Name: protocols for assessing radiofrequency interactions with gold nanoparticles and biological systems for non-invasive hyperthermia cancer therapy
Uploaded: 2013-08-28T11:00:00
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Diese Arbeit wurde von den NIH (U54CA143837), die NIH MD Anderson Cancer Center Support Grants (CA016672), der V-Stiftung (SAC) und einer uneingeschränkten Forschungsstipendium von der Kanzius Forschungsgemeinschaft (SAC, Erie, PA) finanziert. Wir danken Kristine Ash von der Abteilung für Chirurgische Onkologie, MD Anderson Cancer Center, für die administrative Unterstützung.

Eine komplette Übersicht experimentellen ist in Abbildung 1 dargestellt. Weitere Einzelheiten werden in Schritten 1-3 dargestellt. 1. Die Beurteilung RF Heizung von NP Kolloide: AuNPs als Beispiel <ol><li> In der Regel für jede NP Probe untersucht zunächst die Probe mehrmals waschen durch eine Zentrifugation Filter mit VE-Wasser (DI) in den Hintergrund Ionen und Verunreinigungen zu entfernen. Alle Ionen und Verunreinigungen werden aus der Au...

<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>

Diese Protokolle ermöglichen dem Experimentator, um den Umfang, in dem Nanomaterialien (in diesem Fall AuNPs) kann RF-Hyperthermie zur Behandlung von Krebs erhöhen vollständig zu analysieren. Das erste Protokoll speziell mit der Analyse der Wärmeerzeugung aus hoch-konzentriert und gereinigt AuNP Proben. Obwohl auch andere Gruppen haben die Wärmeproduktion in erster Linie von den Puffern, die die AuNPs sind und nicht in den AuNPs sich 9-11 ausgesetzt berichtet, nutzten ihre HF-Systeme niedrigere Konzentra...

Die Absorption von HF-Energie, die durch biologisches Gewebe (aufgrund ihrer inhärenten elektrischen Permittivität) führt zu erhöhten Gewebetemperaturen als Funktion der Zeit, die schließlich zum Tod führt durch Hyperthermie Zelle. Es wird vermutet, dass Krebs Hyperthermie kann durch den Einsatz von Nanomaterialien, die gezielt in der Krebszelle verinnerlichen und fungieren als RF-Wärmewandler, so dass die benachbarten gesunden, normalen Zellen intakt optimiert werden. Mehrere Berichte haben bereits gezeigt, dass eine Vielzahl von Nanopartikeln kann so effektiv RF Wärmequellen, die in der Krebshilfe Nekrose 4.1 handeln. In dieser Hinsicht, Gold-Nanopartikel (AuNPs) 3-5, Kohlenstoff-Nanoröhren ein, und Quantenpunkte 6, 7 spannende Eigenschaften zeigen, wenn in in vitro und in vivo RF Experimente verwendet. Obwohl die genaue Natur des Heizmechanismus dieser Nanopartikel, wenn sie einem HF-Feld ausgesetzt wird noch diskutiert wird, eine Reihe vongrundlegende Experimente mit AuNPs hat große Bedeutung sowohl NP Größe und Aggregations platziert. Es wurde gezeigt, dass nur AuNPs mit Durchmessern &lt;10 nm wird erwärmt, wenn sie einem HF-Feld 8 ausgesetzt. Außerdem ist dieser Heizmechanismus signifikant abgeschwächt, wenn die AuNPs aggregiert werden. Diese Aggregation Zustand wurde auch in in-vitro-Modelle, die Bedeutung auf die Optimierung AuNP kolloidalen Stabilität innerhalb endolysomal intrazellulären Kompartimenten für eine wirksame Therapie RF 4 angeordnet validiert. Allerdings können die Techniken und experimentellen Grundlagen für die Erhebung und Bewertung dieser Daten problematisch sein, vor allem bei der Validierung von HF-Wärme Profile NP Kolloide. Mehrere Berichte haben gezeigt, dass Joule Erwärmung des ionischen Hintergrund Suspension, die Nanopartikel sind in abgehängten kann die Hauptquelle der RF Wärmeproduktion und nicht die Nanopartikel selbst 9-12 sein. Obwohl unsere jüngsten Papier 8 hat validiert ter von HF-Wechselwirkungen Verwendung bei der Erzeugung von Wärme aus AuNPs von Durchmessern von weniger als 10 nm, wollen wir diese Protokolle im Detail in diesem Artikel beschreiben. Wir haben auch die Protokolle und Techniken erforderlich, um die Wirksamkeit der Hyperthermie AuNPs als Wärmemittel in in vitro und in vivo Experimente für Leberkrebsmodellen zu bewerten demonstrieren. Obwohl wir in erster Linie auf einfache Kolloide Citrat bedeckten AuNPs können die gleichen Techniken auf andere AuNP Hybride wie Antikörper-und Chemotherapie-konjugierten Komplexen angewendet werden. Durch die Beachtung dieser Grundsätze der Experimentator sollte hoffentlich in der Lage, schnell zu bewerten das Potenzial für jedes Nanomaterial, um eine effektive RF-induzierte Thermo hyperthermic Mittel sein.

<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

Krebs-Therapien, die weniger toxisch und invasiv als die existierende sind sehr wünschenswert. Der Einsatz von elektrischen HF-Felder, die tief in den Körper eindringen und minimale Toxizität, werden derzeit als ein brauchbares Mittel der nicht-invasiven Krebstherapie untersucht. Es ist vorgesehen, dass die Wechselwirkungen von HF-Energie mit verinnerlicht Nanopartikel (NP) kann die Wärme, die dann dazu führen kann Überhitzung (Hyperthermie) der Zelle zu befreien, schließlich endet in Zelle Nekrose. Im Fall von nicht-biologischen Systemen stellen wir ausführliche Protokolle über die Quantifizierung der Wärme durch hochkonzentrierte NP Kolloide befreit. Für biologische Systeme, bei der in-vitro-Experimente beschreiben wir die Verfahren und Bedingungen, die zur Krebszellen, um HF-Energie effektiv aussetzen ohne Groß Medien Heizung Artefakte deutlich Verschleierung der Daten eingehalten werden müssen. Schließlich geben wir eine detaillierte Methodik foder in vivo Mausmodellen mit Eileiterleberkrebs Tumoren.

1. Erfassen der HF-Erwärmung von NP Kolloide: AuNPs als Beispiel. Nach dem folgenden Abschnitt 1.1 - 1.2.3 erwarten, eine hochkonzentrierte, stabile und gereinigte Lösung von 5 nm und 10 nm Durchmesser AuNPs haben. Von den 500 ml-als gekauft Stammlösung erwarten, dass mindestens 4 ml Lösung in einer Konzentration von 1000 mg / L zu erhalten Der Unterschied in h zwischen den AuNPs und dem Hintergrund DI-Pufferlösung bei dieser Konzentration sollte ~ 0,25 ° C / s und 0,1 ° C / s für 5 nm ...

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

Wir beschreiben die verwendet werden, um die Wechselwirkungen von 13,56 MHz Hochfrequenz-(RF)-Protokolle untersuchen elektrischen Felder, die mit Gold-Nanopartikel Kolloide in beiden nicht-biologischen und biologischen Systemen (in vitro / vivo). Diese Wechselwirkung ist für die Anwendung in der Krebstherapie untersucht.

Protokolle für die Beurteilung der Radiofrequenz-Wechselwirkungen mit Gold-Nanopartikel und biologische Systeme für die Nicht-invasive Krebstherapie Hyperthermie

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

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