이 프로토콜에서는 젤 유령, 근처-적외선 펄스 레이저 빛을 고 강도 집중 초음파 (장내) 동시 노출을 통해 공동 현상의 제어 nucleation 보여 줍니다. 현상 작업 장내의 이미징 및/또는 치료 사용을 강화 하기 위한 다음 사용할 수 있습니다.
이 연구에서 plasmonic 골드 나노 입자는 펄스 근처-적외선 레이저 빛과 높은 강도 집중 초음파 (장내) 젤 유령 조직 흉내 낸 공동 현상의 제어 nucleation에 동시에 노출 되었다. 이 생체 외에서 프로토콜 암에 대 한 이미징 및 치료 응용 프로그램의 두 향상을 위한이 방법의 타당성을 설명 하기 위해 개발 되었다. 동일한 장치 장내 시스템의 노출 기간을 변화 하 여 이미징 및 치료 응용 프로그램에 사용할 수 있습니다. 짧은 기간 노출 (10 µs)에 대 한 광대역 음향 방출 금 나노 입자 주위 관성 공동 현상의 제어 nucleation 통해 생성 했다. 이 방출 나노 입자의 직접 지역화를 제공합니다. 미래의 응용 프로그램에 대 한 이러한 입자 분자를 대상으로 항 체 (유방암에 대 한 예: 안티-HER2)와 functionalized 수 있습니다 하 고 일상적인 진단 초음파 이미징 보완 암 영역의 정확한 지역화를 제공할 수 있습니다. 연속파 (CW) 노출에 대 한 공동 활동 젤 환영에서 큰 열 피해 장내 노출에서 지역화 된 난방 증가 사용 되었다. 이러한 CW 노출 동안 관성 공동 현상 활동에서 발생 하는 음향 방출 현상 활동의 피드백을 제공할 수동 현상 감지 (PCD) 시스템을 사용 하 여 모니터링 했다. 증가 된 난방만 나노 입자, 레이저 빛과 장내의 독특한 조합을 통해 달성 되었다. 이 기술은 암 전 임상 모델에서의 추가 유효성 검사는 필요 합니다.
고 강도 집중 초음파 (장내), 또는 초점을 맞춘 초음파 수술 (FUS), 피하 조직1의 열 제거에 사용 되는 비 이온화 및 비-침략 적 방법입니다. 장내의 주요 사용은2연 조직 종양 치료에 있지만 그것은 뼈 종양3 또는 신경학 상 조건4치료 같은 다른 응용 프로그램에 사용할 시작. 장내는 병원에서의 광범위 한 사용을 제한 하는 두 가지 주요 요소가 있다: 첫째, 치료 지침에 어려움 둘째, 긴 치료 시간5. 장내, 펄스 레이저 조명, 그리고이 방법으로 설명 하는 plasmonic 골드 nanorods 조합 장내6에 대 한 현재 한계를 극복 하는 방법을 제공할 수 있습니다.
장내 노출, 동안 조직 절제의 지배적인 기계 장치가 열 손상입니다. 그러나, 공동 현상 활동 또한8역할 재생할 수 있습니다. 장내 노출 중 발생 하는 현상 활동 모두 기계적 또는 열 중재 현상 구성할 수 있습니다. 기계적으로 중재 현상 일반적으로 음향 현상7중 관성 비 또는 관성9 동작을 진행 하는 거품으로 subcategorized 더 라고. 열 중재 현상 전 솔루션 또는 증발, 가스 주머니의 형성에서 이며 일반적으로 라고 ‘끓 는’10. 캐 비테이 션 활동, 가장 일반적으로 관성 공동 현상, 보였다 속도로 장내 노출11 을 통해 달성 하는 열을 강화 하 고 따라서 그것의 주요 제한의 한 해결에 도움을. 그러나, 형성 및 작업 장내 노출 동안 공동 현상의 예측할 수 그리고 리드와 같은 효과 부정 하는 이상 지역, 또는 비대칭 열 제거12치료. 장내 노출 동안 캐 비테이 션 활동을 제어 하기 위해 외부 핵의 도입 조사 했다. 이러한 microbubbles13, 위상 편이 nanoemulsions14 또는15plasmonic 나노 입자 형태를 걸릴 수 있습니다. Microbubbles와 nanoemulsions 신호-잡음 이미징 및 향상 된 열 제거에 대 한 개선 하기 위해 표시 되었습니다. 그러나, 그들의 일시적인 성격 그들은 반복된 장내 노출 동안 제한 된 기능을 의미 합니다. 장내 노출 동안 현상 활동의 모니터링은 수행 중 활성 또는 수동 현상 감지를 사용 하 여 (ACD 또는 PCD, 각각). PCD은 현상 감지, 선호 기술 장내 노출 동시에 실행 될 수 있다 고 스펙트럼 콘텐츠 정보를 제공 합니다. 이 스펙트럼 콘텐츠16발생 현상 활동의 유형을 식별 하는 데 추가 분석 수 있습니다 다음. 때문에 이러한 배출량 관성 공동 현상10 의 존재에 향상 된 장내11열에 연결 된 광대역 음향 방출 사용 됩니다.
(파이) 이미징 Photoacoustic 신흥 임상 이미징 기술17, 초음파 이미징18의 높은 해상도 펄스 레이저 여기 스펙트럼 선택도 결합 하는. 그것은 이전 안내 장내 노출19, 사용 되었다 그러나이 이미징 기술은 레이저 빛의 침투 깊이 의해 제한 된다. Plasmonic 골드 나노 입자 ‘조 영제’ 레이저 빛의 지역 흡수와 이후 photoacoustic 배출량20의 진폭 증가 역할을 사용할 수 있습니다. 충분히 높은 레이저 비해에 대 한 매우 지역화 된 이미징21에 사용할 수 있는 미세한 수증기 거품의 생성 가능 하다. 그러나, 이러한 노출 수준은 일반적으로 레이저 인간22, 빛의 사용에 대 한 최대 허용 노출 한계를 초과 하 고 따라서 사용 제한. 이전이 연구에서 사용 된 방법 표시 하 고는 모두 레이저를 plasmonic 나노 입자를 동시에 노출 하 여 조명 및 장내, 레이저 fluence 및 이러한 작은 수증기 거품 nucleate에 필요한 음향 압력은 극적으로 감소, 그리고 영상에 대 한 신호 대 잡음 비율 증가23. 메서드는 레이저와 nucleation 및 증기 거품의 활동에 대 한 높은 제어 기술에 대 한 장내 노출 plasmonic 나노 입자를 결합에 대 한 여기 설명 되어 있습니다.
이 프로토콜 열 생성 된 변성을 생산 그들의 CW 노출을 통해 조직 흉내 낸 팬텀의 제조 기술 4 개의 별도 섹션으로 나누어져 있습니다. 이 변성은 팬텀의 열 생성 된 응고 괴 사 장내1에 노출 하는 부드러운 조직에 의해 경험을 시뮬레이션 합니다. 그들의 제조에서 APS와 TEMED의 비율은 과정 너무 빨리 진작 하지 않습니다 있도록 중요 하다. 이 과정은 발열, 빨리이 속도, 높은 온도 도달25 고 따라서 노출 전에 BSA 단백질 변성 수 합니다. 그러나이 프로토콜 TEMED에 APS의 비율이 한다 발생을 하 고 하지 금형에에서 배치 될 수 얼음 물 더이 가능성을 최소화 하기 위해 젤의 polymerizing 동안 되도록 설정 되었습니다.
이 프로토콜 나노 입자, 레이저 일 루미 네이션 및 장내 노출, 결합을 통해 현상의 nucleation에 초점을 맞추고 최소 30 분의 진공에서 드 것 젤 환영의 제조에서 중요 한 단계가입니다. 열 병 변은 존재 하는 경우에 장내 (특히 CW 노출)에 노출, 일단 기존 핵을 피하기 위해 젤 유령에 신선한 위치를 대상으로 중요 하다. 번역 시스템 제어는 컴퓨터를 사용 하 여 팬텀을 이동 하는 때 그것은 장내 초점 (및 따라서 정렬 된 지역)의 깊이 일관성이 유지 되도록 하는 것이 중요. 이렇게 하면 장내 압력 및 레이저 fluence 레벨은 각 특정 노출 매개 변수에 대 한 통일. 이 프로토콜에 대 한 그리고 유령 소유자의 초기 배치 후에, 그것은 다음만 번역 수직 축에.
온도 민감한 조직 흉내 낸 젤 열 병 변 형성을 모니터링을 위한 시각적 메커니즘을 제공 하는 그들은 장내 연구 커뮤니티25에 의해 널리 사용 됩니다. 이 연구는 나노 입자를 결합 하 고 시연 제어 현상 활동을 통해 병 변 형성을 제공 하는 향상의 첫 번째 예제 했다. 그러나, 비록 그들은 온도에 그들의 응답에 대 한 조직을 흉내 낸 분류, 모두 그들의 광학 및 음향 감쇠 되지 않습니다. 시각화는 젤 병 변 형성에 필요, 때문에 유령 투명 하 고, 약간의 노란색 색조와 함께 근처는. 레이저 fluence는이 계정에 조정, 대상 지역 조명 레이저 빛은 방산 정상 조직에 대 한 것 보다 조명을 의미지 않습니다. 따라서 임상 번역에 대 한 여러 조명 수 있도록 소스 표면에 충분 한 fluence를 보장 하기 위해 필요한 것. 현재이 작업은 피부에 노출 될 때 레이저의 안전한 사용을 위한 지침22 을 준수 합니다. 이 최대 레이저 fluence 깊이; 달성할 수 제한 따라서,이 기술은 유 방, 또는 머리와 목 등 표면 암 치료에 적합 처음 것 이다. 또한, 이러한 유형의 암에 대 한 표면 수용 체를 표적으로 하는 plasmonic 나노 입자 치료에 증가 된 선택도 제공할 수 있습니다. 그러나, 비록이 연구의 높은 활성 영역, 그런 입자는 현재 임상 사용을 위해 승인 됩니다.
나노 입자와 환영의 음향 감쇠 0.7±0.2 dB/cm6, 측정 되었고, 3-4 dB/cm의 부드러운 조직에 대 한 값과 비교, 그것은 훨씬 낮은. 따라서,이 젤에서 장내 노출에서 난방 부드러운 조직에서 관찰 될 것 보다 낮은 것입니다. 그것은 젤을 유리 구슬의 부드러운 조직25비슷한 감쇠 레벨을 증가 입증 되었습니다. 그러나,이 응용 프로그램에서이 접근 불가능이 구슬 nucleation 소스, 나노 입자의 부재에도 캐 비테이 션 활동에 대 한 행동 하 고 따라서 현상 임계값을 허위로 것 이라고 합니다. 최 외에 의해 연구에서 결과 대 한 난방 효율을 비교할 때 (2013) 25, 열 병 변 14-23 MPa의 피크 압력 범위에서 생성 된 (명시 되지은 만약이 피크 포지티브 또는 네거티브 압력). 이 1.1 m h z에서 수행 했다는 유령에 감쇠 보다이 연구에 사용 했다. 그럼에도 불구 하 고, 본이 연구에서는 나노 nucleated 접근 1.19에서 따라서 현재 방법을 통해 증가 효율성을 보여주는 3.19 MPa까지 압력에서 이러한 환영 열 병 변을 생성 수 있었습니다.
미래의 테스트에이 방법을 종양 감소, 조직 관류, 분자 나노 입자와 관련 음향 감쇠 매개 변수의 통합을 vivo에서 모델에서 이루어져야 한다.
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 EPSRC에 의해 지원 되었다 EP/J021156/1을 부여. 저자는 초기 경력 Leverhulme 친목 (ECF-2013-247)에서 지원 하 고 싶습니다.
Single Element HIFU transducer | Sonic Concepts | H-102 | |
55dB Power Amplifier | E&I | A300 | |
Function Generator | Keysight Technologies | 33250A | |
Differential Membrane Hydrophone | Precision Acoustics Ltd | ||
TTL Pulse Generator | Quantum Composers | 9524 | |
Nd:YAG Pulse Laser | Continuum | Surelite I-10 | |
OPO Plus | Continuum | Surelite | |
Fibre Bundle | Thorlabs Inc | BF20LSMA01 | |
Energy Sensor | Thorlabs Inc | ES145C | |
Nanorods | Nanopartz | A12-40-850 | |
Broadband detector | Sonic Concepts | Y-102 | |
5 MHz high pass filter | Allen Avionics | ||
40dB preamplifier | Spectrum GmbH | SPA.1411 | |
14-bit data acquisition card | Spectrum GmbH | M4i.4420×8 | |
Deionised Filtered Water | MilliQ | ||
Acrylamide/Bis-acrylamide solution | Sigma Aldrich | A9927 | |
1 mol/L TRIS Buffer | Sigma Aldrich | T2694 | |
Ammonium Persulfate | Sigma Aldrich | A3678 | |
Bovine serum albumin | Sigma Aldrich | A7906 | |
TEMED | Sigma Aldrich | T9281 | |
3D printer | CEL-UK | Robox | |
3-axis positioning system | Zolix | ||
Digital Microscope | Dino-lite | AM4113TL | |
Water Tank | Muji | Acrylic Tank | |
Optical Components | Thorlabs Inc | Various | |
Optomechanical Components | Thorlabs Inc | Various | |
BNC Cables | RS | ||
Desktop PC | Custom Made | ||
Hotplate Stirrer | Fisher | ||
SBench6 | Spectrum GmbH | Measurement software |