إجراء شامل لتقييم<em> في فيفو</em> الأداء من السرطان طب النانو
Summary
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.
Abstract
مستوحاة من نجاح طب النانو السرطان السابق في العيادة، وقد ولدت الباحثون عدد كبير من الصيغ الجديدة في العقد الماضي. ومع ذلك، فقد تمت الموافقة على عدد صغير فقط من طب النانو للاستخدام السريري، في حين أن غالبية طب النانو تحت التطوير السريري قد أسفرت عن نتائج مخيبة للآمال. وتتمثل إحدى العقبات الرئيسية لترجمة السريرية الناجحة لطب النانو السرطان الجديد هو عدم وجود فهم دقيق للفي الجسم الحي أدائها. تتميز هذه المقالة إجراء صارم لوصف السلوك في الجسم الحي من طب النانو في الفئران الورم الحاملة في المنهجية، والنسيج، وحيدة الخلية، ومستويات التحت خلوية من خلال دمج انبعاث البوزيترون التصوير المقطعي التصوير المقطعي (PET-CT)، وأساليب النشاط الإشعاعي الكمي ، التدفق الخلوي، والفحص المجهري مضان. باستخدام هذا النهج، يمكن للباحثين تقييم بدقة التركيبات النانوية الجديدة في نماذج الفئران ذات الصلة canceص. قد يكون لهذه البروتوكولات القدرة على تحديد طب النانو السرطان الواعدة مع إمكانية متعدية عالية أو للمساعدة في تعظيم الاستفادة من طب النانو السرطان للترجمة في المستقبل.
Introduction
النانوي يتحول نموذج التنمية علاج السرطان 1. مستوحاة من التأثير الطبي الهائل من طب النانو السرطان السابق، مثل liposome- وnanotherapies القائم على الزلال 2، 3، وقد تم إنتاج العديد من الصيغ الجديدة في العقد الماضي. بيد أن التحليلات الأخيرة لنجاح الترجمة السريري لهذه طب النانو السرطان تشير إلى أنه ليس هناك سوى عدد قليل منهم قد تمت الموافقة على استخدام السريري 4، 5. وتتمثل إحدى العقبات الرئيسية لترجمة السريرية للطب النانو جديد للسرطان هي تحسينها محدود للمؤشر العلاجية مقارنة مع الادارة مباشرة من المركبات العلاجية المجانية 6. على هذا النحو، وتقييم دقيق للأداء في الجسم الحي من طب النانو في المنهجية، والنسيج، ومستويات الخلايا في النماذج الحيوانية قبل السريرية ضرورية لidentifذ تلك مع مؤشرات العلاجية المثلى للترجمة السريرية في المستقبل.
يمكن أن المواد النانوية يكون رديولبلد لتوصيف الكمي في الحيوانات التي تعيش مع التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) والتصوير، والذي لديه حساسية ممتازة والتكاثر بين جميع طرائق التصوير السريرية 7. على سبيل المثال، 89 عنصر الزركون المسمى اتسمت طب النانو في نماذج الماوس لسرطان 8، 9، 10، وكذلك في نماذج الأمراض الأخرى 11 المنتشرة منذ فترة طويلة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن نصف عمر الدم وbiodistribution من طب النانو يمكن تقييمها على نطاق واسع باستخدام القياسات الإشعاعية خارج الجسم في الأنسجة الفردية 8. لذلك، radiolabeling يسمح للتقييم الكمي للطب النانو في مستويات النظامية والأنسجة.
الأهم من ذلك، radiolabeleطب النانو د عموما لا يمكن تحليلها على خلية واحدة أو مستويات التحت خلوية نظرا لدقة المكاني المحدود للإشارة المشعة. لذلك، ووضع العلامات الفلورية يبرهن على أن تكون طريقة تكميلية لتقييم النانوية مع تقنيات التصوير الضوئي مثل التدفق الخلوي ومضان المجهري 12. تحقيقا لهذه الغاية، النانوية المسمى مع النظائر المشعة والعلامات الفلورية يمكن تقييمها كميا في الحي بواسطة التصوير النووي وخارج الحي من قبل العد النشاط الإشعاعي، ويمكن أيضا أن تكون وصفت على نطاق واسع على المستوى الخلوي عن طريق التصوير الضوئي.
سابقا، وقد وضعنا إجراءات معيارية لدمج تسميات المشعة والفلورية في مختلف النانوية، بما في ذلك البروتين الدهني عالي الكثافة (HDL) 11، الجسيمات الشحمية 9، 10، النانوية البوليمرية، شظايا الأجسام المضادة، وnanoemulsions 10 و 13. وقد سمحت هذه الجسيمات النانوية وصفت لتوصيف الكمي في النماذج الحيوانية ذات الصلة على مختلف المستويات، والتي وجهت تعظيم الاستفادة من هذه المواد النانوية لتطبيقات محددة. في الدراسة الحالية، والهدف من ذلك هو استخدام الجسيمات النانوية، وliposomal منصة النانوي الأكثر رسوخا 14 -كما مثالا للتدليل إجراءات شاملة لتوليد جسيمات متناهية الصغر المزدوج وصفت وإلى تميز بدقة في كلاسيكية سرطان الجلد مسانج B16-F10 نموذج الفأر 15 . من النتائج، ونحن واثقون من هذا النهج توصيف جسيمات متناهية الصغر يمكن تكييفها لتقييم طب النانو السرطان الأخرى في نماذج الفئران ذات الصلة.
Protocol
Representative Results
Discussion
خطوات حاسمة في البروتوكول:
جودة عالية من الجسيمات الشحمية المزدوج المسمى هي المفتاح لتحقيق نتائج متسقة على مدى فترة طويلة من الزمن. الأصباغ الفلورية مجانية أو 89 أيونات عنصر الزركون يمكن أن تولد أنماط استهداف مختلفة تماما وي?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
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.).
Materials
| 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 |
References
- Peer, D., et al. Nanocarriers as an emerging platform for cancer therapy. Nat Nanotechnol. 2, 751-760 (2007).
- Barenholz, Y. Doxil(R)–the first FDA-approved nano-drug: lessons learned. J Control Release. 160, 117-134 (2012).
- Green, M. R., et al. Abraxane, a novel Cremophor-free, albumin-bound particle form of paclitaxel for the treatment of advanced non-small-cell lung cancer. Ann Oncol. 17, 1263-1268 (2006).
- Juliano, R. Nanomedicine: is the wave cresting?. Nat Rev Drug Discov. 12, 171-172 (2013).
- Ledford, H. Bankruptcy filing worries developers of nanoparticle cancer drugs. Nature. 533, 304-305 (2016).
- Venditto, V. J., Szoka, F. C. Cancer nanomedicines: so many papers and so few drugs!. Adv Drug Deliv Rev. 65, 80-88 (2013).
- Dunphy, M. P., Lewis, J. S. Radiopharmaceuticals in preclinical and clinical development for monitoring of therapy with PET. J Nucl Med. (50 Suppl 1), (2009).
- Perez-Medina, C., et al. PET Imaging of Tumor-Associated Macrophages with 89Zr-Labeled High-Density Lipoprotein Nanoparticles. J Nucl Med. 56, 1272-1277 (2015).
- Perez-Medina, C., et al. A modular labeling strategy for in vivo PET and near-infrared fluorescence imaging of nanoparticle tumor targeting. J Nucl Med. 55, 1706-1711 (2014).
- Perez-Medina, C., et al. Nanoreporter PET predicts the efficacy of anti-cancer therapy. Nature communications. , (2016).
- Tang, J., et al. Inhibiting macrophage proliferation suppresses atherosclerotic plaque inflammation. Science advances. , (2015).
- Priem, B., Tian, C., Tang, J., Zhao, Y., Mulder, W. J. Fluorescent nanoparticles for the accurate detection of drug delivery. Expert Opin Drug Deliv. 12, 1881-1894 (2015).
- Gianella, A., et al. Multifunctional nanoemulsion platform for imaging guided therapy evaluated in experimental cancer. ACS Nano. 5, 4422-4433 (2011).
- Torchilin, V. P. Recent advances with liposomes as pharmaceutical carriers. Nat Rev Drug Discov. 4, 145-160 (2005).
- Salmon, H., et al. Expansion and Activation of CD103(+) Dendritic Cell Progenitors at the Tumor Site Enhances Tumor Responses to Therapeutic PD-L1 and BRAF Inhibition. Immunity. 44, 924-938 (2016).
- Perez-Medina, C., et al. In Vivo PET Imaging of HDL in Multiple Atherosclerosis Models. JACC Cardiovasc Imaging. 9, 950-961 (2016).
- Duivenvoorden, R., et al. A statin-loaded reconstituted high-density lipoprotein nanoparticle inhibits atherosclerotic plaque inflammation. Nature communications. 5, 3065 (2014).
- Carney, B., et al. Non-invasive PET Imaging of PARP1 Expression in Glioblastoma Models. Mol Imaging Biol. , (2015).
- Salinas, B., et al. Radioiodinated PARP1 tracers for glioblastoma imaging. EJNMMI Res. 5, 123 (2015).
- Carlucci, G., et al. Dual-Modality Optical/PET Imaging of PARP1 in Glioblastoma. Mol Imaging Biol. 17, 848-855 (2015).
- Tang, J., et al. Immune cell screening of a nanoparticle library improves atherosclerosis therapy. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. , (2016).
- Scott, A. M., Wolchok, J. D., Old, L. J. Antibody therapy of cancer. Nat Rev Cancer. 12, 278-287 (2012).
- Goodwill, P., et al. X-space MPI: magnetic nanoparticles for safe medical imaging. Adv Mater. 24, 3870-3877 (2012).
