פרוטוקולים להערכת אינטראקציות גל רדיו עם זהב חלקיקים ומערכות ביולוגיות ללא פולשני היפרתרמיה טיפול בסרטן
Summary
אנו מתארים את הפרוטוקולים המשמשים כדי לחקור את האינטראקציות של גלי רדיו MHz 13.56 (RF) חשמליים שדות עם קולואידים nanoparticle הזהב בשתי מערכות שאינן ביולוגיות וביולוגיות (במבחנה / vivo). אינטראקציות אלה נחקרות עבור יישומים בטיפול בסרטן.
Abstract
טיפולים בסרטן שהם פחות רעילים ופולשניים יותר מאשר העמיתים הקיימים שלהם הם רצויים מאוד. השימוש בשדות חשמליים-RF הלחדור עמוק לתוך הגוף, גורם לרעילות מינימאלית, נמצאים בשלבי למדו כאמצעי קיימא של טיפול בסרטן שאינו פולשני. הוא חזה כי האינטראקציות של אנרגיית RF עם חלקיקים הפנימו (NPS) יכולות לשחרר חום אז מה שיכול לגרום להתחממות יתר (היפרתרמיה) של התא, סופו של דבר הסתיימו בנימק תא.
במקרה של מערכות שאינן ביולוגיות, אנו מציגים פרוטוקולים מפורטים הנוגעים לכימות החום שוחרר על ידי קולואידים NP-מרוכזים מאוד. למערכות ביולוגיות, במקרה של ניסויים במבחנה, אנו מתארים את הטכניקות ותנאים אשר חייב להיות דבקים במטרה לחשוף ביעילות תאים סרטניים לאנרגיית RF בלי חפצי חימום תקשורת בתפזורת מסתירים באופן משמעותי את הנתונים. לבסוף, אנחנו נותנים f המתודולוגיה מפורטתאו במודלי עכבר vivo עם גידולים סרטניים בכבד מחוץ לרחם.
Introduction
קליטתם של גלים אלקטרומגנטיים ברקמה ביולוגית (עקב permittivity החשמלי הטבוע בם) גורמת לטמפרטורות גבוהות לרקמות כפונקציה של זמן, מה שמוביל בסופו המוות של תאים על ידי היפרתרמיה. השערה הוא כי היפרתרמיה הסרטן יכולה להיות מותאמת באמצעות ננו הממוקד שיפנימו בתוך התא הסרטני ולפעול כמתמר RF-תרמי, עוזב את התאים נורמלים, השכנה בריאה ללא פגע. מספר דיווחים, כבר הראו כי מגוון של NPS יכול לפעול מקורות חום RF יעילים כמו שסיוע בנימק סרטן 1-4.
בנושאים אלו, של צירופים שמנים מיודע זהב (AuNPs) 3-5, צינורות פחמן 1, ונקודות קוונטיות 6, 7 הפגינו מאפיינים מרגשים כאשר נעשה שימוש הן במבחנה ובניסויים בRF vivo. למרות שאופיו של מנגנון החימום של NPS אלה כאשר הם נחשפים לRF-שדה המדויק עדיין נדון, סדרה שלניסויים בסיסיים באמצעות AuNPs יש להציב חשיבות רבה משני גודל NP ומדינות צבירה. זה היה הראה כי AuNPs רק עם קטרים <10 ננומטר יהיה חום כאשר הם נחשפים לשדה RF-8. כמו כן, מנגנון חימום זו נחלש באופן משמעותי כאשר AuNPs יקובצו. מצב צבירה זו תוקף גם בתוך במבחנה מודלים שהונחו על חשיבות אופטימיזציה של יציבות colloidal AuNP בתוך תאים תאיים endolysomal לטיפול RF יעיל 4. עם זאת, הטכניקות ועקרונות ניסיוניים המשמשים לאיסוף והערכת נתונים זה יכולים להיות בעייתיים, במיוחד במקרה של אימות פרופילי חום RF מקולואידים NP.
מספר דיווחים הראו כי חימום ג'אול של ההשעיה יונית הרקע שהצירופים השמנים מיודע מושעים ביכול להיות המקור העיקרי לייצור חום RF ולא של הצירופים השמנים מיודע עצמם 9-12. למרות שהנייר האחרון שלנו 8 יש תוקף לאהוא משתמש באינטראקציות RF ביצירת חום מAuNPs של קטרים פחות מ -10 ננומטר, אנו שואפים לתאר את הפרוטוקולים הללו בפירוט רב יותר לאורך מאמר זה.
אנחנו גם מדגימים את הפרוטוקולים וטכניקות הדרושות כדי להעריך את היעילות של AuNPs כסוכני תרמית hyperthermic בשני במבחנה ובניסויי vivo עבור דגמי הסרטן כבד. למרות שאנו מתמקדים בעיקר בקולואידים פשוטים של AuNPs הכתיר ציטראט, ניתן ליישם את אותן הטכניקות לכלאי AuNP אחרים כגון ונוגדני מתחמי כימותרפיה מצומדות. על ידי הקפדה על עקרונות אלה בניסויים צריכים לקוות שיוכלו להעריך את הפוטנציאל עבור כל nanomaterial להיות סוכן hyperthermic תרמית מושרה RF יעיל במהירות.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקולים אלה מאפשרים בניסויים על מנת לנתח את איזו המידה ננו (מקרה זה AuNPs) יכול להגדיל היפרתרמיה-Induced RF לטיפול בסרטן אופן מלא. הפרוטוקול הראשון דווקא עוסק בניתוח ייצור חום מדגימות AuNP מרוכזת מאוד ומטוהרות. אם כי קבוצות אחרות דיווחו על ייצור חום בעיקר החוצצים שAuNPs הם תל?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו מומנה על ידי NIH (U54CA143837), מענקי NIH MD Anderson Cancer מרכז התמיכה (CA016672), קרן V (SAC), ומענק מחקר בלתי מוגבל של קרן Kanzius המחקר (SAC, אירי, הרשות הפלסטינית). אנו מודים לאש קריסטין מהמחלקה לאונקולוגיה כירורגי, MD Anderson Cancer Center, לקבלת סיוע מנהלי.
Materials
| Reagent/Material | |||
| 500 ml gold nanoparticles (5 nm) | Ted Pella, INC | 15702-5 | |
| Amicon Ultra-4/-15 Centrifugal Filter Units (50 kDa) | Millipore | UFC805024/UFC910096 | (4 ml and 15 ml volumes) |
| MEM X1 Cell Culture Media | Cellgro | 10-101-CV | (add extra nutrients as necessary) |
| Fetal Bovine Serum | Sigma | F4135-500 ml | |
| Copper Tape | Ted Pella | 16072 | |
| Equipment | |||
| Kanzius RF System (13.56 MHZ) | ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA) | ||
| IR Camera | FLIR SC 6000, FLIR Systems, Inc. (Boston, MA, USA) | Contact FLIR | |
| 1.3 ml Quartz Cuvette | ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA) | ||
| Teflon Sample holder with Rotary Stage | ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA) | ||
| SPECTROstar Nano Microplate reader | BGM Labtech | ||
| UV-Vis spectrometer | Applied Nanofluorescence, Houston, TX) | NS1 NanoSpectralyzer | |
| ICP-OES | PerkinElmer | Optima 4300 DV | |
| Zetasizer | Malvern | Zen 3600 Zetasizer |
References
- Gannon, C. J., et al. Carbon nanotube-enhanced thermal destruction of cancer cells in a noninvasive radiofrequency field. Cancer. 110, 2654 (2007).
- Curley, S. A., Cherukuri, P., Briggs, K., Patra, C. R., Upton, M., Dolson, E., Mukherjee, P. Noninvasive radiofrequency field-induced hyperthermic cytotoxicity in human cancer cells using cetuximab-targeted gold nanoparticles. J. Exp. Ther. Oncol. 7, 313 (2008).
- Gannon, C. J., Patra, C. R., Bhattacharya, R., Mukherjee, P., Curley, S. A. Intracellular gold nanoparticles enhance non-invasive radiofrequency thermal destruction of human gastrointestinal cancer cells. Journal of Nanobiotechnology. 6, 2 (2008).
- Raoof, M., et al. Stability of antibody-conjugated gold nanoparticles in the endolysosomal nanoenvironment: implications for noninvasive radiofrequency-based cancer therapy. Nanomedicine. 8, 1096 (2012).
- Glazer, E. S., Massey, K. L., Zhu, C., Curley, S. A. Pancreatic carcinoma cells are susceptible to noninvasive radio frequency fields after treatment with targeted gold nanoparticles. Surgery. 148, 319 (2010).
- Glazer, E. S., Curley, S. A. Radiofrequency field-induced thermal cytotoxicity in cancer cells treated with fluorescent nanoparticles. Cancer. 116, 3285 (2010).
- Glazer, E. S., Curley, S. A. Non-invasive radiofrequency ablation of malignancies mediated by quantum dots, gold nanoparticles and carbon nanotubes. Therapeutic Delivery. 2, 1325 (2011).
- Corr, S. J., Raoof, M., Mackeyev, Y., Phounsavath, S., Cheney, M. A., Cisneros, B. T., Shur, M., Gozin, M., McNally, P. J., Wilson, L. J., Curley, S. A. Citrate-Capped Gold Nanoparticle Electrophoretic Heat Production in Response to a Time-Varying Radiofrequency Electric-Field. J. Phys. Chem. C. 116, 24380 (2012).
- Kruse, D. E., et al. A Radio-Frequency Coupling Network for Heating of Citrate-Coated Gold Nanoparticles for Cancer Therapy: Design and Analysis. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 58, 10 (2011).
- Li, D., et al. Negligible absorption of radiofrequency radiation by colloidal gold nanoparticles. J. Colloid Interf. Sci. 358, 47 (2011).
- Liu, X., Chen, H. J., Chen, X., Parini, C., Wen, D. Low frequency heating of gold nanoparticle dispersions for non-invasive thermal therapies. Nanoscale. , (2012).
- Sassaroli, E., Li, K. C. P., O’Neill, B. E. Radio frequency absorption in gold nanoparticle suspensions: a phenomenological study. J. Phys. D App. Phys. 45, 075303 (2012).
- Worle-Knirsch, J. M., Pulskamp, K., Krug, H. F. Oops they did it again! Carbon nanotubes hoax scientists in viability assays. Nano Lett. 6, 1261 (2006).
