포괄적 인 절차를 평가하는<em> 생체</em> 암 나노 의학의 성능
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
병원에서 이전 암 나노 의학의 성공에 의해 영감을, 연구진은 지난 10 년간 새로운 제형의 큰 숫자를 생성했다. 임상 개발중인 나노 의학의 대부분 실망스러운 결과를 생산하는 반면, 나노 의학의 단지 소수의 임상 사용이 승인되었다. 새로운 암 나노 의학의 성공적인 임상 번역 한 주요 장애물은 생체 내 성능의 정확한 이해의 부족이다. 이 문서는 양전자 방출 단층 촬영 – 컴퓨터 단층 촬영 (PET-CT), 방사능 정량 방법의 통합을 통해 조직, 조직, 단일 세포 및 세포 내 수준에서 종양 베어링 마우스의 나노 의학의 생체 내 동작을 특성화하기 위해 엄격한 절차를 제공합니다 , 유동 세포 계측법 및 형광 현미경. 이 방법을 사용하여, 연구자들은 정확하게 cance의 중요한 마우스 모델에서 신규 한 나노 조성물을 평가할 수있다아르 자형. 이러한 프로토콜은 높은 병진 전위 가장 유망한 암 나노 의학을 식별하거나 미래 번역 암 나노 의학의 최적화를 도울 수있는 능력을 가질 수있다.
Introduction
나노 의학은 암 치료 개발 한 패러다임 시프트된다. 이러한 liposome- 및 알부민 기반 nanotherapies 2, 3 등의 이전 암 나노 의학의 엄청난 임상 적 충격에 의해 영감을 많은 새로운 제형은 지난 10 년간 생산되고있다. 그러나, 이들 나노 의학 암의 임상 변환 성공의 최근의 분석은 이들 중 일부만 임상 -4,5- 승인 된 것을 나타낸다. 새로운 암 나노 의학의 임상 번역 한 주요 장애물이없는 치료 학적 화합물 (6)의 직접 투여와 비교하여 치료 지수의 제한된 개량이다. 전임상 동물 모델에서 전신 조직에 나노 의학 및 세포 수준의 생체 내 성능 등 정확한 평가로서 IDENTIF에 필수적인Y 미래 임상 번역에 대한 최적의 치료 지수 가진 사람.
나노 물질은 모든 임상 이미징 양식 (7) 중 뛰어난 감도와 재현성을 가지고 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 영상으로 살아있는 동물에서 양적 특성에 대한 방사성 표지가 될 수 있습니다. 예를 들어, 89 나노 의학 암 (8, 9), (10)뿐만 아니라 다른 질병 모델 (11)에 대한 마우스 모델에서 특성화되었다 긴 순환 ZR은 표지. 또한, 나노 의학의 혈중 반감기 및 생체 분포는 광범위 개별 조직 8 생체 방사능을 측정하여 평가할 수있다. 따라서, 방사성 표지는 체계적이고 조직 수준에서 나노 의학의 정량적 평가를 할 수 있습니다.
중요한 것은, radiolabeleD 나노 의학은 일반적으로 인한 방사성 신호의 제한된 공간 해상도로 단일 세포 또는 세포 내 수준에서 분석 될 수 없다. 따라서, 형광 표식은 유동 세포 계측법 및 형광 현미경 (12)와 같은 광학 이미징 기술과 나노 입자의 평가 상보 양상 것을 안다. 이를 위해, 방사성 동위 원소 및 형광 태그로 표지 된 나노 입자는 정량적 핵 촬상하여 생체 내에서 평가 될 수 있고, 생체 방사능 계수에 의해, 이들은 광범위하게 결상에 의한 세포 수준에서 특성화 될 수있다.
이전에는, 고밀도 지단백질 (HDL) (11), 리포좀 (9), (10) 고분자 나노 입자, 항체 단편, 및 nanoemu 등 다양한 나노 입자에 방사성 형광 라벨을 포함하는 모듈 식 절차를 개발lsions 10, 13. 이 라벨이 나노 입자는 특정 응용 프로그램에 대해 이러한 나노 물질의 최적화를 유도 서로 다른 수준에서 관련 동물 모델에서 양적 특성 허용했다. 현재 연구에서, 그 목적은 가장 확립 나노 의학 플랫폼 14 이중 표지 된 나노 입자를 생성하는 광범위한 방법을 설명하는 일례를 가득 차거나 철저히 고전 동계 흑색 종 B16-F10의 마우스 모델 (15)을 특성화하는 리포좀 – 더 나노 입자를 사용하는 . 결과로부터, 우리는이 나노 입자를 특성화 방법 관련 마우스 모델에서 다른 암 나노 의학 평가하도록 구성 될 수 있다고 확신한다.
Protocol
Representative Results
Discussion
프로토콜 내에서 중요한 단계 :
이중 표지 된 리포좀의 높은 품질이 장기간에 걸쳐 일관된 결과를 생성하는 열쇠이다. 무료 형광 염료 또는 (89) 지르코늄 이온은 완전히 다른 타겟팅 패턴을 생성 할 수있는 완전히 정제 단계 동안 제거되어야한다. 면역계는 훨씬 실험 암 나노 의학 성능에 영향을 미치는지 또한, 면역 적격 마우스 모델의 사용은이 프로토콜에서 사용 된 …
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 |
References
- Peer, D., et al. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nat Nanotechnol. 2, 751-760 (2007).
- Barenholz, Y. Doxil(R)–the first FDA-approved nano-drug: lessons learned. J Control Release. 160, 117-134 (2012).
- Green, M. R., et al. Abraxane, a novel Cremophor-free, albumin-bound particle form of paclitaxel for the treatment of advanced non-small-cell lung cancer. Ann Oncol. 17, 1263-1268 (2006).
- Juliano, R. Nanomedicine: is the wave cresting?. Nat Rev Drug Discov. 12, 171-172 (2013).
- Ledford, H. Bankruptcy filing worries developers of nanoparticle cancer drugs. Nature. 533, 304-305 (2016).
- Venditto, V. J., Szoka, F. C. Cancer nanomedicines: so many papers and so few drugs!. Adv Drug Deliv Rev. 65, 80-88 (2013).
- Dunphy, M. P., Lewis, J. S. Radiopharmaceuticals in preclinical and clinical development for monitoring of therapy with PET. J Nucl Med. (50 Suppl 1), (2009).
- Perez-Medina, C., et al. PET Imaging of Tumor-Associated Macrophages with 89Zr-Labeled High-Density Lipoprotein Nanoparticles. J Nucl Med. 56, 1272-1277 (2015).
- Perez-Medina, C., et al. A modular labeling strategy for in vivo PET and near-infrared fluorescence imaging of nanoparticle tumor targeting. J Nucl Med. 55, 1706-1711 (2014).
- Perez-Medina, C., et al. Nanoreporter PET predicts the efficacy of anti-cancer therapy. Nature communications. , (2016).
- Tang, J., et al. Inhibiting macrophage proliferation suppresses atherosclerotic plaque inflammation. Science advances. , (2015).
- Priem, B., Tian, C., Tang, J., Zhao, Y., Mulder, W. J. Fluorescent nanoparticles for the accurate detection of drug delivery. Expert Opin Drug Deliv. 12, 1881-1894 (2015).
- Gianella, A., et al. Multifunctional nanoemulsion platform for imaging guided therapy evaluated in experimental cancer. ACS Nano. 5, 4422-4433 (2011).
- Torchilin, V. P. Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriers. Nat Rev Drug Discov. 4, 145-160 (2005).
- Salmon, H., et al. Expansion and Activation of CD103(+) Dendritic Cell Progenitors at the Tumor Site Enhances Tumor Responses to Therapeutic PD-L1 and BRAF Inhibition. Immunity. 44, 924-938 (2016).
- Perez-Medina, C., et al. In Vivo PET Imaging of HDL in Multiple Atherosclerosis Models. JACC Cardiovasc Imaging. 9, 950-961 (2016).
- Duivenvoorden, R., et al. A statin-loaded reconstituted high-density lipoprotein nanoparticle inhibits atherosclerotic plaque inflammation. Nature communications. 5, 3065 (2014).
- Carney, B., et al. Non-invasive PET Imaging of PARP1 Expression in Glioblastoma Models. Mol Imaging Biol. , (2015).
- Salinas, B., et al. Radioiodinated PARP1 tracers for glioblastoma imaging. EJNMMI Res. 5, 123 (2015).
- Carlucci, G., et al. Dual-Modality Optical/PET Imaging of PARP1 in Glioblastoma. Mol Imaging Biol. 17, 848-855 (2015).
- Tang, J., et al. Immune cell screening of a nanoparticle library improves atherosclerosis therapy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. , (2016).
- Scott, A. M., Wolchok, J. D., Old, L. J. Antibody therapy of cancer. Nat Rev Cancer. 12, 278-287 (2012).
- Goodwill, P., et al. X-space MPI: magnetic nanoparticles for safe medical imaging. Adv Mater. 24, 3870-3877 (2012).
