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Los campos de tratamiento tumoral (TTFields) son una modalidad eficaz de tratamiento antitumoral administrada mediante la aplicación continua y no invasiva de campos eléctricos alternados de baja intensidad e intermedia. La aplicación de TTFields a líneas celulares usando un sistema de aplicación in vitro TTFields permite la determinación de la frecuencia óptima que conduce a la reducción más alta en el recuento celular.
Tumor Tratamiento Fields (TTFields) son una modalidad de tratamiento eficaz entregado a través de la aplicación continua, no invasiva de baja intensidad (1-3 V / cm), campos eléctricos alternos en la gama de frecuencias de varios cientos de kHz. El estudio de TTFields en cultivo de tejidos se lleva a cabo utilizando los TTFields en el sistema de aplicación vitro, que permite la aplicación de campos eléctricos de diferentes frecuencias e intensidades a platos de cerámica de Petri con una constante dieléctrica alta (Ɛ> 5,000). líneas de células cancerosas chapados en cubreobjetos en la parte inferior de los platos de cerámica de Petri se someten a TTFields entregados en dos direcciones ortogonales en varias frecuencias para facilitar las pruebas de resultado del tratamiento, tales como los recuentos de células y ensayos clonogénicos. Los resultados presentados en este informe demuestran que la frecuencia óptima de los TTFields con respecto tanto a los recuentos de células y ensayos clonogénicos es 200 kHz tanto para células de ovario y de glioma.
Los campos tratamiento de tumores (TTFields) son una modalidad anti-mitótico para el tratamiento de glioblastoma multiforme y potencialmente otros tipos de cáncer. Los campos se entregan a través de la aplicación continua de baja intensidad (1-3 V / cm), de frecuencia intermedia (100-500 kHz), campos eléctricos alternos a la región del tumor 1, 2. Aplicación TTFields in vitro e in vivo ha demostrado inhibir tanto el crecimiento de diversas líneas de células cancerosas y la progresión de los tumores en varios modelos animales de tumores 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. ensayos clínicos piloto y estudios aleatorios más grandes en pacientes con tumores sólidos, incluyendo glioblastoma y el cáncer de pulmón de células no pequeñas, tienen demonstCalificó la seguridad y la eficacia de la aplicación TTFields continua 8 , 9 , 10 . Se encontró que la eficacia de los TTFields era: (1) dependiente de la frecuencia, con frecuencias óptimas específicas que conducían a la reducción más alta en los recuentos celulares de líneas celulares de diferentes orígenes 1 , 2 , 4 , 5 , 6 , 7 ; (2) dependiente de la intensidad del campo eléctrico, con un umbral mínimo de actividad de alrededor de 1 V / cm y intensidades más potentes 1 , 2 , 7 , 11 ; (3) aumentado cuando la duración del tratamiento era más larga 5 ; Y (4) mayor cuando se aplicaron 2 TTFields direccionales perpendicularmente a cada unoEr, en comparación con los campos eléctricos aplicados desde una sola dirección 1 . Basado en los hallazgos anteriores, los TTFields pueden aplicarse a pacientes durante largos períodos de tiempo utilizando 2 conjuntos de conjuntos de transductores localizados en la piel de los pacientes para maximizar las intensidades del campo eléctrico en el lecho tumoral 12 , 13 .
El estudio de los efectos de TTFields sobre células cancerosas in vitro proporciona actualmente la única manera de determinar la frecuencia óptima para aplicar a un tipo de tumor específico. La prueba de la frecuencia óptima requiere un dispositivo que permita la aplicación de diferentes frecuencias en el rango de 100-500 kHz ya intensidades de hasta 3 V / cm de raíz media cuadrada (RMS) al cultivo celular. Como la aplicación de TTFields produce calor, el sistema de aplicación requiere la capacidad de disipar el calor excesivo manteniendo un control estricto sobre la temperatura.
Varios dispositivos fuerone desarrollado a lo largo de los años para permitir la aplicación TTFields a cultivos de células 1, 2, 5, 14, 15, 16. En todos estos dispositivos, los electrodos utilizados fueron aisladas con el fin de evitar las salvedades implicados con el uso de electrodos conductores, como el intercambio de electrones en la superficie del electrodo y la liberación de iones metálicos tóxicos en el medio 1. La principal diferencia entre los diversos sistemas de aplicación TTFields evaluados es el tipo de aislamiento electrodo utilizado, ya sea con electrodos hechos de hilos metálicos aislados con una película delgada de aislante 2, 14, 15, 16 o con un material de alta constante dieléctrica (por ejemplo, magnesio plomo titanat niobato de plomoe (PMN-PT)) 6. Mientras que los electrodos de alambre aislado ofrecen una solución relativamente simple y rentable para la aplicación TTFields, a menudo son limitados por el alto voltaje requerido para conseguir intensidades de campo eléctrico efectivo por encima del umbral 1 V / cm y por la superficie disponible para el chapado de células, como la distancia entre los electrodos es relativamente pequeño. Los sistemas basados en electrodos aislados utilizando un material de alta constante dieléctrica requieren capacidades de diseño y fabricación especiales, sin embargo, que no requieren alta tensión y pueden ofrecer un área más grande para el crecimiento celular entre los electrodos.
El sistema de aplicación TTFields in vitro utilizado en este trabajo pertenece a la última clase de sistemas, con la unidad de base que es una placa de Petri (plato TTFields, véase la Figura 1) compuesto de alta constante dieléctrica de cerámica (es decir, PMN-PT). Dos pares de electrodos se imprimen perpendicularmente sobre la Wal exteriorls de un plato TTFields para permitir la aplicación de campos eléctricos de 2 direcciones. Los electrodos están conectados a un generador de forma de onda sinusoidal y un amplificador, que permiten la aplicación TTFields en la gama de frecuencias de 50-500 kHz. Con el fin de disipar el exceso de calor, los platos TTFields se mantienen dentro de un incubador refrigerado, con el medio de control de temperatura realizó utilizando la vigilancia constante de la temperatura del plato y ajustes a la tensión aplicada por el sistema. En la práctica, el establecimiento de la incubadora a una temperatura más baja daría lugar a intensidades de campo eléctrico más altos, ya que el sistema aumenta la tensión hasta que se alcanza la temperatura objetivo dentro del plato. La diferencia entre la temperatura dentro del plato y la temperatura de la incubadora puede conducir a una cierta evaporación, en función de los gradientes de temperatura; Por lo tanto, el medio de cultivo tiene que ser reemplazado cada 24 h para mantener condiciones de crecimiento adecuadas.
El protocolo a continuacióndescribe el procedimiento experimental para optimizar la aplicación de las frecuencias TTFields a las células cancerosas de manera que una reducción máxima de recuento de células y una reducción en el potencial de las células supervivientes para formar colonias se consiguen.
1. TTFields Sistema de Aplicación In Vitro - Placa Base y Mantenimiento del Plato
Configuración 2. Experimento
Nota: Todos los equipos y materiales utilizados en este protocolo se describen en la Lista de materiales. Todos los pasos siguientes se deben realizar dentro de una cabina de flujo laminar, mientras que se mantienen las condiciones estériles.
3. Aplicación TTFields
4. Muestras de Control
Nota: Se cultivan las células de control en condiciones similares a las células tratadas con TTFields, con exclusión de aplicación TTFields.
Fin 5. Experimento
6. Evaluación del efecto de los campos TTF
NOTA: efectos TTFields' se pueden determinar de varias maneras. Utilice uno o más de los métodos siguientes para comparar las células tratadas con las células control no tratadas:
Los resultados después de la aplicación de TTFields al escanear diferentes frecuencias pueden cuantificarse basándose en ensayos diferentes, tales como recuentos celulares, ensayos colorimétricos, ensayos clonogénicos y exámenes sobre los cambios en el número de células invasoras usando una cámara Boyden situada dentro de un TTFields especial de pared alta Plato de cultivo celular. Una planificación experimental cuidadosa basada en tiempos de duplicación de células predeterminados permitirá que las células alcancen el número máximo de eventos mitóticos durante la duración del tratamiento, maximizando así los resultados del tratamiento.
La Figura 2 ilustra un resultado de exploración de frecuencia típico para un recuento de células promedio ( es decir, el número de células) y el ensayo clonogénico de A2780 ( es decir, células de cáncer de ovario humano, Figura 2A ) 7 y F-98 ( es decir, células de glioma de rata;"> Figura 2B) 1 trata con dos TTFields direccionales (gama de frecuencia: 100-500 kHz, RMS: 1,7 V / cm, y temperatura de la incubadora:. 18 ° C) Los resultados demuestran una reducción significativa en los recuentos de células en todas las frecuencias aplica , con la reducción máxima a 200 kHz para todas las líneas celulares ensayadas (ANOVA de una vía con comparación múltiple). la frecuencia óptima conduce a la mayor reducción en el potencial clonogénico fue el mismo para ambas células A2780 y F98 (Figuras 2B y C) . el coeficiente de correlación de Pearson entre el número de células y el efecto clonogénico en cada frecuencia era 0,967 (p = 0,002) y 0,755 (p = 0,083) para A2780 y F98, respectivamente.
La Figura 3 demuestra un resultado de barrido de frecuencia para el conteo de células promedio para OVCAR-3 (es decir, células de cáncer de ovario humano; figura 3A) y U-87 MG (es decir, células de glioma humano; Figura 3B) células tratadas con dos direcciones de TTFields a diferentes intensidades (RMS: 1.7, 1.3, y 1.0 V / cm, respectivamente, y temperatura de la incubadora: 18 ° C, 24 ° C, y 28 ° C, respectivamente). Los resultados demuestran que mientras que todavía hay una reducción significativa en OVCAR-3 recuento de células después del tratamiento con TTFields 1,3-V / cm (temperatura de la incubadora: 24 ° C), el efecto es relativamente pequeño en comparación con los resultados obtenidos cuando las células fueron tratadas con 1,7 V / cm (temperatura de la incubadora: 18 ° C). las células U-87 MG tratados con TTFields 1,0-V / cm (temperatura de la incubadora: 28 ° C) también demuestran una tendencia similar en la reducción del número de células como cuando se tratan con 1,7 V / cm, sin embargo, el efecto no fue significativo a intensidades inferiores .
figurE 1 . Los platos TTFields se instalaron en una unidad de placa de base y se conectaron al cable de control TTFields plano. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 . Las exploraciones de frecuencia para la determinación de la frecuencia inhibitoria TTFields óptima para las células (A) A2780 y (B) F98. Las células se trataron durante 72 h con TTFields de diferentes frecuencias (1,7 V / cm y 100-500 kHz). El efecto del tratamiento con TTFields se estimó utilizando el recuento celular y los ensayos clonogénicos. La flecha indica la frecuencia óptima. Los resultados representan promedios ± DE basados en al menos 6 repeticiones para cada frecuencia ensayada. ( C ) Imágenes representativas del clonogénico s urvival de células A2780 después del tratamiento TTFields a varias frecuencias. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Exploraciones de frecuencia para la determinación de la frecuencia inhibidora TTFields óptimas para (A) OVCAR-3 y (b) U-87 células de Mg. Las células fueron tratadas durante 72 h con TTFields de diferentes frecuencias (100-500 kHz) e intensidades (OVCAR-3: 1,3 y 1,7 V / cm; U-87 MG: 1,0 y 1,7 V / cm). El efecto del tratamiento con campos TTF se estimó mediante el recuento de células. La flecha indica la frecuencia óptima. Los resultados representan las medias ± SD a base de al menos 6 repeticiones en cada frecuencia de prueba.pg" target = '_ blank'> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Incubadora temperatura ambiente | TTFields esperados intensidades |
(DO) | (RMS V / cm) |
18 | 1.62 |
19 | 1.55 |
20 | 1.48 |
21 | 1.41 |
22 | 1.33 |
23 | 1.26 |
24 | 1.19 |
25 | 1.12 |
26 | 1.04 |
27 | 0.97 |
28 | 0.9 |
29 | 0.83 |
30 | 0,76 |
Tabla 1. Incubadora temperatura ambiente y espera intensidades TTFields dentro del plato TTFields.
TTFields son una modalidad anti-tumor emergente basado en la aplicación continua de campos eléctricos alternos correctamente sintonizado 1, 2, 8, 9, 10, 17. Maximizar la eficacia anti-tumoral es un resultado deseable para todas las modalidades de tratamiento. Por lo tanto, la "lucha" por cada por ciento adicional de la inhibición del crecimiento de células cancerosas puede tener un efecto significativo en el resultado clínico a largo plazo para los pacientes. Esto es debido a la naturaleza continua requerida de aplicación TTFields y el efecto acumulativo resultante. Maximizar la aplicación TTFields puede lograrse de varias maneras: (1) el aumento de la intensidad del campo eléctrico 1, 7, (2) la duración del tratamiento alargamiento 5, (3) la búsqueda de la combinati más eficazcon otras modalidades de tratamiento 18, 19, y (4) que define la frecuencia óptima 1, 2, 4, 6, 7. Maximizar la intensidad de campo eléctrico en el sitio del tumor se consigue mediante la optimización de la localización de las matrices en la piel del paciente; esto permite la entrega de la intensidad de campo máxima en el tumor basado en la anatomía individual del paciente 20. Alargar la duración del tratamiento se basa principalmente en el cumplimiento del paciente con el tratamiento (durante al menos 18 h por día) 17. Encontrar la combinación adecuada con otras terapias y determinar la frecuencia óptima depende en gran medida los resultados in vitro, ya que no hay marcadores validados para los resultados del tratamiento TTFields están disponibles actualmente. En este trabajo, hemos esbozado la p experimentalPROCEDIMIENTOS necesarios para determinar la frecuencia óptima TTFields para líneas de células cancerosas que utilizan el sistema TTFields in vitro aplicación. Los métodos descritos aquí pueden usarse potencialmente para detectar la combinación de otras modalidades de tratamiento del cáncer (por ejemplo, agentes de quimioterapia o irradiación) con TTFields y para determinar la frecuencia óptima para la administración TTFields para cada tratamiento combinado específico.
En línea con las publicaciones anteriores, los resultados mostrados aquí demuestran que la frecuencia óptima para el tratamiento tanto de células de glioma y células de cáncer de ovario es 200 kHz 1, 7. En este trabajo, hemos demostrado por primera vez que la frecuencia óptima TTFields para reducir el potencial clonogénico se asocia con la frecuencia que conduce al efecto máximo citotóxica. Los métodos utilizados en este trabajo para cuantificar los efectos de los campos TTF (es decir, citotóxicos y clonogénico) unare sólo dos de muchos ensayos de punto final estándar posibles para evaluar los resultados del tratamiento. pruebas de resultado de tratamiento adicionales incluyen: (1) de fijación, tinción y montaje de los cubreobjetos en los que se sembraron las células en un microscopio para la visualización de las estructuras intracelulares; (2) la realización de ensayos de extractos de proteínas y ARN, ya sea desde los platos TTFields sí mismos o después de transferir el cubreobjetos a un nuevo plato desechable; y (3) tripsinización células teñidas para citometría de flujo análisis.
la planificación cuidadosa experimental tendrá un impacto en los resultados del tratamiento después de la entrega de los campos TTF. Los pasos clave incluyen asegurar que la proliferación de células durante todo el experimento no conduce al crecimiento excesivo y el uso de la intensidad de campo eléctrico apropiado, como intensidades que son demasiado altos cuando se aplica a las líneas celulares sensibles resultará en demasiado pocas células para los ensayos requeridos para determinar la frecuencia óptima. Por el contrario, los campos TTF aplica a intensidades muy bajasEn las líneas celulares menos sensibles resultará en pequeños efectos que pueden ser enmascarados por la variación inherente. Los registros de tratamiento deben ser examinados para obtener información valiosa sobre la estabilidad de temperatura, corrientes eléctricas y resistencia para cada plato a lo largo del experimento. El reemplazo de platos defectuosos al inicio del tratamiento y la exclusión de los datos de un plato que no cumplía los parámetros de tratamiento deseables minimizarán la variabilidad entre las repeticiones.
En resumen, los TTFields son una modalidad de tratamiento anticancerígeno emergente que ya ha demostrado eficacia y seguridad en situaciones clínicas 8 , 9 , 10 . El ensayo de TTFields en un ajuste in vitro utilizando los protocolos descritos aquí puede permitir la optimización de los parámetros de tratamiento TTFields en el entorno clínico y puede ampliar nuestra comprensión del mecanismo de acción subyacente.
Porat Yaara, Giladi Moshe, Schneiderman S. Rosa, Blat Roni, Shteingauz Anna, Zeevi Einav, Munster Mijal, Voloshin Tali, Kaynan Noa, Tal Orna, y D. Kirson Eilon D se pagan a los empleados Novocure Ltd, Israel. Weinberg Uri es un empleado pagado de Novocure GmbH, Luzern. Yoram Palti es accionista en Novocure Ltd, Nueva York.
Los autores no tienen reconocimientos.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
inovitro system and software | Novocure | ITG1000 and IBP1000 | Each unit contains 1 TTFields generator, 1 base plate, 8 TTFields dishes with covers and 1 flat cable. |
Sterilization bags | Westfield medical | 24882 | |
Plastic cover slides | Thermo Scientific (NUNC) | 174977 | Pre treated and sterilized |
Glass cover slides | Thermo Scientific (Menzel-Gläser) | CB00220RA1 | Sterilize if necessary |
Dulbecco’s modified Eagle’s medium | Biological Industries (Israel) | 01-055-1A | Warm in 37 °C water bath before use |
RPMI 1640 | Gibco | 21875-034 | Warm in 37 °C water bath before use |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Biological Industries (Israel) | 04-007-1A | Warm in 37 °C water bath before use |
L-Glutamine 200 mM (100x) | Gibco | 25030-029 | |
Pen/Strep (10,000 U/mL Penicillin, 10,000 µg/mL Streptomycin) | Gibco | 15140-122 | |
Sodium Pyruvate solution 100 mM | Biological Industries (Israel) | 03-042-1B | |
Hepes buffer 1 M | Biological Industries (Israel) | 03-025-1B | |
Insuline solution from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | 10516-5ML | |
0.25% Trypsin/EDTA | Biological Industries (Israel) | 03-050-1B | Warm in 37 °C water bath before use |
Methanol | Merck | 1.06009.2511 | Cool to -20 °C in the freezer before use |
Crystal violet | Sigma-Aldrich | 120M1445 | Harmful. Prepare 0.1% w/v crystal violet solution in 25% Methanol 75% water. |
Light detergent | Alcononx | 242985 | Prepare 5% solution in water, or according to manufacurer's instrutions. |
PBS | Biological Industries (Israel) | 02-023-1A | Without calcium and magnesium |
A2780 | ECACC | 93112519 | Grow in RPMI 1640 supplemented with FBS (10%), pen/strep (100 U/mL / 100 µg/mL), sodium pyruvate (1 mM) and Hepes buffer (12 mM). |
F98 | ATCC | CRL-2397 | Grow in Dulbecco’s modified Eagle’s medium supplemented with FBS (10%), pen/strep (100 U/mL / 100 µg/mL), sodium pyruvate (1 mM) and glutamine (2 mM). |
Ovcar-3 | ATCC | HTB-161 | Grow in RPMI 1640 supplemented with FBS (20%), pen/strep (100 U/mL / 100 µg/mL), sodium pyruvate (1 mM), Hepes buffer (12 mM) and insulin (10 µg/mL). |
U-87 MG | ATCC | HTB-14 | Grow in Dulbecco’s modified Eagle’s medium supplemented with FBS (10%), pen/strep (100 U/mL / 100 µg/mL), sodium pyruvate (1 mM) and glutamine (2 mM). |
refrigirated CO2 incubator | CARON | 7404-10-3 | |
Laminar flow cabinet | ADS Laminair | Bio12 and VSM12 |
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