Protocollen voor het beoordelen van radiofrequentie Interacties met gouden nanodeeltjes en Biological Systems voor niet-invasieve Hyperthermie Cancer Therapy
Summary
We beschrijven protocollen gebruikt om de interacties van 13,56 MHz radiofrequentie (RF) onderzoeken elektrische velden met gouden nanodeeltjes colloïden in zowel niet-biologische en biologische systemen (in vitro / vivo). Deze interacties worden onderzocht voor toepassing bij kankertherapie.
Abstract
Kankertherapieën die minder toxisch en invasief dan hun bestaande tegenhangers zijn zeer gewenst. Het gebruik van elektrische RF-velden die diep in het lichaam, waardoor minimale toxiciteit, worden momenteel bestudeerd als een levensvatbare middel van niet-invasieve kankertherapie. Het is voorzien dat de interacties van RF-energie met geïnternaliseerde nanodeeltjes (NP) warmte die vervolgens kunnen leiden tot oververhitting (hyperthermie) van de cel kan bevrijden, uiteindelijk eindigt in cel necrose.
In het geval van niet-biologische systemen presenteren we gedetailleerde protocollen betreffende kwantificeren van de warmte vrijgemaakt door hooggeconcentreerde NP colloïden. Voor biologische systemen, in het geval van in vitro experimenten, beschrijven we de technieken en de voorwaarden die moeten worden nageleefd om kankercellen effectief bloot aan RF-energie zonder bulk media verwarming artefacten aanzienlijk verduistert de gegevens. Tot slot geven we een gedetailleerde methodologie fof in vivo muismodellen met buitenbaarmoederlijke lever kanker tumoren.
Introduction
De absorptie van RF-energie op biologisch weefsel (vanwege de inherente elektrische permittiviteit) resulteert in verhoogde temperaturen weefsel als functie van de tijd, die uiteindelijk leidt tot celdood door hyperthermie. Er wordt verondersteld dat kanker hyperthermie kan worden geoptimaliseerd door het gebruik van gerichte nanomaterialen die internalisering in de kankercel en fungeren als RF-thermische sensoren, waardoor de aangrenzende gezonde, normale cellen intact. Verschillende rapporten hebben al aangetoond dat een verscheidenheid aan NP's zo effectief RF warmtebronnen die helpen bij kanker necrose 1-4 kan handelen.
In deze groet, goud NP (AuNPs) 3-5, koolstof nanobuisjes 1 en quantum dots 6, 7 hebben spannende kenmerken vertoonde bij toepassing in zowel in vitro als in vivo RF experimenten. Hoewel de precieze aard van het verwarmingsmechanisme van deze NP bij blootstelling aan een RF-veld wordt nog steeds gediscussieerd, een reeksfundamentele experimenten met AuNPs heeft grote betekenis gelegd op zowel NP grootte en aggregatie toestanden. Er werd aangetoond dat alleen AuNPs met een diameter <10 nm verwarmt wanneer blootgesteld aan een RF-veld 8. Ook wordt deze verwarming mechanisme aanzienlijk verzwakt wanneer de AuNPs worden samengeteld. Deze aggregatie toestand werd ook bevestigd in in vitro modellen die belang gelegd op het optimaliseren AUNP colloïdale stabiliteit binnen endolysomal intracellulaire compartimenten voor effectieve RF-therapie 4. Echter, de technieken en experimentele principes gebruikt om deze gegevens te verzamelen en evalueren problematisch, vooral bij valideren RF warmteprofielen van NP colloïden.
Verscheidene rapporten hebben aangetoond dat jouleopwarming van de achtergrond ionische suspensie die de NP gesuspendeerd in de belangrijkste bron van RF warmteproductie en niet de NP zelf 9-12 kunnen zijn. Hoewel onze recent artikel 8 heeft gevalideerd thij gebruik van RF-interacties in het opwekken van warmte uit AuNPs van een diameter kleiner dan 10 nm, willen we deze protocollen beschrijven meer in detail in dit artikel.
We tonen ook aan de protocollen en technieken die nodig zijn om de doeltreffendheid van AuNPs als hypertherme thermische middelen, zowel in vitro als in vivo experimenten leverkanker modellen evalueren. Hoewel we voornamelijk gericht op eenvoudige colloïden-citraat bedekte AuNPs, kunnen dezelfde technieken worden toegepast op andere AUNP hybriden zoals antilichaam-en chemotherapie-geconjugeerde complexen. Bij het opvolgen van deze beginselen de experimentator hopelijk kunnen de mogelijkheden voor nanomateriaal een effectieve RF-geïnduceerde thermische hypertherme agent snel evalueren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze protocollen kan de experimentator volledig geanalyseerd in hoeverre nanomaterialen (in dit geval AuNPs) kan RF-hyperthermie behandeling van kanker te verhogen. Het eerste protocol specifiek bezighoudt met het analyseren van de productie van warmte uit zeer geconcentreerd en gezuiverd AUNP monsters. Hoewel andere groepen warmteproductie hebben gemeld hoofdzakelijk van de buffers die de AuNPs gesuspendeerd in en niet AuNPs zelf 9-11, de RF systemen lagere concentraties AuNPs met een diameter> 10 nm, als…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gefinancierd door de NIH (U54CA143837), de NIH MD Anderson Cancer Center Ondersteuning Subsidies (CA016672), de V Foundation (SAC), en een onbeperkte onderzoek subsidie van de Kanzius Research Foundation (SAC, Erie, PA). Wij danken Kristine Ash van de afdeling Chirurgische Oncologie, MD Anderson Cancer Center, om administratieve bijstand.
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).
