Une procédure exhaustive pour évaluer la<em> In Vivo</em> Performance du Cancer nanomédicaments
Summary
The poor understanding of the in vivo performance of nanomedicines stymies their clinical translation. Procedures to evaluate the in vivo behavior of cancer nanomedicines at systemic, tissue, single-cell, and subcellular levels in tumor-bearing immunocompetent mice are described here. This approach may help researchers to identify promising cancer nanomedicines for clinical translation.
Abstract
Inspiré par le succès de la nanomédecine cancéreuses précédentes dans la clinique, les chercheurs ont généré un grand nombre de nouvelles formulations dans la dernière décennie. Cependant, seul un petit nombre de nanomedicines ont été approuvés pour une utilisation clinique, alors que la majorité des nanomedicines en cours de développement clinique ont donné des résultats décevants. Un obstacle majeur à la traduction clinique réussie de nouveaux nanomédicaments de cancer est le manque d'une compréhension précise de leurs performances in vivo. Cet article propose une procédure rigoureuse pour caractériser le comportement in vivo des nanomedicines chez des souris portant une tumeur chez systémique, un tissu, une seule cellule, et les niveaux intracellulaires par l'intégration de la tomographie par émission de positons, la tomographie par ordinateur (PET-CT), les méthodes de la radioactivité de quantification , cytométrie en flux et la microscopie de fluorescence. En utilisant cette approche, les chercheurs peuvent évaluer avec précision de nouvelles formulations à l'échelle nanométrique dans les modèles de souris pertinentes de cationr. Ces protocoles peuvent avoir la capacité d'identifier les nanomédicaments de cancer les plus prometteurs avec un potentiel de translation élevée ou pour aider à l'optimisation des nanomédicaments de cancer pour la traduction future.
Introduction
Nanomédecine se déplace le paradigme du développement du traitement du cancer 1. Inspiré par l'impact clinique énorme de nanomédicaments cancéreuses précédentes, telles que liposome et nanotherapies à base d' albumine 2, 3, de nombreuses nouvelles formulations ont été produites dans la dernière décennie. Cependant, les récentes analyses de la réussite de la traduction clinique de ces nanomédicaments de cancer indiquent que seulement quelques – uns d'entre eux ont été approuvés pour une utilisation clinique 4, 5. Un obstacle majeur à la traduction clinique de nouveaux nanomédicaments cancéreuses est leur amélioration limitée de l'indice thérapeutique par rapport à l'administration directe des composés thérapeutiques libres 6. En tant que tel, l' évaluation précise de la performance in vivo de la nanomédecine à systémique, les tissus et les niveaux cellulaires dans des modèles animaux précliniques est essentielle pour identify ceux qui ont des indices thérapeutiques optimaux pour la traduction clinique future.
Nanomatériaux peuvent être radiomarqués pour la caractérisation quantitative des animaux vivant avec la tomographie par émission de positrons (TEP), qui est excellente sensibilité et la reproductibilité entre toutes les modalités d'imagerie clinique 7. Par exemple, 89 Zr marqué longue durée de circulation nanomedicines ont été caractérisés dans des modèles murins de cancer 8, 9, 10, ainsi que dans d' autres modèles de maladie 11. En outre, la demi-vie dans le sang et la biodistribution des nanomedicines peuvent être largement évalués en utilisant ex vivo des mesures de radioactivité dans les tissus individuels 8. Par conséquent, radiomarquage permet l'évaluation quantitative de la nanomédecine à des niveaux systémiques et de tissus.
Surtout, radiolabelenanomédicaments d ne peuvent généralement pas être analysées à la seule cellule ou niveaux subcellulaire en raison de la résolution spatiale limitée du signal radioactif. Par conséquent, un marquage fluorescent se révèle être une modalité complémentaire pour l'évaluation des nanoparticules avec des techniques d'imagerie optiques , telles que la cytométrie en flux et la microscopie de fluorescence 12. A cet effet, les nanoparticules marquées avec des radio – isotopes et les étiquettes fluorescentes peuvent être évalués de façon quantitative in vivo par imagerie nucléaire et ex vivo par comptage de la radioactivité, et ils peuvent également être caractérisées largement au niveau cellulaire par l' imagerie optique.
Auparavant, nous avons mis au point des procédures modulaires pour incorporer des marqueurs radioactifs et des nanoparticules fluorescentes diverses, y compris des lipoprotéines de haute densité (HDL) 11, 9, 10 des liposomes, des nanoparticules polymères, des fragments d' anticorps, et nanoemulsions 10, 13. Ces nanoparticules marquées ont permis pour la caractérisation quantitative dans des modèles animaux pertinents à différents niveaux, qui ont guidé l'optimisation de ces nanomatériaux pour leurs applications spécifiques. Dans l'étude actuelle, l'objectif est d'utiliser des nanoparticules-la liposomales plate – forme de nanomédecine le plus établi 14 -comme un exemple pour démontrer des procédures complètes pour générer une nanoparticule à double marquage et de caractériser soigneusement dans un modèle de souris classique de mélanome syngénique B16-F10 15 . D'après les résultats, nous sommes convaincus que cette approche de caractérisation des nanoparticules peut être adapté pour évaluer d'autres nanomédicaments de cancer chez les souris modèles pertinents.
Protocol
Representative Results
Discussion
Étapes critiques au sein du Protocole:
La haute qualité des liposomes à double marquage est la clé pour produire des résultats cohérents sur une longue période de temps. Colorants fluorescents gratuites ou 89 ions Zr peuvent générer totalement différents modèles de ciblage et doivent être complètement enlevés lors de l'étape de purification. En outre, si le système immunitaire affecte de manière significative les performances du expérimental nanomedicine du canc…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Drs. Helene Salmon and Miriam Merad from Icahn School of Medicine at Mount Sinai for providing the B16-F10-YFP cells and for their expert advice on melanoma mouse models. The authors further thank the Animal Imaging Core Facility, the Radiochemistry and Molecular Imaging Probes Core Facility, and the Molecular Cytology Core Facility at Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK) for their support. This work was supported by National Institutes of Health grants NIH 1 R01 HL125703 (W.J.M.M.), R01CA155432 (W.J.M.M.), K25 EB016673 (T.R.) and P30 CA008748 (MSK Center Grant). The authors also thank the Center for Molecular Imaging and Nanotechnology (CMINT) at MSK for their financial support (T.R.).
Materials
| DPPC | Avantilipids | 850355 | |
| Cholesterol | Sigma-Aldrich | C8667 | |
| DSPE-PEG2000 | Avantilipids | 880120P | |
| DSPE-DFO | Home made | 110634 | Perez-Medina et al, JNM, 2014 |
| DiIC12[5]-DS | AAT Bioquest | 22051 | |
| Centrifugal filter | Vivaproducts | VS2061 | |
| Rotary evaporator | Buchi | R-100 | |
| Radio-HPLC | Shimadzu HPLC with 2 LC-10AT pumps | N/A | |
| 89Zr-oxalate | MSKCC | Synthesized in house | TR19/9 variable beam cyclotron (Ebco Industries Inc) |
| Micro PET-CT | Siemens | Inveon Micro-PET/CT | |
| Gamma counter | PerkinElmer | 2470-0150 | |
| Flow cytometry | BD Biosciences | Fortessa | Any multi-parametric flow cytometry analyzers would suffice |
| C57BL/6 mice | Jackson Laboratories | ||
| B16-YFP melanoma cells | Home made | N/A | Salmon et al, Immunity, 2016 |
| Ly6C (clone HK1.4)–APC-Cy7 | 128025 | Biolegend | |
| MHCII (M5/114/152)–APC | 107613 | Biolegend | |
| CD45 (30-F11)–BV510 | 103137 | Biolegend | |
| CD64 (X54-5/7.1)–PE-Cy7 | 139313 | Biolegend | |
| CD11b (M1/70)–BV605 | 101237 | Biolegend | |
| CD3 (17A2)–BV711 | 100241 | Biolegend | |
| CD31 (13.3)–PE | 561073 | Biolegend | |
| CD11c (M418)–PerCP-Cy5.5 | 117327 | BD Biosciences | |
| CD31 (13.3) no fluorophore | 550274 | BD Biosciences |
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