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

Questo lavoro è stato finanziato dal NIH (U54CA143837), i NIH MD Anderson Cancer Center di supporto Grants (CA016672), la Fondazione V (SAC), e di un assegno di ricerca senza restrizioni da parte della Fondazione Kanzius Research (SAC, Erie, PA). Ringraziamo Kristine Ash del Dipartimento di Oncologia Chirurgica, MD Anderson Cancer Center, per l&#39;assistenza amministrativa.

Una panoramica completa sperimentale è illustrato nella Figura 1. Ulteriori dettagli sono descritti nei passaggi 1-3 sotto. 1. Valutare RF riscaldamento di NP Colloids: AuNPs come esempio <ol><li> In generale, per ogni campione indagato NP, prima lavare più volte il campione attraverso un filtro centrifugazione con acqua deionizzata (DI) per rimuovere ioni di sfondo e contaminanti. Tutti gli ioni e contaminanti sono stati rimossi dalla sospen...

<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>

Questi protocolli consentono sperimentatore analizzare compiutamente la misura in cui nanomateriali (in questo caso AuNPs) può aumentare ipertermia indotta da radiofrequenza per il trattamento del cancro. Il primo protocollo si occupa specificamente di analizzare la produzione di calore da campioni AUNP altamente concentrato e purificato. Sebbene altri gruppi hanno riportato la produzione di calore principalmente dai buffer che le AuNPs sono sospesi e non gli stessi AuNPs 9-11, i loro sistemi RF utilizzate c...

L&#39;assorbimento di energia RF da tessuto biologico (per la loro permettività elettrica intrinseca) si traduce in temperature elevate tessuto in funzione del tempo, che conduce infine alla morte cellulare da ipertermia. Si ipotizza che l&#39;ipertermia il cancro può essere ottimizzato attraverso l&#39;utilizzo di nanomateriali mirati che internalizzano all&#39;interno della cellula tumorale e agiscono come trasduttori RF-termici, lasciando intatte le cellule normali circostanti, sane. Diversi studi hanno già dimostrato che una varietà di NP può agire fonti di calore RF come efficace che aiuti il cancro necrosi 1-4. In questi saluti, NP oro (AuNPs) 3-5, nanotubi di carbonio 1, e punti quantici 6, 7 hanno esposto le caratteristiche emozionanti quando viene utilizzato sia in vitro ed in esperimenti RF vivo. Sebbene l&#39;esatta natura del meccanismo di riscaldamento di queste NP quando esposti ad un campo RF è ancora in discussione, una serie diesperimenti fondamentali che utilizzano AuNPs ha posto grande importanza sia formato NP e stati di aggregazione. E &#39;stato dimostrato che solo AuNPs con diametro &lt;10 nm si riscalda quando esposti ad un campo RF-8. Inoltre, questo meccanismo di riscaldamento viene notevolmente attenuato quando i AuNPs vengono aggregati. Questa condizione di aggregazione è stato validato anche all&#39;interno di modelli in vitro che hanno posto l&#39;importanza su ottimizzare AuNP stabilità colloidale entro compartimenti intracellulari endolysomal di efficace terapia RF 4. Tuttavia, le tecniche ei principi sperimentali utilizzati per raccogliere e valutare questi dati possono essere problematico, soprattutto nel caso di convalida profili termici RF da colloidi NP. Diversi studi hanno dimostrato che il riscaldamento Joule dello sfondo sospensione ionica che i PN sono sospese in può essere la principale fonte di produzione di calore RF e non NP stessi 9-12. Anche se il nostro recente articolo 8 ha convalidato tegli usa delle interazioni RF nel generare calore da AuNPs di diametro inferiore a 10 nm, ci proponiamo di descrivere questi protocolli più in dettaglio in questo articolo. Abbiamo anche dimostrare i protocolli e le tecniche per valutare l&#39;efficacia di AuNPs come agenti termici hyperthermic sia in vitro e in vivo per modelli di cancro al fegato. Anche se ci concentriamo principalmente su semplici colloidi di AuNPs citrato-capped, le stesse tecniche possono essere applicate ad altri ibridi AUNP come anticorpi e complessi chemioterapia-coniugato. Aderendo a tali principi il sperimentalista spera, dovrebbe essere in grado di valutare rapidamente il potenziale per qualsiasi nanomateriale ad essere un efficace agente ipertermica termico RF-indotta.

<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

Terapie del cancro che sono meno tossiche e invasivo rispetto ai loro omologhi esistenti sono altamente desiderabili. L&#39;uso di RF elettrici campi che penetrano in profondità nel corpo, causando minima tossicità, sono attualmente in fase di studio come mezzo vitale di terapia del cancro non invasivo. E &#39;previsto che le interazioni di energia RF con nanoparticelle internalizzate (NP) possono liberare calore che può quindi causare surriscaldamento (ipertermia) della cella, infine termina in necrosi cellulare. Nel caso di sistemi non biologici, presentiamo protocolli dettagliati relativi alla quantificazione del calore liberato dai colloidi NP altamente concentrati. Per i sistemi biologici, nel caso di esperimenti in vitro, si descrivono le tecniche e le condizioni che devono essere rispettate al fine di esporre in modo efficace le cellule tumorali a radiofrequenza senza massa artefatti di riscaldamento del materiale che oscurano in modo significativo i dati. Infine, diamo una dettagliata metodologia fo in modelli in vivo del mouse con tumori epatici ectopiche.

1. Valutare il riscaldamento RF NP colloidi: AuNPs come esempio. Dopo aver seguito la sezione 1.1 - 1.2.3 aspettano di avere una soluzione stabile, e purificato altamente concentrata su 5 nm e 10 nm AuNPs diametro. Dai 500 ml as-acquistato soluzione madre, si aspettano di ottenere almeno 4 ml di soluzione ad una concentrazione di 1000 mg / L. La differenza in ore tra i AuNPs e la soluzione tampone acqua DI sfondo a questa concentrazione dovrebbe essere ~ 0,25 ° C / sec e 0,1 ° C / sec per 5 n...

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

Descriviamo i protocolli utilizzati per studiare le interazioni di 13,56 MHz a radiofrequenza (RF) elettrici-campi con colloidi nanoparticelle d&#39;oro in entrambi i sistemi non biologici e biologici (in vitro / vivo). Queste interazioni sono studiati per applicazioni nella terapia del cancro.

Protocolli per la valutazione radiofrequenza interazioni con nanoparticelle di oro e Sistemi Biologici per la non-invasiva Ipertermia 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

Protocollo per lungo Ipertermia Corpo intera durata in Mouse

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 ...

Ricerca

Medicina

Staining Protocols for Human Pancreatic Islets

Protocolli di colorazione di isole pancreatiche umane

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

Luminescenza Imaging Cerenkov (CLI) per il monitoraggio Cancer Therapy

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

Non invasiva di misurazione ottica del metabolismo cerebrale ed emodinamica nei neonati

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

La valutazione non invasiva della funzione endoteliale e microvascolare

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

Trapianto nella camera anteriore dell&#39;occhio per longitudinale, non invasiva<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging con Single-cella di risoluzione in tempo reale

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

Imaging non invasiva e analisi di ischemia cerebrale in ratti Living Utilizzando Positron Emission Tomography con<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

Modello murino per l&#39;imaging non invasivo per rilevare e monitorare Ovarian Cancer Ricorrenza

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

Valutazione non invasiva della efficacia di nuove terapie per patologie intestinali Utilizzando Serial Imaging endoscopica Live Mice

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

Valutazione non invasiva della funzione Dorsiflexor muscolare nei topi

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