بروتوكولات لتقييم الترددات الراديوية التفاعل مع جزيئات الذهب ونظم البيولوجية لغير الغازية ارتفاع الحرارة علاج السرطان
Summary
نحن تصف البروتوكولات المستخدمة للتحقيق في تفاعلات 13.56 ميغاهرتز الترددات الراديوية (RF) الحقول الكهربائية مع الغرويات جسيمات متناهية الصغر من الذهب في كلا النظامين غير البيولوجية والبيولوجية (في المختبر / فيفو). ويجري التحقيق في هذه التفاعلات لتطبيقات في علاج السرطان.
Abstract
علاجات السرطان التي هي أقل سمية والغازية من نظيراتها الموجودة هم مرغوب فيه للغاية. استخدام الترددات اللاسلكية المجالات الكهربائية التي تخترق عميقا في الجسم، مما يسبب الحد الأدنى من السمية، ويجري حاليا دراستها باعتبارها وسيلة ناجعة لعلاج السرطان غير الغازية. ومن المتوقع أن تفاعلات الطاقة RF مع النانوية المنضوية (NPS) يمكن تحرير الحرارة التي يمكن أن تسبب ارتفاع درجة الحرارة ثم (ارتفاع الحرارة) للخلية، وتنتهي في نهاية المطاف في نخر الخلية.
في حالة الأنظمة غير البيولوجية، نقدم بروتوكولات مفصلة تتعلق قياس الحرارة حررها الغرويات NP تتركز بشكل كبير. لالنظم البيولوجية، في حالة من التجارب في المختبر، ونحن تصف التقنيات والشروط التي يجب الالتزام بها من أجل فضح الخلايا السرطانية بشكل فعال للترددات اللاسلكية RF معظم القطع الأثرية دون التدفئة وسائل الاعلام التعتيم بشكل كبير من البيانات. أخيرا، نعطي و منهجية مفصلةأو في نماذج الماوس المجراة مع أورام سرطان الكبد خارج الرحم.
Introduction
امتصاص الطاقة RF بواسطة الأنسجة البيولوجية (بسبب السماحية الكهربائية الكامنة) يؤدي إلى درجات حرارة مرتفعة الأنسجة بوصفها وظيفة من الوقت، الأمر الذي يؤدي في نهاية المطاف إلى موت الخلايا عن طريق ارتفاع الحرارة. هو الافتراض بأن ارتفاع الحرارة السرطان يمكن أن يكون الأمثل من خلال استخدام المواد النانوية المستهدفة التي تستوعب داخل الخلايا السرطانية وتكون بمثابة محولات RF-الحرارية، وترك صحية، والخلايا الطبيعية المجاورة سليمة. وقد أظهرت العديد من التقارير بالفعل أن مجموعة متنوعة من مصادر الطاقة النووية يمكن أن تكون مصادر الحرارة RF اعتبارا التي تساعد في نخر السرطان 1-4.
في هذه التحيات، مصادر الطاقة النووية الذهب (AuNPs) 3-5، أنابيب الكربون النانوية 1، ونقاط الكم 6، 7 أظهرت خصائص مثيرة عندما تستخدم في كل من في المختبر والتجارب في RF الجسم الحي. على الرغم من أن الطبيعة الدقيقة للآلية تسخين هذه مصادر الطاقة النووية عندما يتعرض له المجال RF ما زال قيد المناقشة، سلسلة منالتجارب الأساسية باستخدام AuNPs قد وضعت أهمية كبيرة على كل من حجم NP والدول التجميع. فقد تبين أن AuNPs فقط بأقطار <10 نانومتر سوف الحرارة عندما تتعرض إلى RF-8 الحقل. أيضا، هو الموهن هذه الآلية التدفئة بشكل ملحوظ عندما يتم تجميعها في AuNPs. تم التحقق من صحة هذا الشرط التجميع أيضا داخل في المختبر النماذج التي وضعت على أهمية تحسين AuNP الاستقرار داخل حجرات داخل الخلايا الغروية endolysomal لعلاج فعال RF 4. ومع ذلك، يمكن للتقنيات ومبادئ التجريبية المستخدمة في جمع وتقييم هذه البيانات تكون إشكالية، لا سيما في حالة التحقق من صحة RF ملامح الحرارة من الغرويات NP.
وقد أظهرت العديد من التقارير التي تفيد بأن التدفئة الجول لتعليق الأيونية الخلفية التي علقت مصادر القدرة النووية في يمكن أن يكون المصدر الرئيسي للإنتاج الحرارة RF وليس مصادر الطاقة النووية أنفسهم 9-12. على الرغم من ورقتنا الأخيرة 8 والتحقق من صحتها رانه استخدام التفاعلات RF في توليد الحرارة من AuNPs من أقطار أقل من 10 نانومتر، ونحن نهدف لوصف هذه البروتوكولات بمزيد من التفصيل خلال هذه المقالة.
نحن أيضا تدليل على البروتوكولات والتقنيات اللازمة لتقييم فعالية AuNPs كعوامل الحرارية في كل حموي في التجارب المختبرية والتجارب المجراة لنماذج سرطان الكبد. على الرغم من أننا نركز في المقام الأول على الغرويات بسيطة من AuNPs المغطاة سيترات، نفس التقنيات يمكن تطبيقها على AuNP الهجينة الأخرى مثل الأجسام المضادة والعلاج الكيميائي المجمعات مترافق. من خلال الالتزام بهذه المبادئ ينبغي أن التجريبي نأمل أن تكون قادرة على تقييم بسرعة إمكانية أي المواد متناهية الصغر ليكون وكيلا حموي الحرارية RF التي يسببها فعالة.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذه البروتوكولات تسمح التجريبي لتحليل كامل لمدى متناهية الصغر (في هذه الحالة AuNPs) يمكن أن تزيد من ارتفاع الحرارة الناجم عن الترددات اللاسلكية لعلاج السرطان. يتناول البروتوكول الأول تحديدا مع تحليل عينات من إنتاج الحرارة العالية تتركز AuNP وتنقيته. على الرغم من أن مجمو?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد تم تمويل هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (U54CA143837)، والمعاهد الوطنية للصحة MD اندرسون للسرطان مركز دعم المنح (CA016672)، ومؤسسة V (SAC)، ومنحة بحثية غير المقيد من مؤسسة أبحاث كانزيوس (SAC، إيري، PA). نشكر كريستين الرماد من قسم جراحة الأورام، مركز اندرسون للسرطان، للحصول على المساعدة الإدارية.
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).
