Протоколы для оценки радиочастотных взаимодействий с наночастиц золота и биологических систем для неинвазивной гипертермии лечению рака
Summary
Описаны протоколы, используемые для исследования взаимодействий 13,56 МГц радиочастотной (РЧ) электрические-поля с золотой наночастицы коллоидов в обоих небиологических и биологических системах (в пробирке / VIVO). Эти взаимодействия находятся под следствием для применения в терапии рака.
Abstract
Лечения рака, которые являются менее токсичными и инвазивными, чем их существующих аналогов весьма желательны. Использование радиочастотных электрических полей, которые проникают глубоко в тело, вызывая минимальную токсичность, в настоящее время изучается как жизнеспособное средство неинвазивной терапии рака. Предполагается, что взаимодействия РЧ-энергии с интернализованных наночастиц (NPS) может освободить тепло, которое затем может вызвать перегревание (гипертермия) клетки, в конечном счете заканчивается в некроза клеток.
В случае не-биологических систем, мы представляем детальные протоколы, касающиеся количественной оценки высвобождения тепла в высококонцентрированных НП коллоидов. Для биологических систем, в случае экспериментов в пробирке, мы опишем методы и условия, которые должны быть прилипшие к того, чтобы эффективно подвергать раковые клетки радиочастотной энергии без объемных медиа артефактов нагрева существенно закрывающие данных. Наконец, приведем подробной методики Fили в естественных условиях мышиных моделях с внематочной печеночных раковых опухолей.
Introduction
Поглощение радиочастотной энергии биологической тканью (в связи с присущей им электрической проницаемости) приводит к температурах повышенных тканей в зависимости от времени, которое в конечном итоге приводит к гибели клеток гипертермии. Предполагается, что рак гипертермия может быть оптимизирована за счет использования целевых наноматериалов, которые позволяли бы в раковой клетке и действуют как RF-тепловых преобразователей, оставляя соседние здоровые, нормальные клетки нетронутыми. Несколько докладов уже показали, что разнообразие ИГ может выступать в качестве эффективных источников тепла РФ, которые помогают в некроза рака 1-4.
В этом отношении, золотые наночастицы (AuNPs) 3-5, углеродные нанотрубки 1, и квантовые точки 6, 7 выставлен захватывающие характеристики при использовании в как в пробирке и в естественных экспериментов РФ. Хотя точная природа отопительного механизме этих наночастиц при воздействии ВЧ-области все еще обсуждается, серияфундаментальные эксперименты с использованием AuNPs уделяет большое значение как на размер НП и агрегации государств. Было показано, что только AuNPs с диаметром <10 нм будет нагреваться при воздействии РЧ поля 8. Кроме того, этот механизм нагрева значительно ослабляется, когда AuNPs агрегируются. Это условие агрегации также подтверждено в моделях в пробирке, что размещенных важность при оптимизации AuNP коллоидной стабильности в endolysomal внутриклеточным для действенного РФ терапии 4. Тем не менее, методы и экспериментальные принципы, используемые для сбора и оценки этих данных может быть проблематичным, особенно в случае проверки анкет тепла РФ от НП коллоидов.
Несколько докладов показали, что джоулев нагрев фонового ионного подвески, что наночастицы подвешены в может быть основным источником производства тепла РФ, а не сами 9-12 НЧ. Хотя наша недавняя работа 8 утверждало тон использовать радиочастотных взаимодействий в генерации тепла от AuNPs диаметров менее 10 нм, мы стремимся, чтобы описать эти протоколы более подробно в этой статье.
Мы также продемонстрировать протоколы и методы, необходимые для оценки эффективности AuNPs как гипертермических тепловых агентов в в пробирке и в естественных условиях экспериментов для моделей рака печени. Хотя мы ориентированы прежде всего на простых коллоидов цитрата крышками AuNPs, те же методы могут быть применены к другим гибридов AuNP, таких как антитела и химиотерапии, конъюгированным комплексов. Придерживаясь этих принципов экспериментатор должен, мы надеемся быть в состоянии быстро оценить потенциал для любого наноматериала быть эффективным РФ вызванной тепловой гипертермическая агент.
Protocol
Representative Results
Discussion
Эти протоколы позволяют экспериментатор полностью проанализировать, в какой степени наноматериалы (в данном случае AuNPs) может увеличить РФ гипертермии для лечения рака. Первый протокол конкретно касается анализа производства тепла из высококонцентрированных и очищенных образцов AuNP….
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа финансировалась NIH (U54CA143837), НИЗ MD Anderson Онкологический центр поддержки грантов (CA016672), в V Foundation (SAC), и неограниченного исследовательского гранта от Фонда Исследования Kanzius (SAC, Эри, штат Пенсильвания). Мы благодарим Кристине Ash от кафедры хирургической онкологии, MD Anderson Cancer Center, об административной помощи.
Materials
| Reagent/Material | |||
| 500 ml gold nanoparticles (5 nm) | Ted Pella, INC | 15702-5 | |
| Amicon Ultra-4/-15 Centrifugal Filter Units (50 kDa) | Millipore | UFC805024/UFC910096 | (4 ml and 15 ml volumes) |
| MEM X1 Cell Culture Media | Cellgro | 10-101-CV | (add extra nutrients as necessary) |
| Fetal Bovine Serum | Sigma | F4135-500 ml | |
| Copper Tape | Ted Pella | 16072 | |
| Equipment | |||
| Kanzius RF System (13.56 MHZ) | ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA) | ||
| IR Camera | FLIR SC 6000, FLIR Systems, Inc. (Boston, MA, USA) | Contact FLIR | |
| 1.3 ml Quartz Cuvette | ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA) | ||
| Teflon Sample holder with Rotary Stage | ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA) | ||
| SPECTROstar Nano Microplate reader | BGM Labtech | ||
| UV-Vis spectrometer | Applied Nanofluorescence, Houston, TX) | NS1 NanoSpectralyzer | |
| ICP-OES | PerkinElmer | Optima 4300 DV | |
| Zetasizer | Malvern | Zen 3600 Zetasizer |
References
- Gannon, C. J., et al. Carbon nanotube-enhanced thermal destruction of cancer cells in a noninvasive radiofrequency field. Cancer. 110, 2654 (2007).
- Curley, S. A., Cherukuri, P., Briggs, K., Patra, C. R., Upton, M., Dolson, E., Mukherjee, P. Noninvasive radiofrequency field-induced hyperthermic cytotoxicity in human cancer cells using cetuximab-targeted gold nanoparticles. J. Exp. Ther. Oncol. 7, 313 (2008).
- Gannon, C. J., Patra, C. R., Bhattacharya, R., Mukherjee, P., Curley, S. A. Intracellular gold nanoparticles enhance non-invasive radiofrequency thermal destruction of human gastrointestinal cancer cells. Journal of Nanobiotechnology. 6, 2 (2008).
- Raoof, M., et al. Stability of antibody-conjugated gold nanoparticles in the endolysosomal nanoenvironment: implications for noninvasive radiofrequency-based cancer therapy. Nanomedicine. 8, 1096 (2012).
- Glazer, E. S., Massey, K. L., Zhu, C., Curley, S. A. Pancreatic carcinoma cells are susceptible to noninvasive radio frequency fields after treatment with targeted gold nanoparticles. Surgery. 148, 319 (2010).
- Glazer, E. S., Curley, S. A. Radiofrequency field-induced thermal cytotoxicity in cancer cells treated with fluorescent nanoparticles. Cancer. 116, 3285 (2010).
- Glazer, E. S., Curley, S. A. Non-invasive radiofrequency ablation of malignancies mediated by quantum dots, gold nanoparticles and carbon nanotubes. Therapeutic Delivery. 2, 1325 (2011).
- Corr, S. J., Raoof, M., Mackeyev, Y., Phounsavath, S., Cheney, M. A., Cisneros, B. T., Shur, M., Gozin, M., McNally, P. J., Wilson, L. J., Curley, S. A. Citrate-Capped Gold Nanoparticle Electrophoretic Heat Production in Response to a Time-Varying Radiofrequency Electric-Field. J. Phys. Chem. C. 116, 24380 (2012).
- Kruse, D. E., et al. A Radio-Frequency Coupling Network for Heating of Citrate-Coated Gold Nanoparticles for Cancer Therapy: Design and Analysis. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 58, 10 (2011).
- Li, D., et al. Negligible absorption of radiofrequency radiation by colloidal gold nanoparticles. J. Colloid Interf. Sci. 358, 47 (2011).
- Liu, X., Chen, H. J., Chen, X., Parini, C., Wen, D. Low frequency heating of gold nanoparticle dispersions for non-invasive thermal therapies. Nanoscale. , (2012).
- Sassaroli, E., Li, K. C. P., O’Neill, B. E. Radio frequency absorption in gold nanoparticle suspensions: a phenomenological study. J. Phys. D App. Phys. 45, 075303 (2012).
- Worle-Knirsch, J. M., Pulskamp, K., Krug, H. F. Oops they did it again! Carbon nanotubes hoax scientists in viability assays. Nano Lett. 6, 1261 (2006).
