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.
בהשראת ההצלחה של ננו-רפואת הסרטן הקודם במרפאת, חוקרים יצרו מספר רב של ניסוחי רומן בעשור האחרון. עם זאת, רק מספר קטן של ננו-רפואה אושר לשימוש קליני, ואילו רוב ננו-רפואה בפיתוח קליני הניבו תוצאות מאכזבות. מכשול עיקרי אחת לתרגום הקליני המוצלח של ננו-רפואת הסרטן החדש הוא חוסר הבנה מדויקת של ביצועי in vivo שלהם. מאמר זה כולל הליך קפדני על מנת לאפיין את התנהגות in vivo של ננו-רפואה בעכברים נושאי גידול ב מערכתית, רקמה, תא בודד, ורמות subcellular באמצעות שילוב של טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים טומוגרפיה ממוחשבת (PET-CT), שיטות כימות רדיואקטיביות , cytometry זרימה, מיקרוסקופ פלואורסצנטי. בגישה זו, חוקרים יכולים להעריך ניסוחי ננו רומן במדויק בעכברי מודל רלוונטי של Cancer. פרוטוקולים אלה עשויים יש את היכולת לזהות את ננו-רפואת הסרטן המבטיח ביותר עם פוטנציאל translational גבוה או כדי לסייע אופטימיזציה של ננו-רפואת הסרטן לתרגום בעתיד.
ננו-רפואה היא הסטה הפרדיגמה של פיתוח טיפול בסרטן 1. בהשראת ההשפעה הקלינית העצומה של ננו-רפואת הסרטן הקודם, כגון liposome- ו nanotherapies מבוסס אלבומין 2, 3, ניסוחי רומן רבים הופקו בעשור האחרון. עם זאת, הניתוחים האחרונים של הצלחת התרגום הקלינית של ננו-רפואת הסרטן אלה עולים, כי רק מעטים מהם אושרו לשימוש קליני 4, 5. מכשול עיקרי אחת לתרגום הקליני של ננו-רפואת הסרטן החדש הוא השיפור המוגבל שלהם של החלון תרפויטי לעומת הממשל הישיר של התרכובות הטיפוליות בחינם 6. כפי הערכתנו, מדויקת של ביצועי vivo של ננו-רפואה בבית, רקמה מערכתית, ורמות הסלולר במודלים של בעלי חיים פרה-קליניים חיוני identify בעלי מדדה טיפולי אופטימלי לתרגום קליני עתידי.
ננו יכול להיות רדיואקטיבי לאפיון כמוני לחיות חיים עם הדמיה טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים (PET), אשר יש רגישויות שחזור מעולות בין כל שיטות ההדמיה הקליניות 7. לדוגמא, 89 Zr שכותרתו לטווח במחזור ננו-רפואה מתאפיינת בעכברי מודל לסרטן 8, 9, 10, כמו גם במודלי מחלה אחרים 11. בנוסף, הדם מחצית החיים biodistribution של ננו-רפואה ניתן להעריך באופן נרחב באמצעות מדידות קרינה רדיואקטיבית vivo לשעבר ברקמות בודדים 8. לכן, radiolabeling מאפשר הערכה כמותית של ננו-רפואה ברמות מערכתיות ורקמות.
חשוב לציין, radiolabeleננו-רפואה ד כלל לא ניתן לנתח על-התא הבודד או רמות subcellular בשל ברזולוציה מרחבית המוגבלת של האות רדיואקטיבי. לכן, תיוג פלורסנט מוכיח להיות אפנות משלימים עבור ההערכה של חלקיקים עם טכניקות הדמיה אופטיות כגון cytometry זרימת הקרינה מיקרוסקופיה 12. לשם כך, חלקיקים שכותרתו עם ברדיואיזוטופים תגי פלורסנט ניתן להעריך כמותית in vivo על ידי הדמיה גרעינית לשעבר vivo על ידי ספירת רדיואקטיביות, והם יכולים גם להיות מאופיינים בהרחבה ברמה התאית על ידי הדמיה אופטית.
בעבר, פיתחנו נהלים מודולרית לשלב תוויות רדיואקטיבי פלורסנט לתוך חלקיקים שונים, כולל ליפופרוטאין בצפיפות גבוהה (HDL) 11, ליפוזומים 9, 10, חלקיקים פולימריים, שברי נוגדנים, ו nanoemulsions 10, 13. חלקיקים אלה שכותרתו אפשרו לאפיון כמוני במודלים של בעלי חיים רלוונטיים ברמות שונות, אשר הנחו את אופטימיזציה של ננו אלה עבור היישומים הספציפיים שלהם. במחקר הנוכחי, המטרה היא להשתמש חלקיקים-the liposomal פלטפורמת ננו-הרפואה ביותר שהוקם 14 -as דוגמא להפגין נהלים מקיפים כדי ליצור ננו-חלקיקים כפולים שהכותרת ולאפיין אותו ביסודיות במודל של עכברי B16-F10 מלנומה syngeneic קלסי 15 . מהתוצאות, אנו בטוחים זה גישת אפיון nanoparticle ניתן להתאים להעריך ננו-רפואת הסרטן אחר בעכברי מודל רלוונטי.
צעדים קריטיים בתוך הפרוטוקול:
האיכות הגבוהה של ליפוזומים כפולים שכותרתו היא המפתח לייצר תוצאות עקביות על פני תקופה ארוכה של זמן. צבעי ניאון חינם או 89 יוני Zr יכולים ליצור דפוסי מיקוד שונים לחלוטין ויש להסירם לחלוטין במהלך שלב…
The authors have nothing to disclose.
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.).
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 |