चुंबकीय हाइपरथर्मिया और पोथोटोथर्मल कॉम्बिनेशन कैंसर थेरेपी के लिए चुंबकीय-, ध्वनिक-, और ऑप्टिकल-ट्रिपल-उत्तरदायी माइक्रोबबल्स
Summary
यहां प्रस्तुत आत्म-असेंबली के माध्यम से आयरन ऑक्साइड नैनोपार्टिकल-शेल माइक्रोबबल्स (एनएसएमएस) के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल है, चुंबकीय हाइपरथर्मिया और फोटोथर्मल संयोजन कैंसर थेरेपी के लिए एक नैनोथेरेप्यूटिक प्लेटफॉर्म में चुंबकीय, ध्वनिक और ऑप्टिकल जवाबदेही का तालमेल है।
Abstract
कैंसर रोधी एजेंटों की सटीक डिलीवरी जो लक्षित और गहरे प्रवेश वाले प्रसव के साथ-साथ ट्यूमर साइट पर एक नियंत्रित रिहाई के लिए लक्षित है, को चुनौती दी गई है । यहां, हम एक नैनोथेराप्यूटिक प्लेटफॉर्म में चुंबकीय, ध्वनिक और ऑप्टिकल जवाबदेही के माध्यम से आयरन ऑक्साइड नैनोपार्टिकल शेल्ड माइक्रोबबल्स (एनएसएम) का निर्माण करते हैं। आयरन ऑक्साइड नैनोकण चुंबकीय और फोटोथर्मल एजेंट दोनों के रूप में काम करते हैं। एक बार नसों में इंजेक्शन, NSMs चुंबकीय ट्यूमर साइट के लिए निर्देशित किया जा सकता है । अल्ट्रासाउंड आयरन ऑक्साइड नैनोकणों की रिहाई को ट्रिगर करता है, जो माइक्रोबबल्स के कैविटेशन प्रभाव के कारण ट्यूमर में गहरे नैनोकणों के प्रवेश को सुविधाजनक बनाता है। इसके बाद, ट्यूमर विषमता के कारण कैंसर प्रतिरोध के लिए एक समाधान, संयोजन कैंसर थेरेपी के लिए ट्यूमर पर चुंबकीय हाइपरथर्मिया और फोटोथर्मल थेरेपी किया जा सकता है। इस प्रोटोकॉल में, संरचनात्मक, रासायनिक, चुंबकीय और ध्वनिक गुणों सहित एनएसएम का संश्लेषण और लक्षण वर्णन किया गया था। इसके अलावा, थर्मल थेरेपी द्वारा कैंसर विरोधी प्रभावकारिता इन विट्रो सेल संस्कृतियों का उपयोग करके जांच की गई थी। प्रस्तावित वितरण रणनीति और संयोजन चिकित्सा कैंसर के इलाज में महान वादा रखती है दोनों प्रसव और कैंसर रोधी प्रभावकारिता में सुधार होगा ।
Introduction
कैंसर सबसे घातक बीमारियों में से एक है, जिससे दुनिया भर में हर साल लाखों मौतें होती हैं और भारी आर्थिक नुकसान1। क्लीनिकों में, पारंपरिक कैंसर रोधी उपचार, जैसे सर्जिकल रिसेक्शन, रेडियोथेरेपी और कीमोथेरेपी अभी भी संतोषजनक चिकित्सीय प्रभावकारिता प्रदान नहीं कर सकतेहैं 2। इन उपचारों की सीमाएं उच्च विषाक्त दुष्प्रभाव, उच्च पुनरावृत्ति दर और उच्च मेटास्टेसिस दर3हैं। उदाहरण के लिए, कीमोथेरेपी ट्यूमर साइट4के लिए ठीक कीमो दवाओं की कम वितरण दक्षता से पीड़ित है। एक्सट्रासेलुलर मैट्रिक्स और उच्च ट्यूमर इंटरस्टिशियल द्रव दबाव सहित जैविक बाधाओं में ट्यूमर ऊतक में गहरी पैठ बनाने में दवाओं की असमर्थता, कम चिकित्सीय प्रभावकारिता5के लिए भी जिम्मेदार है। इसके अलावा, ट्यूमर प्रतिरोध आमतौर पर रोगियों को जो एकल कीमोथेरेपी6द्वारा उपचार प्राप्त में होता है । इसलिए, ऐसी तकनीकें जहां ट्यूमर का थर्मल एब्लेशन होता है, जैसे फोटोथर्मल थेरेपी (पीटीटी) और चुंबकीय हाइपरथर्मिया थेरेपी (एमएचटी) ने ट्यूमर प्रतिरोध को कम करने के लिए आशाजनक परिणाम दिखाए हैं और नैदानिक परीक्षणों7,8,9में उभर रहे हैं।
पीटीटी लेजर ऊर्जा के विकिरण के तहत फोटोथर्मल रूपांतरण एजेंटों की कार्रवाई से कैंसर कोशिकाओं के थर्मल एब्लेशन को ट्रिगर करता है। उत्पन्न उच्च तापमान (50 डिग्री सेल्सियस से ऊपर) पूर्ण कोशिका परिगलन10को प्रेरित करता है। हाल ही में, आयरन ऑक्साइड नैनोकणों (आयनपी) को एक फोटोथर्मल रूपांतरण एजेंट होने के लिए प्रदर्शित किया गया था जिसे निकट-अवरक्त (एनआईआर) प्रकाश11द्वारा सक्रिय किया जा सकता है। निकट अवरक्त क्षेत्र में कम मोलर अवशोषण गुणांक के बावजूद, आयनपी कम तापमान (43 डिग्री सेल्सियस) फोटोथर्मल थेरेपी के लिए उम्मीदवार हैं, जो सामान्य ऊतकों के लिए गर्मी के संपर्क में आने वाले नुकसान को कम करने और ट्यूमर मेटास्टेसिस12के खिलाफ एंटीटमर प्रतिरक्षा शुरू करने के लिए एक संशोधित चिकित्सा है। पीटीटी की सीमाओं में से एक लेजर की कम पैठ गहराई है। गहरे बैठे ट्यूमर के लिए, बारी चुंबकीय क्षेत्र (AFM) लोहे के ऑक्साइड नैनोकणों के हीटिंग प्रेरित, भी चुंबकीय हाइपरथर्मिया कहा जाता है, पीटीटी13, 14के लिए एक वैकल्पिक चिकित्सा है । एमएचटी का मुख्य लाभ चुंबकीय क्षेत्र15का उच्च प्रवेश है । हालांकि, आयनपी की आवश्यक अपेक्षाकृत उच्च एकाग्रता इसके नैदानिक आवेदन के लिए एक बड़ा नुकसान बनी हुई है। जानवरों में ठोस ट्यूमर के लिए नैनोमेडिसिन (या नैनोकणों) की वितरण दक्षता परिसंचरण, संचय और प्रवेश 16, 17 सहित बाधाओं की एक श्रृंखला के कारण1-10%रही है। इसलिए, उच्च ऊतक प्रवेश प्राप्त करने की क्षमता के साथ एक नियंत्रित और लक्षित आयनपी वितरण रणनीति कैंसर के इलाज में बहुत रुचि है।
अल्ट्रासाउंड मध्यस्थता नैनोपार्टिकल डिलीवरी ने माइक्रोबबल कैविटेशन18, 19नामक घटना के कारण ट्यूमर ऊतक में गहरे नैनोकणों के प्रवेश को सुविधाजनक बनाने की क्षमता दिखाई है। वर्तमान अध्ययन में, हम एक नैनोथेरेप्यूटिक प्लेटफॉर्म में चुंबकीय, ध्वनिक और ऑप्टिकल जवाबदेही के माध्यम से आयनपी खोल माइक्रोबबल्स (एनएसएम) को गढ़ते हैं। एनएसएम में एक एयर कोर और आयरन ऑक्साइड नैनोकणों का एक खोल होता है, जिसमें लगभग 5.4 माइक्रोन का व्यास होता है। एनएसएमएस को चुंबकीय रूप से ट्यूमर साइट पर निर्देशित किया जा सकता है। फिर आयनपी की रिहाई अल्ट्रासाउंड द्वारा शुरू की जाती है, जिसमें माइक्रोबबल कैविटेशन और माइक्रोस्ट्रीमिंग होती है। माइक्रोस्ट्रीमिंग से प्राप्त गति ट्यूमर ऊतक में आयनपी के प्रवेश की सुविधा प्रदान करती है। पीटीटी और एमएचटी को एनआईआर लेजर विकिरण या एएफएम एप्लिकेशन द्वारा या दोनों के संयोजन के साथ प्राप्त किया जा सकता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यहां, हमने एक नैनोथेराप्यूटिक प्लेटफॉर्म में चुंबकीय, ध्वनिक और ऑप्टिकल जवाबदेही के साथ तालमेल के माध्यम से आयरन ऑक्साइड नैनोपार्टिकल शेल्ड माइक्रोबबल्स (एनएसएमएस) बनाने का एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत क?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को नेशनल नेचुरल साइंस फाउंडेशन ऑफ चाइना (81601608) और एनयूपीटीएसएफ (NY216024) ने सपोर्ट किया ।
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 | |
Riferimenti
- Kievit, F. M., Zhang, M. Cancer nanotheranostics: improving imaging and therapy by targeted delivery across biological barriers. Advanced Materials. 23 (36), 217-247 (2011).
- Wu, H., et al. Fe3O4-Based Multifunctional Nanospheres for Amplified Magnetic Targeting Photothermal Therapy and Fenton Reaction. ACS Biomaterials Science & Engineering. 5 (2), 1045-1056 (2018).
- Thorat, N. D., et al. Physically stimulated nanotheranostics for next generation cancer therapy: Focus on magnetic and light stimulations. Applied Physics Reviews. 6 (4), 041306 (2019).
- Sun, Q., Zhou, Z., Qiu, N., Shen, Y. Design of Cancer Nanomedicine: Nanoproperty Integration and Synchronization. Advanced Materials. 29 (14), 1606628 (2017).
- Minchinton, A. I., Tannock, I. F. Drug penetration in solid tumours. Nature Reviews Cancer. 6 (8), 583-592 (2006).
- Anchordoquy, T. J., et al. Mechanisms and Barriers in Cancer Nanomedicine: Addressing Challenges, Looking for Solutions. ACS Nano. 11 (1), 12-18 (2017).
- Cazares-Cortes, E., et al. Recent insights in magnetic hyperthermia: From the “hot-spot” effect for local delivery to combined magneto-photo-thermia using magneto-plasmonic hybrids. Advanced Drug Delivery Reviews. 138, 233-246 (2019).
- Espinosa, A., et al. of Iron Oxide Nanoparticles in Cancer Therapy: Amplification of Heating Efficiency by Magnetic Hyperthermia and Photothermal Bimodal Treatment. ACS Nano. 10 (2), 2436-2446 (2016).
- Rastinehad, A. R., et al. Gold nanoshell-localized photothermal ablation of prostate tumors in a clinical pilot device study. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (37), 18590-18596 (2019).
- Sharma, S. K., Shrivastava, N., Rossi, F., Tung, L. D., Thanh, N. T. K. Nanoparticles-based magnetic and photo induced hyperthermia for cancer treatment. Nano Today. 29, 100795 (2019).
- Das, R., Rinaldi-Montes, N. Boosted Hyperthermia Therapy by Combined AC Magnetic and Photothermal Exposures in Ag/Fe3O4 Nanoflowers. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (38), 25162-25169 (2016).
- Yang, Y., et al. 1D Coordination Polymer Nanofibers for Low-Temperature Photothermal Therapy. Advanced Materials. 29 (40), 1703588 (2017).
- Curcio, A., et al. Iron Oxide Nanoflowers CuS Hybrids for Cancer Tri-Therapy: Interplay of Photothermal Therapy, Magnetic Hyperthermia and Photodynamic Therapy. Theranostics. 9 (5), 1288-1302 (2019).
- Espinosa, A., et al. Hyper)Thermia or Photothermia? Progressive Comparison of Iron Oxide and Gold Nanoparticles Heating in Water, in Cells, and In Vivo. Advanced Functional Materials. 28 (37), 1803660 (2018).
- Xu, C., et al. Magnetic Hyperthermia Ablation of Tumors Using Injectable Fe(3)O(4)/Calcium Phosphate Cement. ACS Applied Materials & Interfaces. 7 (3), 13866-13875 (2015).
- Wilhelm, S., et al. Analysis of nanoparticle delivery to tumours. Nature Reviews Materials. 1, 16014 (2016).
- Chen, H., Zhang, W., Zhu, G., Xie, J., Chen, X. Rethinking cancer nanotheranostics. Nature Reviews Materials. 2, (2017).
- Rapoport, N. Y., Kennedy, A. M., Shea, J. E., Scaife, C. L., Nam, K. H. Controlled and targeted tumor chemotherapy by ultrasound-activated nanoemulsions/microbubbles. Journal of Controlled Release : The Official Journal of the Controlled Release Society. 138 (3), 268-276 (2009).
- Gao, Y., et al. Controlled nanoparticle release from stable magnetic microbubble oscillations. NPG Asia Materials. 8 (4), 260 (2016).
- Bao, B., et al. Mussel-inspired functionalization of semiconducting polymer nanoparticles for amplified photoacoustic imaging and photothermal therapy. Nanoscale. 11 (31), 14727-14733 (2019).
- Wu, H., et al. Enhanced Tumor Synergistic Therapy by Injectable Magnetic Hydrogel Mediated Generation of Hyperthermia and Highly Toxic Reactive Oxygen Species. ACS Nano. 13 (12), 14013-14023 (2019).
- Alzaraa, A., et al. Targeted microbubbles in the experimental and clinical setting. American Journal of Surgery. 204 (3), 355-366 (2012).
