कस्टम-निर्मित डिलीवरी सिस्टम का उपयोग करके चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया की इन विट्रो और विवो डिलीवरी
Summary
यह प्रोटोकॉल एक परिष्कृत वितरण और निगरानी प्रणाली का उपयोग करके चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया के सटीक वितरण के लिए आवश्यक तकनीकों और पद्धति को प्रस्तुत करता है।
Abstract
हाइपरथर्मिया का उपयोग लंबे समय से कैंसर के उपचार में किया जाता रहा है। तकनीकों में गर्म लोहे की छड़ों के इंट्रा-ट्यूमरल सम्मिलन से लेकर व्यवस्थित रूप से वितरित ट्यूमर एंटीबॉडी-लक्षित चुंबकीय नैनोकणों तक, 39 डिग्री सेल्सियस (बुखार-स्तर) से 1,000 डिग्री सेल्सियस (इलेक्ट्रोकेटरी) तक के तापमान और सेकंड से घंटों तक उपचार के समय तक भिन्न होते हैं। तापमान-समय संबंध (थर्मल खुराक) उच्च थर्मल खुराक के साथ प्रभाव को निर्धारित करता है जिसके परिणामस्वरूप ऊतक पृथक्करण और कम थर्मल खुराक होती है जिसके परिणामस्वरूप रक्त प्रवाह में वृद्धि, दवाओं के संचय और प्रतिरक्षा उत्तेजना जैसे उप-घातक प्रभाव होते हैं। सबसे आशाजनक वर्तमान चिकित्सा उपचारों में से एक चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया (एमएनपीएच) है। इस तकनीक में चुंबकीय नैनोकणों को सक्रिय करना शामिल है, जिन्हें गैर-इनवेसिव, गैर-विषाक्त वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र के साथ व्यवस्थित या इंट्राट्यूमर रूप से वितरित किया जा सकता है। चुंबकीय नैनोकणों का आकार, निर्माण और जुड़ाव और चुंबकीय क्षेत्र की आवृत्ति और क्षेत्र की ताकत प्रमुख हीटिंग निर्धारक हैं। हमने बड़े और छोटे पशु मॉडल और सुसंस्कृत कोशिकाओं में प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया देने के लिए परिष्कृत उपकरण और तकनीक विकसित की है। यह दृष्टिकोण, कई स्थानों में निरंतर, वास्तविक समय तापमान निगरानी का उपयोग करके, गैर-लक्ष्य ऊतक हीटिंग को सीमित करते हुए लक्ष्य ऊतक (ट्यूमर) या कोशिकाओं को अच्छी तरह से परिभाषित थर्मल खुराक के वितरण की अनुमति देता है। कई साइटों में तापमान का सटीक नियंत्रण और निगरानी, और उद्योग मानक एल्गोरिथ्म (43 डिग्री सेल्सियस / सीईएम 43 पर संचयी समकक्ष मिनट) का उपयोग, थर्मल खुराक के सटीक निर्धारण और परिमाणीकरण की अनुमति देता है। हमारी प्रणाली, जो विभिन्न प्रकार के तापमान, थर्मल खुराक और जैविक प्रभावों की अनुमति देती है, वाणिज्यिक अधिग्रहण और इनहाउस इंजीनियरिंग और जीव विज्ञान के विकास के संयोजन के माध्यम से विकसित की गई थी। इस प्रणाली को इस तरह से अनुकूलित किया गया है जो एक्स विवो, इन विट्रो और विवो तकनीकों के बीच तेजी से रूपांतरण की अनुमति देता है। इस प्रोटोकॉल का लक्ष्य यह प्रदर्शित करना है कि प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और सटीक चुंबकीय नैनोपार्टिकल थेरेपी (एमएनपी) हाइपरथर्मिया देने के लिए एक प्रभावी तकनीक और प्रणाली को कैसे डिजाइन, विकसित और कार्यान्वित किया जाए।
Introduction
हाइपरथर्मिया का उपयोग ऐतिहासिक रूप से कैंसर चिकित्सा में किया गया है, या तो अकेले या अन्य उपचारों के साथ संयोजन में। यद्यपि इसका उपयोग का एक लंबा इतिहास है, इस उपचार को वितरित करने के लिए सबसे फायदेमंद तरीका अभी भी बहस की जा रही है और रोग स्थल और स्थान पर निर्भर है। हाइपरथर्मिया वितरण के तरीकों में माइक्रोवेव, रेडियोफ्रीक्वेंसी, केंद्रित अल्ट्रासाउंड, लेजर और धातु नैनोकणों (जैसे सोना या लौह ऑक्साइड) 1,2,3,4 शामिल हैं। प्रसव के इन तरीकों से बुखार के स्तर से लेकर सैकड़ों डिग्री सेल्सियस तक उपचार के तापमान की एक श्रृंखला हो सकती है। हाइपरथर्मिया का जैविक प्रभाव मुख्य रूप से उपयोग किए गए तापमान और उपचार की अवधि पर निर्भर करताहै। इस पांडुलिपि और उद्देश्य के लिए, हम चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया (एमएनपीएच) पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। यह विधि गैर विषैले, एफडीए अनुमोदित, लौह ऑक्साइड नैनोकणों का उपयोग करके केंद्रित, स्थानीयकृत, अच्छी तरह से निगरानी और नियंत्रित तापमान परिवर्तनों की अनुमति देती है।
अन्य हाइपरथर्मिया तौर-तरीकों का एक गड्ढा सटीक सेलुलर लक्ष्यीकरण की कमी है; हाइपरथर्मिया में स्वाभाविक रूप से उच्च चिकित्सीय अनुपात नहीं होता है, इसलिए, सावधानीपूर्वक थर्मोमेट्री और लक्ष्यीकरणआवश्यक है। एमएनपीएच एमएनपी के प्रणालीगत या इंट्राट्यूमरल इंजेक्शन की अनुमति देता है, गर्मी केवल वहां उत्पन्न होती है जहां एमएनपी स्थित होते हैं, इस प्रकार उपचार को सीधे ट्यूमर को लक्षित किया जाता है। एमएनपीएच प्रभावी हो सकता है जब चुंबकीय नैनोकणों सेल के अंदर या बाहर स्थित होते हैं। कैंसर थेरेपी के लिए, एमएनपीएच का सामान्य अवलोकन यह है कि चुंबकीय नैनोकणों को इंजेक्ट किया जाता है (इंट्राट्यूमरल या अंतःशिरा रूप से), फिर एक वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र लागू किया जाता है, जिससे नैनोपार्टिकल चुंबकीय ध्रुव लगातार फिर से संरेखित होते हैं, जिससे नैनोकणों से जुड़ी कोशिकाओं और ऊतक का स्थानीयकरण होता है 7,8 . नैनोकणों की मात्रा और वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र (एएमएफ) की आवृत्ति / ताकत को समायोजित करके, ऊतक के भीतर उत्पन्न तापमान को सावधानीपूर्वक नियंत्रित करना संभव है।
यह उपचार शरीर की सतह के पास ट्यूमर में अच्छी तरह से काम करता है, क्योंकि गहरे ट्यूमर को मजबूत एएमएफ की आवश्यकता होती है इसलिए एडी करंट हीटिंग का खतरा बढ़जाता है। हाइपरथर्मिया को मोनोथेरेपी के रूप में चिकित्सकीय रूप से उपयोग किए जाने के सबूत हैं, हालांकि, अक्सर हाइपरथर्मिया को विकिरण चिकित्सा या कीमोथेरेपी के साथ जोड़ा जाता है, जिससे अधिक लक्षित कैंसर विरोधी प्रभाव10,11,12 होता है। विकिरण चिकित्सा के साथ संयोजन में काम करने वाले हाइपरथर्मिया के नैदानिक साक्ष्य की समीक्षा पिछले प्रकाशन13 में की गई है। हमारी प्रयोगशाला ने एमएनपीएच विधि12,14,15 का उपयोग करके चूहों से सूअरों और सहज कैनाइन कैंसर तक विभिन्न प्रकार के जानवरों का सफलतापूर्वक इलाज किया है। यह प्रोटोकॉल स्थानीयकृत हाइपरथर्मिया उपचार के प्रभावों की जांच में रुचि रखने वालों के लिए डिज़ाइन किया गया है, या तो अकेले या अन्य उपचारों के साथ संयोजन में।
हाइपरथर्मिया में सबसे महत्वपूर्ण कारकों में से एक वास्तविक समय में, थर्मल खुराक को लक्ष्य / ट्यूमर ऊतक तक पहुंचाया जा रहा है और समझने में सक्षम है। खुराक की गणना और तुलना करने का एक मानक तरीका 43 डिग्री सेल्सियस पर हीटिंग के संचयी समकक्ष मिनटों के प्रदर्शन के माध्यम से है; यह एल्गोरिथ्म वितरण प्रणाली, अधिकतम और न्यूनतम तापमान (एक विशिष्ट सीमा के भीतर) और गर्मी अप / कूल डाउन पैरामीटर 5,16 से स्वतंत्र खुराककी तुलना के लिए अनुमति देता है। सीईएम गणना 39-57 डिग्री सेल्सियस 5 के बीच तापमान के लिए सबसे अच्छा काम करतीहै। उदाहरण के लिए, हमारे द्वारा किए गए कुछ अध्ययनों में, हमने सीईएम 43 30 (यानी, 43 डिग्री सेल्सियस पर 30 मिनट) की थर्मल खुराक चुनी है। इस खुराक को चुनने से हमें विट्रो में एक सुरक्षित, प्रभावी, इम्यूनोजेनेटिक प्रभावों को देखने की अनुमति मिली, दोनों अकेले, और विकिरण17 की एकल खुराक के साथ संयोजन में।
चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया के साथ, कई कारक हैं जिन्हें उचित वितरण प्रणाली के निर्माण में विचार करने की आवश्यकता है। इंस्ट्रूमेंटेशन डिज़ाइन में महत्वपूर्ण सुरक्षा कारक शामिल हैं, जैसे कि चुंबकीय क्षेत्र वितरण उपकरण को उच्च शक्ति पर संचालित होने पर भी ठंडा रहने के लिए चिलर का उपयोग, और असफल-सुरक्षित प्रक्रियाएं जो सिस्टम को चालू होने से रोकती हैं यदि सभी तापमान, शक्ति मूल्यांकन और नियंत्रण प्रणाली सक्रिय नहीं हुई हैं। इसके अतिरिक्त, महत्वपूर्ण जैविक कारक हैं जिन्हें विवो और इन विट्रो स्थितियों दोनों के लिए विचार करने की आवश्यकता है। सुसंस्कृत कोशिकाओं का उपयोग करते समय, विकास मीडिया में इलाज करना और शारीरिक परिवर्तनों से बचने के लिए लगातार व्यवहार्य तापमान पर बनाए रखना आवश्यक है जो परिणामों को प्रभावित कर सकते हैं। व्यक्तिगत नैनोपार्टिकल प्रकारों के लिए, एएमएफ आधारित हीटिंग मापदंडों की गणना करते समय विशिष्ट अवशोषण दर (एसएआर) को जानना महत्वपूर्ण है। इसी तरह, कोशिकाओं और ऊतकों में एमएनपी / एफई एकाग्रता को जानना महत्वपूर्ण है, जो वांछित हीटिंग प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। विवो विधियों में विस्तार पर और भी अधिक ध्यान देने की आवश्यकता होती है क्योंकि जानवर को उपचार के दौरान संज्ञाहरण के तहत बनाए रखा जाना चाहिए और पशु के मुख्य शरीर के तापमान को पूरे उपचार के दौरान सामान्य स्तर पर बनाए रखा जाना चाहिए। जानवर के शरीर के तापमान को गिरने की अनुमति देना, जैसा कि संज्ञाहरण के तहत होता है, उपचार किए जा रहे ऊतक की थर्मल खुराक के संबंध में समग्र परिणामों को प्रभावित कर सकता है।
इस पांडुलिपि में, हम एक बहुमुखी चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया प्रणाली को डिजाइन और निर्माण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले तरीकों पर चर्चा करते हैं, साथ ही महत्वपूर्ण उपयोग कारकों पर भी विचार करने की आवश्यकता होती है। वर्णित प्रणाली चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया के मजबूत, सुसंगत, जैविक रूप से उपयुक्त, सुरक्षित और अच्छी तरह से नियंत्रित वितरण के लिए अनुमति देती है। अंत में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हमारे द्वारा किए जाने वाले एमएनपीएच अध्ययनों में अक्सर विकिरण, कीमोथेरेपी और इम्यूनोथेरेपी जैसे अन्य उपचार शामिल होते हैं। इन परिणामों को सार्थक होने के लिए, यह निर्धारित करना महत्वपूर्ण है कि वितरित गर्मी अन्य तौर-तरीकों (या इसके विपरीत) और जानवर की भलाई की प्रभावकारिता और / या सुरक्षा-विषाक्तता को कैसे प्रभावित कर सकती है। इस कारण से और पहले उल्लिखित डोसिमेट्री और चिकित्सीय स्थितियों के लिए, चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया खुराक सटीकता और निरंतर कोर और लक्ष्य तापमान माप पर सख्त ध्यान देना आवश्यक है। इस प्रोटोकॉल का लक्ष्य सुरक्षित और प्रभावी चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया के वितरण के लिए एक सीधी, सुसंगत विधि और विवरण प्रदान करना है।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस प्रणाली का डिजाइन और कार्यान्वयन विट्रो और विवो चुंबकीय नैनोपार्टिकल हाइपरथर्मिया प्रयोगों में सटीक और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य संचालन करने की क्षमता प्रदान करता है। यह महत्वपूर्ण है कि सि…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
अध्ययन को अनुदान संख्याओं द्वारा वित्त पोषित किया गया था: एनसीआई पी 30 सीए023108 और एनसीआई यू 54 सीए 151662।
Materials
| .25% Trypsin | Corning | 45000-664 | available from many companies |
| 1.5 mL tubes | Eppendorf | Eppendorf 22363204 | available from many companies |
| B16F10 murine melanoma cells | American Type Culture Collection | CRL-6475 | |
| C57/Bl6 mice | Charles river | 027C57BL/6 | 6-week-old female mice |
| Chiller | Thermal Care | NQ 5 series | chiller that cools the coil |
| Coolant fluid | Dow Chemical Company | Dowtherm SR-1 | antenna cooling fluid |
| Fetal Bovine serum | Hyclone | SH30071 | available from many companies |
| fiber optic probes, software and chassis | FISO | FISO evolution software used to read the temperatures | |
| IR camera | Flir | infrared camera to monitor unintentional heating | |
| iron oxide nanoparticles | micromod Partikeltechnologie GmbH | Bionized NanoFerrite | dextran coated iron oxide nanoparticles |
| mouse coil, solenoid | Fluxtrol | custom built | |
| penicillin/streptomycin | Corning | 45000-652 | available from many companies |
| RF generator | Huttinger | TIG 10/300 | power source |
| RPMI media | Corning | 45000-396 | available from many companies |
Riferimenti
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