Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

يقدم هذا البروتوكول التقنيات والمنهجية اللازمة للتوصيل الدقيق لارتفاع حرارة الجسيمات النانوية المغناطيسية باستخدام نظام توصيل ومراقبة متطور.

Abstract

منذ فترة طويلة يستخدم ارتفاع الحرارة في علاج السرطان. تنوعت التقنيات من إدخال قضبان الحديد الساخن داخل الورم ، إلى الجسيمات النانوية المغناطيسية التي تستهدف الأجسام المضادة للورم بشكل منهجي ، في درجات حرارة تتراوح من 39 درجة مئوية (مستوى الحمى) إلى 1000 درجة مئوية (الكي الكهربائي) وأوقات العلاج من ثوان إلى ساعات. تحدد العلاقة بين درجة الحرارة والوقت (الجرعة الحرارية) التأثير مع الجرعات الحرارية العالية التي تؤدي إلى استئصال الأنسجة والجرعات الحرارية المنخفضة مما يؤدي إلى تأثيرات شبه مميتة مثل زيادة تدفق الدم وتراكم الأدوية والتحفيز المناعي. واحدة من العلاجات الطبية الحالية الواعدة هي ارتفاع حرارة الجسيمات النانوية المغناطيسية (mNPH). تتضمن هذه التقنية تنشيط الجسيمات النانوية المغناطيسية ، التي يمكن توصيلها بشكل منهجي أو داخل الورم ، باستخدام مجال مغناطيسي متناوب غير جراحي وغير سام. يعد حجم الجسيمات النانوية المغناطيسية وبنائها وارتباطها وتردد المجال المغناطيسي وشدة مجاله من محددات التسخين الرئيسية. لقد طورنا أجهزة وتقنيات متطورة لتقديم ارتفاع حرارة الجسيمات النانوية المغناطيسية القابلة للتكرار في نماذج الحيوانات الكبيرة والصغيرة والخلايا المستزرعة. يسمح هذا النهج ، باستخدام المراقبة المستمرة لدرجة الحرارة في الوقت الفعلي في مواقع متعددة ، بتوصيل جرعات حرارية محددة جيدا إلى الأنسجة المستهدفة (الورم) أو الخلايا مع الحد من تسخين الأنسجة غير المستهدفة. يسمح التحكم الدقيق في درجة الحرارة ومراقبتها ، في مواقع متعددة ، واستخدام الخوارزمية القياسية الصناعية (الدقائق المكافئة التراكمية عند 43 درجة مئوية / CEM43) ، بتحديد دقيق وقياس الكمية للجرعة الحرارية. تم تطوير نظامنا ، الذي يسمح بمجموعة متنوعة من درجات الحرارة والجرعات الحرارية والتأثيرات البيولوجية ، من خلال مجموعة من عمليات الاستحواذ التجارية والتطورات الهندسية والبيولوجية الداخلية. تم تحسين هذا النظام بطريقة تسمح بالتحويل السريع بين تقنيات خارج الجسم الحي وفي المختبر وفي الجسم الحي. الهدف من هذا البروتوكول هو توضيح كيفية تصميم وتطوير وتنفيذ تقنية ونظام فعالين لتقديم علاج دقيق ودقيق للجسيمات النانوية (mNP) لارتفاع الحرارة.

Introduction

تاريخيا ، تم استخدام ارتفاع الحرارة في علاج السرطان ، إما بمفرده أو بالاشتراك مع علاجات أخرى. على الرغم من أن لها تاريخا طويلا من الاستخدام ، إلا أن الطريقة الأكثر فائدة لتقديم هذا العلاج لا تزال قيد المناقشة وتعتمد على موقع المرض وموقعه. تشمل طرق توصيل ارتفاع الحرارة الميكروويف ، والترددات الراديوية ، والموجات فوق الصوتية المركزة ، والليزر ، والجسيمات النانوية المعدنية (مثل الذهب أو أكسيد الحديد) 1،2،3،4. يمكن أن تؤدي طرق التسليم هذه إلى مجموعة من درجات حرارة العلاج من مستوى الحمى إلى مئات الدرجات المئوية. يعتمد التأثير البيولوجي لارتفاع الحرارة في المقام الأول على درجات الحرارة المستخدمة ومدة العلاج5. لهذه المخطوطة والغرض ، نركز على ارتفاع حرارة الجسيمات النانوية المغناطيسية (mNPH). تسمح هذه الطريقة بتغيرات درجة الحرارة المركزة والموضعية والمراقبة جيدا والتحكم فيها ، باستخدام جسيمات أكسيد الحديد النانوية غير السامة والمعتمدة من إدارة الغذاء والدواء.

أحد مآزق طرق ارتفاع الحرارة الأخرى هو عدم وجود استهداف خلوي دقيق. لا يحتوي ارتفاع الحرارة على نسبة علاجية عالية بطبيعتها ، لذلك ، فإن القياس الحراري الدقيق والاستهداف ضروريان6. يسمح mNPH بالحقن الجهازي أو داخل الورم ل mNPs ، مع توليد الحرارة فقط حيث توجد mNPs ، وبالتالي استهداف العلاج للورم مباشرة. يمكن أن يكون mNPH فعالا عندما توجد الجسيمات النانوية المغناطيسية داخل الخلية أو خارجها. بالنسبة لعلاج السرطان ، فإن النظرة العامة على mNPH هي أن الجسيمات النانوية المغناطيسية يتم حقنها (داخل الورم أو في الوريد) ، ثم يتم تطبيق مجال مغناطيسي متناوب ، مما يتسبب في إعادة تنظيم الأقطاب المغناطيسية للجسيمات النانوية باستمرار ، مما يؤدي إلى تسخين موضعي للخلايا والأنسجة المرتبطة بالجسيمات النانوية 7,8 . من خلال ضبط حجم الجسيمات النانوية وتردد / قوة المجال المغناطيسي المتناوب (AMF) ، من الممكن التحكم بعناية في درجة الحرارة المتولدة داخل الأنسجة.

يعمل هذا العلاج بشكل جيد في الأورام القريبة من سطح الجسم ، حيث تتطلب الأورام العميقة AMF أقوى ، لذا يزيد خطر تسخين التيار الدوامي9. هناك أدلة على استخدام ارتفاع الحرارة سريريا كعلاج وحيد ، ومع ذلك ، في كثير من الأحيان يتم الجمع بين ارتفاع الحرارة والعلاج الإشعاعي أو العلاج الكيميائي ، مما يؤدي إلى تأثير مضاد للسرطان أكثر استهدافا10،11،12. تمت مراجعة الأدلة السريرية لارتفاع الحرارة التي تعمل مع العلاج الإشعاعي في منشور سابق13. نجح مختبرنا في علاج مجموعة متنوعة من الحيوانات ، من الفئران إلى الخنازير وسرطانات الكلاب العفوية ، باستخدام طريقة mNPH12،14،15. تم تصميم هذا البروتوكول للمهتمين بالتحقيق في آثار علاج ارتفاع الحرارة الموضعي ، إما بمفرده أو بالاشتراك مع علاجات أخرى.

أحد أهم العوامل في ارتفاع الحرارة هو القدرة على قياس وفهم ، في الوقت الفعلي ، الجرعة الحرارية التي يتم توصيلها إلى النسيج المستهدف / الورم. الطريقة القياسية لحساب الجرعة ومقارنتها هي من خلال إظهار الدقائق المكافئة التراكمية للتسخين عند 43 درجة مئوية. تسمح هذه الخوارزمية بمقارنة الجرعات المستقلة عن نظام التسليم ، ودرجات الحرارة القصوى والدنيا (ضمن نطاق معين) ومعلمات التسخين / التبريد 5,16. يعمل حساب CEM بشكل أفضل لدرجات الحرارة بين 39-57 درجة مئوية5. على سبيل المثال ، في بعض الدراسات التي أجريناها ، اخترنا جرعة حرارية من CEM43 30 (أي 30 دقيقة عند 43 درجة مئوية). سمح لنا اختيار هذه الجرعة بالنظر إلى تأثيرات مناعية آمنة وفعالة في المختبر ، بمفردها ، وبالاقتران مع جرعة واحدة من الإشعاع17.

مع ارتفاع حرارة الجسيمات النانوية المغناطيسية ، هناك العديد من العوامل التي يجب مراعاتها عند بناء نظام توصيل مناسب. يتضمن تصميم الأجهزة عوامل أمان مهمة ، مثل استخدام مبرد لضمان بقاء معدات توصيل المجال المغناطيسي باردة حتى عند تشغيلها بطاقة عالية ، وإجراءات آمنة من الفشل تمنع تشغيل النظام إذا لم يتم تنشيط جميع أنظمة درجة الحرارة وتقييم الطاقة والتحكم. بالإضافة إلى ذلك ، هناك عوامل بيولوجية مهمة يجب مراعاتها في كل من الحالات في الجسم الحي وفي المختبر. عند استخدام الخلايا المستزرعة ، من الضروري المعالجة في وسط النمو والحفاظ عليها في درجة حرارة ثابتة قابلة للحياة لتجنب التغيرات الفسيولوجية التي يمكن أن تؤثر على النتائج. بالنسبة لأنواع الجسيمات النانوية الفردية ، من المهم معرفة معدل الامتصاص المحدد (SAR) عند حساب معلمات التسخين القائمة على AMF. وبالمثل ، من المهم معرفة تركيز mNP / Fe ، في الخلايا والأنسجة ، وهو أمر ضروري لتحقيق التسخين المطلوب. تتطلب الطرق في الجسم الحي مزيدا من الاهتمام بالتفاصيل حيث يجب الحفاظ على الحيوان تحت التخدير أثناء العلاج والحفاظ على درجة حرارة الجسم الأساسية للحيوان عند المستوى الطبيعي طوال فترة العلاج. السماح بانخفاض درجة حرارة جسم الحيوان ، كما يحدث تحت التخدير ، يمكن أن يؤثر على النتائج الإجمالية ، فيما يتعلق بالجرعة الحرارية للأنسجة التي يتم علاجها.

في هذه المخطوطة ، نناقش الطرق المستخدمة لتصميم وبناء نظام ارتفاع حرارة الجسيمات النانوية المغناطيسية متعدد الاستخدامات ، بالإضافة إلى عوامل الاستخدام المهمة التي يجب مراعاتها. يسمح النظام الموصوف بتسليم قوي ومتسق ومناسب بيولوجيا وآمن وجيد التحكم لارتفاع حرارة الجسيمات النانوية المغناطيسية. أخيرا ، تجدر الإشارة إلى أن دراسات mNPH التي نجريها غالبا ما تتضمن علاجات أخرى مثل الإشعاع والعلاج الكيميائي والعلاج المناعي. لكي تكون هذه النتائج ذات مغزى ، من المهم تحديد كيف يمكن أن تؤثر الحرارة الموصلة على فعالية و / أو سمية السلامة للطرائق الأخرى (أو العكس) ورفاهية الحيوان. لهذا السبب وقياس الجرعات والحالات العلاجية المذكورة سابقا ، من الضروري إيلاء اهتمام صارم لدقة جرعات ارتفاع حرارة الجسيمات النانوية المغناطيسية وقياسات درجة الحرارة الأساسية والمستهدفة المستمرة. الهدف من هذا البروتوكول هو توفير طريقة ووصف مباشر ومتسق لتوصيل ارتفاع حرارة الجسيمات النانوية المغناطيسية الآمنة والفعالة.

Protocol

تم اعتماد برنامج رعاية واستخدام الحيوان في كلية دارتموث من قبل الجمعية الأمريكية لاعتماد رعاية المختبر (iAAALAC) ويلتزم بجميع إرشادات ولوائح UDSA و NIH (مكتب رعاية المختبر). تمت الموافقة على جميع الدراسات في الجسم الحي من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسية في كلية دارتموث (IACUC). يلتزم إجراء القتل الرحيم بإرشادات AVMA لعام 2020 للقتل الرحيم للحيوانات.

1. الأجهزة / تصميم النظام

  1. تصميم هوائي AMF مخصص (ملف) ليكون حلقة مغلقة ، واختيار الأشكال لإنشاء المجال المغناطيسي المطلوب. استخدم صيغ وخصائص الحث من اختيار مولد الطاقة لتصميم ملفات متوافقة لتوليد المجال المطلوب. استخدم تصميمات مختلفة للتجارب في المختبر وفي الجسم الحي.
  2. تأكد من أن محاثة هوائي AMF تقع ضمن النطاق المقبول لمولد الطاقة. أضف أو اطرح المكثفات لمطابقة (ضبط) الهوائي مع مولد الطاقة.
  3. بالنسبة للتجارب في المختبر ، صمم ملفا حلزونيا من 14 دورة ، قطره الداخلي 2 سم وطوله 14 سم ، يمكن أن يحتوي على أنابيب سعة 1.5 مل ، مما يسمح بمعالجة عينات متعددة في وقت واحد. اعزل الملف ببوليمر فينيل واستخدم فاصل البوليسترين لفصل الملف عن الأنابيب. تفاصيل مواصفات التصميم والاعتبارات موجودة في الملف التكميلي 1.
  4. بالنسبة للتجارب في الجسم الحي ، احصل على ملف حلزوني مخصص لكامل الجسم من الشركة المصنعة بمعلومات تصميم خاصة. استخدم أنبوبا مربعا 8 مم (لأنه يخلق مجالا أكثر اتساقا داخل تجويف الملف) ، ومكثفا في منطقة المعالجة المستهدفة. اجعل المكثف بطول 5.0 سم ، بإجمالي 5 لفات ينتج عنها قطر داخلي 3.6 سم ، وقطر خارجي 5.2 سم ، ويكون موقعه في منطقة المعالجة المستهدفة. أحيط الملف بقشرة من البولي كربونات.
  5. استخدم مولد AMF بقوة وتردد قابلين للتعديل ، مصنف عند 10 كيلو واط أو أكثر كمصدر للطاقة. يطابق الحث مصدر الطاقة والهوائيات / الملفات إلى نطاق يتراوح من 0.62 إلى 1.18 μHenries (μH) ، مما يسمح بترددات تتراوح بين 30-300 كيلو هرتز. قم بتبريد المولد باستخدام المياه المعاد تدويرها من خلال مضخة تعزيز الطرد المركزي ، والضغط المنظم إلى 50 رطل / بوصة مربعة.
  6. قم بتبريد الملفات باستخدام مبرد سعة تبريد 5.6 طن يضخ 25٪ من سائل نقل الحرارة القائم على الإيثيلين جلايكول المخفف بالماء من خلال هوائي AMF. اضبط درجة حرارة المبرد بحيث لا يقوم الهوائي بتسخين أو تبريد العينة.
  7. لاحتواء الحيوان ، قم ببناء حامل أنبوبي يمكن تعليقه في وسط الملف مع وجود فجوة هوائية 0.5 سم بين الحامل وسطح الملف. قم بتوصيل مضخة هواء مكيفة قابلة للتعديل تقوم بتدوير الهواء عبر الغلاف حول الملف واضبطه للحفاظ على درجة حرارة قلب الحيوان الطبيعية. قم بتوصيل آلة التخدير بحامل الحيوان الأنبوبي بالقرب من رأس الحيوان لضمان التسليم السليم للتخدير.
  8. لاحتواء الخلية ، قم بإنشاء جهاز يقوم بتدوير الماء من حمام مائي عبر الفاصل حيث يتم وضع الأنابيب. اضبط درجة حرارة هذا الحمام المائي بحيث تكون الأنابيب محاطة بالماء عند 37 درجة مئوية.
  9. استخدم مجسات الألياف الضوئية لمراقبة درجات الحرارة داخل الورم ، ولب الحيوان ، والبيئة الحيوانية أو للدراسات في المختبر ، ومراقبة درجة حرارة حبيبات الخلية ، والمياه المحيطة بالأنابيب.
  10. استخدم جسيمات أكسيد الحديد النانوية المغناطيسية التي يبلغ حجمها 100 نانومتر لجميع التجارب.
    ملاحظة: التركيز ومعدل الامتصاص النوعي (SAR) هما خاصيتان يجب مراعاتهما عند اختيار الجسيمات النانوية ، لأنهما يؤثران بشكل مباشر على التسخين المحتمل والجرعة الحرارية18.

2. ارتفاع الحرارة في المختبر

  1. زرع B16F10 خلايا سرطان الجلد الفئران في وسائط RPMI مع 10٪ FBS و 1٪ قلم / بكتيريا . لوحة 150،000 خلية / بئر في لوحات 6 آبار ، مع 2 مل من الوسط الكامل.
  2. حدد العلاج المناسب لكل بئر ، أي الخلايا التي لا تحتوي على mNPs ولا AMF ، والخلايا التي تحتوي على mNPs ولا AMF ، والخلايا التي تحتوي على mNPs و AMF ، والخلايا التي تحتوي على mNPs و AMF.
    ملاحظة: بالإضافة إلى ذلك ، تأكد من وجود ضوابط مناسبة في حالة الجمع بين ارتفاع الحرارة وعلاج آخر. يتم إجراء AMF في مختبر أبحاث قياسي تم تحديثه بقدرات الطاقة والتبريد اللازمة.
  3. بعد 24 ساعة من الطلاء ، أضف mNPs إلى الآبار المناسبة كما هو محدد في الخطوة السابقة. أضف mNPs إلى تركيز 3 ملغ حديد / مل. تأكد من توزيع mNPs في جميع أنحاء البئر ، إما عن طريق إنشاء حل وسائط المخزون / mNP (إزالة الوسائط القديمة ، إضافة هذا الحل) أو عن طريق إضافة mNPs مباشرة وألواح دوامية بلطف للتوزيع المتجانس.
  4. ابدأ العلاج ، بعد 48 ساعة من إضافة mNPs ، عندما تكون الآبار ~ 80٪ متقاربة ، عن طريق إزالة الوسائط وغسل الآبار بوسائط جديدة. قم بإزالة الوسائط.
  5. أضف 0.5 مل من التربسين إلى كل بئر يتم علاجه ، وقم بالدوران برفق. استخدم المجهر للتحقق من فصل الخلايا.
  6. أضف 1 مل من الوسائط إلى كل بئر لتجميع الخلايا في أنابيب سعة 1.5 مل. اجمع كل الخلايا من البئر (~ 1 × 106 خلايا). استخدم أنبوبا منفصلا مكتوبا عليه بوضوح لكل بئر.
  7. تدور الأنابيب في 60 × غرام لمدة 2-3 دقائق للسماح للخلايا بيليه. الاحتفاظ بيليه في وسائل الإعلام.
  8. ضع الأنابيب في الفاصل المليء بالماء داخل الملف. اضبط درجة حرارة الحمام المائي بحيث يتم الحفاظ على الوسائط وحبيبات الخلية عند 37 درجة مئوية. راقب درجة الحرارة داخل الأنبوب والحمام المائي باستخدام مجسات درجة حرارة الألياف البصرية المنفصلة.
  9. قم بتشغيل المبرد ، وتحقق من أن المبرد يتدفق عبر الملف. قم بتشغيل مصدر الطاقة واضبط النسبة المئوية للحد الأقصى للحقل المطلوب. قم بتشغيل ملف الملف اللولبي المكون من 14 دورة ، مدعوما بمولد 10 كيلو واط ، عند 165 كيلو هرتز و 23.87 كيلو أمبير / م (300 Oe).
  10. ضع مسبار درجة حرارة الألياف البصرية منفصل في أحد الأنابيب. علاج الخلايا حتى الجرعة الحرارية بروتوكول المحددة مسبقا. مثال على ذلك هو 30 دقيقة عند 43 درجة مئوية (CEM43 من 30).
  11. أعد تعليق الخلايا في الوسائط الموجودة في أنابيبها وأعد صفيحتها إلى 6 ألواح بئر جديدة. قم بتسمية اللوحات الجديدة بوضوح. الهدف هو إعادة طلاء جميع الخلايا التي تم جمعها (~ 1 × 106 خلايا).
    ملاحظة: يجب استخدام 6 ألواح بئر جديدة لضمان تلقي الخلايا المستزرعة العلاج. إذا تم استخدام اللوحات القديمة ، فلا يزال من الممكن ترك خلايا على الألواح التي لم يتم تربسينها بنجاح.
  12. إذا لزم الأمر ، بالنسبة للإجراء التجريبي التالي ، قم بتحليل الخلايا لتحليل الحمض النووي الريبي أو تحليل تعبير البروتين.

3. ارتفاع الحرارة في الجسم الحي

  1. زراعة الخلايا والتلقيح
    1. زرع B16F10 خلايا سرطان الجلد الفئران في وسائط RPMI مع 10٪ FBS و 1٪ قلم / بكتيريا . استخدم الأطباق / الأطباق التي ستوفر خلايا كافية لتلقيح العدد المطلوب من الحيوانات. على سبيل المثال ، سوف تتلاقى أطباق 10 ، 100 مم ، المطلية ب 100،000 خلية مع خلايا كافية لحقن 20 فئران في غضون 48 ساعة.
    2. التربسين الخلايا وجمعها باستخدام وسائط RPMI نقية (بدون FBS أو قلم / بكتيريا ).
    3. عد الخلايا وأنشئ حلا للتركيز المطلوب للخلايا ، بناء على حجم التلقيح وأرقام الماوس.
    4. تخدير إناث الفئران C57Bl / 6 البالغة من العمر 6 أسابيع باستخدام إيزوفلوران والأكسجين المتبخر. ضع الحيوانات في صندوق زجاجي يحتوي على 5٪ إيزوفلوران و 95٪ أكسجين حتى يتم تحفيزه. بمجرد الحث ، قم بإزالة الحيوان واستخدم مخروط الوجه بنسبة 2٪ إيزوفلوران لإكمال الخطوات 3.1.5-3.1.7 و 3.3.3-3.3.6.
      ملاحظة: للتخدير أثناء العلاج ، استخدم احتواء تخدير مدمج. اتبع البروتوكولات المؤسسية القياسية لتخدير الفأر. قبل إجراء التجارب على الحيوانات ، تأكد من موافقة IACUC المناسبة. بعد التخدير ، أعد الحيوان إلى القفص ومراقبة الشفاء لضمان عدم حدوث مضاعفات.
    5. تحقق من عدم الاستجابة لردود الفعل الصحيحة.
    6. احلق الخاصرة اليمنى باستخدام ماكينة حلاقة كهربائية.
    7. نظف منطقة الحقن بمناديل كحولية. حقن 1-2 × 106 خلايا ، باستخدام حقنة زجاجية 100 ميكرولتر مع إبرة 28 غرام ، مشتتة في 50 ميكرولتر من الوسائط داخل الأدمة على الجناح الأيمن المحلوق للتخدير.
  2. نمو الورم / حقن الجسيمات النانوية
    1. قياس الأورام في 3 أبعاد باستخدام الفرجار (الطول والعرض والعمق) ، وحساب الأحجام حسب (الطول × العرض × العمق × π) / 6.
    2. عندما تصل أحجام الورم إلى 120 مم 3 (+/- 20 مم3) ، ضع الحيوانات قيد الدراسة. تصميم الدراسة ، والتأكد من وجود مجموعات تحكم وعلاج مناسبة بما في ذلك مجموعات العلاج المركب (أي التحكم ، mNPH ، الإشعاع ، والجمع).
    3. تخدير الفئران التي ستتلقى mNPs كما هو موضح في 3.1.4.
    4. نظف المنطقة بمسح الكحول. حقن mNPs في الورم قبل 3 ساعات من علاج AMF. حقن حجم بحيث تكون الجرعة 7.5 ملغ من الحديد / سم3 من الورم.
      ملاحظة: تشير البيانات غير المنشورة من المختبر إلى أن الحد الأقصى لامتصاص mNP يحدث في 3-6 ساعات.
  3. علاج AMF
    1. تخدير الماوس ووضعه على وسادة التدفئة للحفاظ على درجة الحرارة الأساسية.
    2. تحقق من عدم الاستجابة لردود الفعل الصحيحة. قم بإزالة علامة الأذن أو أي أشياء معدنية أخرى على الماوس.
    3. ضع مسبار درجة حرارة الألياف البصرية المشحم برفق في مستقيم الماوس.
    4. ضع قسطرة في الورم ، وإزالة الإبرة. قطع القسطرة بحيث لا تخرج من الورم أكثر من اللازم.
      ملاحظة: يتم وضع قسطرة درجة حرارة الألياف الضوئية وإزالتها أثناء خضوع الفئران للتخدير العام ، أي أن القسطرة تكون في مكانها فقط أثناء إجراء تسخين الورم. يتم إعطاء الفئران جرعة واحدة تحت الجلد من دواء تسكين مضادات الالتهاب غير الستيروئيدية ، كيتوبروفين (5 ملغ / كغ) ، في وقت الإجراء. لم نلاحظ عدم الراحة أو المراضة على المدى القصير أو الطويل المرتبطة بوضع القسطرة.
    5. أدخل مسبار درجة حرارة الألياف البصرية المكون من 3 مستشعرات في القسطرة. تحمي القسطرة مستشعرات مسبار درجة حرارة الألياف البصرية.
    6. قم بلصق مسبار المستقيم وداخل الورم على ذيل الحيوان لضمان بقائه في مكانه.
    7. ضع الماوس في أنبوب سعة 50 مل ، وتوجه إلى الأسفل. يجب أن يحتوي الأنبوب على ثقب بالقرب من الرأس حيث سيتم توصيل التخدير وتسليمه.
    8. ضع الأنبوب داخل الملف الذي تم إعداده وأعد توصيل التخدير.
    9. ضع مسبار درجة حرارة الألياف الضوئية بشكل غير محكم في الأنبوب لقياس درجة حرارة البيئة.
    10. قم بتشغيل المبرد ، وتأكد من تدوير المبرد.
    11. تحقق وتأكد من أن برنامج الكمبيوتر يعرض درجات الحرارة المختلفة وابدأ التسجيل للسماح بعرض حساب CEM43 في الوقت الفعلي. CEM43 المطلوبة هي الجرعة المحددة مسبقا.
      ملاحظة: قبل تشغيل المغناطيس ، تأكد من عدم إرفاق أي عناصر معدنية بالحيوان ، حيث ستسخن بسرعة. بالإضافة إلى ذلك ، تأكد من أن كل شخص في الغرفة ليس لديه جهاز تنظيم ضربات القلب وأنه من الآمن لهم أن يكونوا هناك.
    12. قم بتشغيل المغناطيس بنسبة طاقة منخفضة.
    13. تأكد من أن مجسات درجة حرارة الألياف الضوئية تسجل تغيرات درجة الحرارة. سترتفع درجات الحرارة بمجرد تنشيط AMF مع زيادة المجال. تأكد من بقاء درجة الحرارة الأساسية للحيوان عند 38 درجة مئوية. تنظيم درجة الحرارة الأساسية باستخدام سترة الهواء المكيفة.
    14. اضبط قوة المجال المغناطيسي عن طريق تغيير الطاقة على المولد ، باستخدام قرص التحكم المدمج ، والذي بدوره يتحكم في مستوى درجة الحرارة في الورم.
    15. قم بإيقاف تشغيل AMF بمجرد تحقيق الجرعة المطلوبة ، كما هو محدد مسبقا من قبل المستخدم (على سبيل المثال CEM43 40) ، داخل الورم.
    16. بمجرد إغلاق AMF ، قم بإزالة الأنبوب من الملف.
    17. إزالة الماوس من الأنبوب ، واستخراج مختلف المجسات والقسطرة. إذا لزم الأمر ، ضع علامة على الحيوان بعلامة أذن معدنية جديدة.
    18. بمجرد اكتمال العلاجات ، أغلق المبرد.
    19. استعادة الحيوانات من التخدير مع ضمان عدم وجود مضاعفات. مراقبة سلوكهم لضمان العودة إلى وضعها الطبيعي.

النتائج

الدراسات في المختبر
لن تحقق الخلايا وتحافظ على درجة الحرارة والجرعة الحرارية المطلوبة إلا إذا كانت كمية وتركيز الجسيمات النانوية المغناطيسية / الحديد و AMF متطابقة بشكل مناسب. عند استخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية لتسخين الخلايا في المختبر (وفي الجسم الحي) ، تجدر الإشارة إل...

Discussion

يوفر تصميم وتنفيذ هذا النظام القدرة على إجراء تجارب دقيقة وقابلة للتكرار في المختبر وفي الجسم الحي تجارب ارتفاع حرارة الجسيمات النانوية المغناطيسية. من الأهمية بمكان أن يتم تصميم النظام بحيث يتم مطابقة تردد AMF وشدة المجال بشكل كاف مع نوع الجسيمات النانوية المغناطيسية وتركيزها وموقع الأن...

Disclosures

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

تم تمويل الدراسة من خلال أرقام المنح: NCI P30 CA023108 و NCI U54 CA151662.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
.25% TrypsinCorning45000-664available from many companies
1.5 mL tubesEppendorfEppendorf 22363204available from many companies
B16F10 murine melanoma cellsAmerican Type Culture CollectionCRL-6475
C57/Bl6 miceCharles river027C57BL/66-week-old female mice
ChillerThermal CareNQ 5 serieschiller that cools the coil
Coolant fluidDow Chemical CompanyDowtherm SR-1antenna cooling fluid
Fetal Bovine serumHycloneSH30071available from many companies
fiber optic probes, software and chassisFISOFISO evolution software used to read the temperatures
IR cameraFlirinfrared camera to monitor unintentional heating
iron oxide nanoparticlesmicromod Partikeltechnologie GmbHBionized NanoFerritedextran coated iron oxide nanoparticles
mouse coil, solenoidFluxtrolcustom built
penicillin/streptomycinCorning45000-652available from many companies
RF generatorHuttingerTIG 10/300power source
RPMI mediaCorning45000-396available from many companies

References

  1. Chen, X., Tan, L., Liu, T., Meng, X. Micro-Nanomaterials for Tumor Microwave Hyperthermia: Design, Preparation, and Application. Current Drug Delivery. 14 (3), 307-322 (2016).
  2. Luo, W., et al. Effects of radiofrequency ablation versus other ablating techniques on hepatocellular carcinomas: A systematic review and meta-analysis. World Journal of Surgical Oncology. 15 (1), 126 (2017).
  3. Ter Haar, G. Heat and sound: Focused ultrasound in the clinic. International Journal of Hyperthermia. 31 (3), 223-224 (2015).
  4. Salunkhe, A. B., Khot, V. M., Pawar, S. H. Magnetic Hyperthermia with Magnetic Nanoparticles: A Status Review. Current Topics in Medicinal Chemistry. 14 (5), 572-594 (2014).
  5. Dewhirst, M. W., Viglianti, B. L., Lora-Michiels, M., Hanson, M., Hoopes, P. J. Basic principles of thermal dosimetry and thermal thresholds for tissue damage from hyperthermia. International Journal of Hyperthermia. 19 (3), 267-294 (2003).
  6. Roizin-Towle, L., Pirro, J. P. The response of human and rodent cells to hyperthermia. International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics. 20 (4), 751-756 (1991).
  7. Hergt, R., Dutz, S., Müller, R., Zeisberger, M. Magnetic particle hyperthermia: Nanoparticle magnetism and materials development for cancer therapy. Journal of Physics Condensed Matter. 18 (38), (2006).
  8. Kumar, C. S. S. R., Mohammad, F. Magnetic nanomaterials for hyperthermia-based therapy and controlled drug delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 63 (9), 789-808 (2011).
  9. Stigliano, R. V., et al. Mitigation of eddy current heating during magnetic nanoparticle hyperthermia therapy. International Journal of Hyperthermia. 32 (7), 735-748 (2016).
  10. Johannsen, M., et al. Clinical hyperthermia of prostate cancer using magnetic nanoparticles: Presentation of a new interstitial technique. International Journal of Hyperthermia. 21 (7), 637-647 (2005).
  11. Horsman, M. R., Overgaard, J. Hyperthermia: a Potent Enhancer of Radiotherapy. Clinical Oncology. 19 (6), 418-426 (2007).
  12. Petryk, A. A., Giustini, A. J., Gottesman, R. E., Kaufman, P. A., Hoopes, P. J. Magnetic nanoparticle hyperthermia enhancement of cisplatin chemotherapy cancer treatment. International Journal of Hyperthermia. 29 (8), 845-851 (2013).
  13. Peeken, J. C., Vaupel, P., Combs, S. E. Integrating hyperthermia into modern radiation oncology: What evidence is necessary. Frontiers in Oncology. 7, 132 (2017).
  14. Petryk, A. A., Giustini, A. J., Gottesman, R. E., Trembly, B. S., Hoopes, P. J. Comparison of magnetic nanoparticle and microwave hyperthermia cancer treatment methodology and treatment effect in a rodent breast cancer model. International Journal of Hyperthermia. 29 (8), 819-827 (2013).
  15. Stigliano, R. V., Shubitidze, F., Petryk, A. A., Tate, J. A., Hoopes, P. J. Magnetic nanoparticle hyperthermia: predictive model for temperature distribution. Energy-based Treatment of Tissue and Assessment VII. 8584, 858410 (2013).
  16. Dewhirst, M., Viglianti, B. L., Lora-Michiels, M., Hoopes, P. J., Hanson, M. A. Thermal dose requirement for tissue effect: experimental and clinical findings. Thermal Treatment of Tissue: Energy Delivery and Assessment II. 4954, 37 (2003).
  17. Duval, K. E. A., et al. Immunogenetic effects of low dose (CEM43 30) magnetic nanoparticle hyperthermia and radiation in melanoma cells. International Journal of Hyperthermia. 36, 37-46 (2019).
  18. Giustini, A. J., Petryk, A. A., Cassim, S. M., Tate, J. A., Baker, I., Hoopes, P. J. Magnetic Nanoparticle Hyperthermia in Cancer Treatment. Nano LIFE. 01, 17-32 (2010).
  19. Hoopes, P. J., et al. Intratumoral iron oxide nanoparticle hyperthermia and radiation cancer treatment. Thermal Treatment of Tissue: Energy Delivery and Assessment IV. 6440, (2007).
  20. Semiatin, S. L., Zinn, S. Coil design and fabrication basic design and modifications. Heat Treating. , 32-41 (1988).
  21. Maxwell, J. C. On physical lines of force. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 21 (139), 161-175 (1861).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

161

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved