothototérmica
Summary
Apresentado aqui é um protocolo para a fabricação de microbolhas com nanopartículas de óxido de ferro (NSMs) através de auto-montagem, sinergizando a capacidade de resposta magnética, acústica e óptica em uma plataforma nanoterapêutica para hipertermia magnética e terapia de câncer de combinação fototérmica.
Abstract
A entrega de precisão de agentes anticâncológicos que visam o parto direcionado e penetrado profundamente, bem como uma liberação controlada no local do tumor foi desafiada. Aqui, fabricamos microbolhas com casca de óxido de ferro (NSMs) através de auto-montagem, sinergizando a capacidade de resposta magnética, acústica e óptica em uma plataforma nanoterapêutica. As nanopartículas de óxido de ferro servem como agentes magnéticos e fototérmicos. Uma vez injetados por via intravenosa, os NSMs podem ser guiados magneticamente até o local do tumor. O ultrassom desencadeia a liberação de nanopartículas de óxido de ferro, facilitando a penetração de nanopartículas profundas no tumor devido ao efeito de cavitação de microbolhas. A partir daí, hipertermia magnética e terapia fototérmica podem ser realizadas no tumor para terapia de câncer combinada, uma solução para a resistência ao câncer devido à heterogeneidade tumoral. Neste protocolo, foi realizada a síntese e caracterização de NSMs incluindo propriedades estruturais, químicas, magnéticas e acústicas. Além disso, a eficácia anticâncer por terapia térmica foi investigada usando culturas in vitro celulares. A estratégia de parto proposta e a terapia de combinação mantém grande promessa no tratamento do câncer para melhorar tanto a entrega quanto as eficácias anticancerígenas.
Introduction
O câncer é uma das doenças mais mortais, causando milhões de mortes a cada ano em todo o mundo e enormes perdas econômicas1. Nas clínicas, as terapias anticancerígenas convencionais, como ressecção cirúrgica, radioterapia e quimioterapia, ainda não podem proporcionar uma eficácia terapêutica satisfatória2. As limitações dessas terapias são altos efeitos colaterais tóxicos, alta taxa de recidiva e alta taxa de metástase3. Por exemplo, a quimioterapia sofre da baixa eficiência de entrega de quimioterapia precisamente para o local do tumor4. A incapacidade de as drogas penetrarem profundamente no tecido tumoral através das barreiras biológicas, incluindo matriz extracelular e alta pressão de fluido intersticial tumoral, também é responsável pela baixa eficácia terapêutica5. Além disso, a resistência ao tumor geralmente acontece nos pacientes que receberam tratamento por quimioterapia única6. Portanto, técnicas onde ocorre a ablação térmica do tumor, como a terapia fototermal (TEPT) e a terapia de hipertermia magnética (MHT), têm mostrado resultados promissores para reduzir a resistência ao tumor e vêm surgindo em ensaios clínicos7,8,9.
PtT desencadeia ablação térmica de células cancerosas pela ação de agentes de conversão fototérmica sob a irradiação da energia laser. A alta temperatura gerada (acima de 50 °C) induz necrose celular completa10. Muito recentemente, as nanopartículas de óxido de ferro (IONPs) foram demonstradas como um agente de conversão fototérmica que pode ser ativado pela luz infravermelha próxima (NIR)11. Apesar do baixo coeficiente de absorção molar na região infravermelha próxima, os IONPs são candidatos à terapia fototermal de baixa temperatura (43 °C), uma terapia modificada para reduzir os danos causados pela exposição ao calor a tecidos normais e iniciar imunidade antitumoral contra metástase tumoral12. Uma das limitações do PTT é a baixa profundidade de penetração do laser. Para tumores profundos, o aquecimento induzido pelo campo magnético alternado (AFM) das nanopartículas de óxido de ferro, também chamada de hipertermia magnética, é uma terapia alternativa para PTT13,14. A principal vantagem do MHT é a alta penetração do campo magnético15. No entanto, a concentração relativamente alta de IONPs é uma grande desvantagem para sua aplicação clínica. A eficiência de entrega da nanomedicina (ou nanopartículas) em tumores sólidos em animais tem sido de 1 a 10% devido a uma série de obstáculos, incluindo circulação, acúmulo e penetração16,17. Portanto, uma estratégia de entrega controlada e direcionada de IONPs com a capacidade de alcançar alta penetração tecidual é de grande interesse no tratamento do câncer.
O parto mediado de ultrassom de nanopartículas mostrou sua capacidade de facilitar a penetração de nanopartículas profundas no tecido tumoral, devido ao fenômeno chamado cavitação de microbolhas18,19. No presente estudo, fabricamos microbolhas (NSMs) com auto-montagem, sinergizando a capacidade de resposta magnética, acústica e óptica em uma plataforma nanoterapêutica. O NSM contém um núcleo de ar e uma concha de nanopartículas de óxido de ferro, com um diâmetro de aproximadamente 5,4 μm. Os NSMs podem ser guiados magneticamente até o local do tumor. Em seguida, a liberação de IONPs é desencadeada por ultrassom, acompanhada de cavitação de microbolhas e microstreaming. O impulso recebido a partir da microstreaming facilita a penetração de IONPs no tecido tumoral. O PTT e o MHT podem ser alcançados por irradiação a laser NIR ou aplicação AFM, ou com a combinação de ambos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aqui, apresentamos um protocolo de fabricação de microbolhas com casca de óxido de ferro (NSMs) através de auto-montagem, sinergizando a capacidade de resposta magnética, acústica e óptica em uma plataforma nanoterapêutica. Os IONPs foram densamente embalados ao redor do núcleo de ar para formar uma concha magnética, que pode ser controlada pelo campo magnético externo para mira. Uma vez entregue, a liberação de IONPs pode ser alcançada pelo gatilho de ultrassom. Os IONPs liberados podem ser ativados tanto …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciência Natural da China (81601608) e nuptsf (NY216024).
Materials
| 808 nm laser power | Changchun New Industries Optoelectronics Tech | MDL-F-808-5W-18017023 | |
| Calcein-AM | Thermo Fisher SCIENTIFIC | C3099 | |
| Fetal bovine serum | Invitrogen | 16000-044 | |
| Fluorescence Microscope | Olympus | IX71 | |
| Function generator | Keysight | 33500B series | 20 MHz, 2 channels with arbitrary waveform generation capability |
| Gelatin gel | Sigma | 9000-70-8 | |
| Heating machine | Shuangping | SPG-06- II | |
| Homemade focused transducer | Frequency=855, R-X=36.2W+5.8W, |Z|-θ=37W+8° | ||
| Homogenizer | SCILOGEX | D-160 | 8000-30000 rpm |
| Hydrophone | T&C | NH1000 | |
| ICR male mice | OG Pharmaceutical. Co. Ltd | 8-week-old | |
| Inductively coupled plasma optical emission spectrometry | PerkinElmer | ||
| Infrared thermal imaging camera. | FLIR | E50 | |
| Iron(II,III) oxide | Alfa Aesar | 1317-61-9 | 50-100nm APS Powder |
| Laser power meter | Changchun New Industries Optoelectronics Tech | ||
| Oscilloscope | Keysight | DSOX3054T | Bandwidth 500 MHz, Sampling Rate 5 GS/S, 4 channels |
| RF Power Amplifier | T&C | AG1020 | The signal source can also be connected to an external signal source. The gain can be adjusted from 0 to 100%. It has multiple functions such as frequency sweep, pulse, and triangle. |
| Roswell Park Memorial Institute-1640 | KeyGEN BioTECH | KGM31800 | |
| Sodium dodecyl sulfate | Sigma | 151-21-3 | |
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