Name: protocols for assessing radiofrequency interactions with gold nanoparticles and biological systems for non-invasive hyperthermia cancer therapy
Uploaded: 2013-08-28T11:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Protocols for Assessing Radiofrequency Interactions with Gold Nanoparticles and Biological Systems for Non-invasive Hyperthermia Cancer Therapy at JoVE.com

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.

Een volledige experimentele overzicht in figuur 1 weergegeven. Verdere details worden weergegeven in onderstaande stappen 1-3. 1. Het beoordelen van RF Verwarming van NP colloïden: AuNPs als voorbeeld <ol><li> In het algemeen, voor elk NP monster wordt onderzocht, het monster eerst een paar keer wassen door een centrifuge filter met gedeïoniseerd (DI) water naar de achtergrond ionen en verontreinigingen te verwijderen. Alle ionen en contamina...

<ol>
	<li>Gannon, C. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+nanotube-enhanced+thermal+destruction+of+cancer+cells+in+a+noninvasive+radiofrequency+field.">Carbon nanotube-enhanced thermal destruction of cancer cells in a noninvasive radiofrequency field.</a> Cancer. 110, 2654 (2007).</li><li>Curley, S. A., Cherukuri, P., Briggs, K., Patra, C. R., Upton, M., Dolson, E., Mukherjee, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+radiofrequency+field-induced+hyperthermic+cytotoxicity+in+human+cancer+cells+using+cetuximab-targeted+gold+nanoparticles.">Noninvasive radiofrequency field-induced hyperthermic cytotoxicity in human cancer cells using cetuximab-targeted gold nanoparticles.</a> J. Exp. Ther. Oncol. 7, 313 (2008).</li><li>Gannon, C. J., Patra, C. R., Bhattacharya, R., Mukherjee, P., Curley, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+gold+nanoparticles+enhance+non-invasive+radiofrequency+thermal+destruction+of+human+gastrointestinal+cancer+cells.">Intracellular gold nanoparticles enhance non-invasive radiofrequency thermal destruction of human gastrointestinal cancer cells.</a> Journal of Nanobiotechnology. 6, 2 (2008).</li><li>Raoof, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stability+of+antibody-conjugated+gold+nanoparticles+in+the+endolysosomal+nanoenvironment:+implications+for+noninvasive+radiofrequency-based+cancer+therapy.">Stability of antibody-conjugated gold nanoparticles in the endolysosomal nanoenvironment: implications for noninvasive radiofrequency-based cancer therapy.</a> Nanomedicine. 8, 1096 (2012).</li><li>Glazer, E. S., Massey, K. L., Zhu, C., Curley, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pancreatic+carcinoma+cells+are+susceptible+to+noninvasive+radio+frequency+fields+after+treatment+with+targeted+gold+nanoparticles.">Pancreatic carcinoma cells are susceptible to noninvasive radio frequency fields after treatment with targeted gold nanoparticles.</a> Surgery. 148, 319 (2010).</li><li>Glazer, E. S., Curley, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiofrequency+field-induced+thermal+cytotoxicity+in+cancer+cells+treated+with+fluorescent+nanoparticles.">Radiofrequency field-induced thermal cytotoxicity in cancer cells treated with fluorescent nanoparticles.</a> Cancer. 116, 3285 (2010).</li><li>Glazer, E. S., Curley, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+radiofrequency+ablation+of+malignancies+mediated+by+quantum+dots,+gold+nanoparticles+and+carbon+nanotubes.">Non-invasive radiofrequency ablation of malignancies mediated by quantum dots, gold nanoparticles and carbon nanotubes.</a> Therapeutic Delivery. 2, 1325 (2011).</li><li>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. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Citrate-Capped+Gold+Nanoparticle+Electrophoretic+Heat+Production+in+Response+to+a+Time-Varying+Radiofrequency+Electric-Field.">Citrate-Capped Gold Nanoparticle Electrophoretic Heat Production in Response to a Time-Varying Radiofrequency Electric-Field.</a> J. Phys. Chem. C. 116, 24380 (2012).</li><li>Kruse, D. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Radio-Frequency+Coupling+Network+for+Heating+of+Citrate-Coated+Gold+Nanoparticles+for+Cancer+Therapy:+Design+and+Analysis.">A Radio-Frequency Coupling Network for Heating of Citrate-Coated Gold Nanoparticles for Cancer Therapy: Design and Analysis.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 58, 10 (2011).</li><li>Li, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negligible+absorption+of+radiofrequency+radiation+by+colloidal+gold+nanoparticles.">Negligible absorption of radiofrequency radiation by colloidal gold nanoparticles.</a> J. Colloid Interf. Sci. 358, 47 (2011).</li><li>Liu, X., Chen, H. J., Chen, X., Parini, C., Wen, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low+frequency+heating+of+gold+nanoparticle+dispersions+for+non-invasive+thermal+therapies.">Low frequency heating of gold nanoparticle dispersions for non-invasive thermal therapies.</a> Nanoscale. , (2012).</li><li>Sassaroli, E., Li, K. C. P., O'Neill, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radio+frequency+absorption+in+gold+nanoparticle+suspensions:+a+phenomenological+study.">Radio frequency absorption in gold nanoparticle suspensions: a phenomenological study.</a> J. Phys. D App. Phys. 45, 075303 (2012).</li><li>Worle-Knirsch, J. M., Pulskamp, K., Krug, H. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oops+they+did+it+again!+Carbon+nanotubes+hoax+scientists+in+viability+assays.">Oops they did it again! Carbon nanotubes hoax scientists in viability assays.</a> Nano Lett. 6, 1261 (2006).</li></ol>

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&gt; 10 nm, als...

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&#39;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 &lt;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.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Reagent/Material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>500 ml gold nanoparticles (5 nm)</td>
			<td>Ted Pella, INC</td>
			<td>15702-5</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amicon Ultra-4/-15 Centrifugal Filter Units (50 kDa)</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>UFC805024/UFC910096</td>
			<td>(4 ml and 15 ml volumes)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEM X1 Cell Culture Media</td>
			<td>Cellgro</td>
			<td>10-101-CV</td>
			<td>(add extra nutrients as necessary)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F4135-500 ml</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Copper Tape</td>
			<td>Ted Pella</td>
			<td>16072</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>Equipment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kanzius RF System (13.56 MHZ)</td>
			<td>ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA)</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR Camera</td>
			<td>FLIR SC 6000, FLIR Systems, Inc. (Boston, MA, USA)</td>
			<td>Contact FLIR</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.3 ml Quartz Cuvette</td>
			<td>ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA)</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon Sample holder with Rotary Stage</td>
			<td>ThermMed, LLC, Inc. (Erie, PA, USA)</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPECTROstar Nano Microplate reader</td>
			<td>BGM Labtech</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-Vis spectrometer</td>
			<td>Applied Nanofluorescence, Houston, TX)</td>
			<td>NS1 NanoSpectralyzer</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ICP-OES</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td>Optima 4300 DV</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zetasizer</td>
			<td>Malvern</td>
			<td>Zen 3600 Zetasizer</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

protocols for assessing radiofrequency interactions with gold nanoparticles and biological systems for non-invasive hyperthermia cancer therapy

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.

1. Het beoordelen van RF verwarming van NP colloïden: AuNPs als voorbeeld. Na volgende paragraaf 1.1 - 1.2.3 verwachten dat een sterk geconcentreerde, stabiele en gezuiverde oplossing van 5 nm en 10 nm diameter AuNPs hebben. Van de 500 ml als ingekocht voorraadoplossing, zal minimaal 4 ml oplossing te verkrijgen met een concentratie van 1000 mg / L. Het verschil in uren tussen de AuNPs en achtergrond DI water bufferoplossing bij deze concentratie dient -0,25 ° C / s en 0,1 ° C / sec 5 nm en ...

Watch this Scientific Journal Video about Protocols for Assessing Radiofrequency Interactions with Gold Nanoparticles and Biological Systems for Non-invasive Hyperthermia Cancer Therapy at JoVE.com

Protocols for Assessing Radiofrequency Interactions with Gold Nanoparticles and Biological Systems for Non-invasive Hyperthermia Cancer Therapy

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.

Protocollen voor het beoordelen van radiofrequentie Interacties met gouden nanodeeltjes en Biological Systems voor niet-invasieve Hyperthermie Cancer Therapy

Cancer therapies  which are less toxic and invasive than their existing counterparts are highly  desirable. The use of RF electric-fields that penetrate ...

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Biology

Medicine

Genetics

Biotechnology

SCIENTISTS IN ACTION

Protocol for Long Duration Whole Body Hyperthermia in Mice

Protocol voor Long Duration Whole Body Hyperthermie in Muizen

Hyperthermia is a general term used to define the increase in core body temperature above normal. It is often used to describe the increased core body ...

Staining Protocols for Human Pancreatic Islets

Kleuring Protocols for Human pancreatische eilandjes

Estimates of islet area and numbers and endocrine cell composition in the adult human pancreas vary from several hundred thousand to several million and ...

Cerenkov Luminescence Imaging (CLI) for Cancer Therapy Monitoring

Cerenkov Luminescence Imaging CLI for Cancer Therapy Monitoring

Cerenkov Luminescentie Imaging (CLI) voor kankertherapie Monitoring

In  molecular imaging, positron emission tomography (PET) and optical imaging (OI)  are two of the most important and thus most widely used modalities1-3. ...

Non-invasive Optical Measurement of Cerebral Metabolism and Hemodynamics in Infants

Niet-invasieve optische meting van Cerebral Metabolisme en Hemodynamica bij zuigelingen

Perinatal brain injury remains a significant cause of infant mortality  and morbidity, but there is not yet an effective bedside tool that can  accurately ...

Non-invasive Assessment of Microvascular and Endothelial Function

Niet-invasieve evaluatie van microvasculaire en endotheelfunctie

The authors have utilized capillaroscopy and forearm blood flow techniques to investigate the role of microvascular dysfunction in pathogenesis of ...

Transplantation into the Anterior Chamber of the Eye for Longitudinal, Non-invasive In vivo Imaging with Single-cell Resolution in Real-time

Transplantation into the Anterior Chamber of the Eye for Longitudinal, Non-invasive In vivo Imaging with Single-cell Resolution in Real-time

Transplantatie in de voorste kamer van het oog voor Longitudinaal, niet-invasieve<em&gt; In vivo</em&gt; Beeldvorming met Single-cell resolutie in real-time

Intravital imaging has emerged as an indispensable tool in biological research.  In the process, many imaging techniques have been developed to study ...

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Non-invasive Imaging and Analysis of Cerebral Ischemia in Living Rats Using Positron Emission Tomography with 18F-FDG

Niet-invasieve beeldvorming en analyse van cerebrale ischemie in Living Ratten met behulp van positron emissie tomografie met<sup&gt; 18</sup&gt; F-FDG

Stroke is the third leading cause of death among Americans 65 years of age or older1. The quality of life for patients who suffer from a stroke fails to ...

Murine Model for Non-invasive Imaging to Detect and Monitor Ovarian Cancer Recurrence

Muizenmodel voor Non-invasieve beeldvorming te detecteren en Monitor Eierstokkanker Herhaling

Epithelial ovarian cancer is the most lethal gynecologic malignancy in the United States. Although patients initially respond to the current standard of ...

Non-invasive Assessment of the Efficacy of New Therapeutics for Intestinal Pathologies Using Serial Endoscopic Imaging of Live Mice

Niet-invasieve evaluatie van de werkzaamheid van nieuwe therapieën voor Intestinale Pathologieën gebruik van een serieel Endoscopische Imaging van levende muizen

Animal models of inflammatory bowel disease (IBD) and colorectal cancer (CRC) have provided significant insight into the cell intrinsic and extrinsic ...

Non-invasive Assessment of Dorsiflexor Muscle Function in Mice

Niet-invasieve beoordelingvan releveurs spier functie in muizen

Assessment of skeletal muscle contractile function is an important measurement for both clinical and research purposes. Numerous conditions can negatively ...