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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Este trabalho foi financiado pelo NIH (U54CA143837), o NIH MD Anderson Cancer Center, Suporte Grants (CA016672), a Fundação V (SAC), e uma bolsa de investigação irrestrito da Fundação Kanzius Pesquisa (SAC, Erie, PA). Agradecemos Kristine Ash, do Departamento de Oncologia Cirúrgica, MD Anderson Cancer Center, de assistência administrativa.

Uma visão geral experimental completo está representado na Figura 1. Mais detalhes são descritos nas etapas 1-3 abaixo. 1. Avaliando Aquecimento RF de NP Colóides: AuNPs como exemplo <ol><li> Em geral, para cada amostra a ser investigada NP, primeiro lavar várias vezes as amostras por meio de um filtro de centrifugação com água desionizada (DI) de água para remover os iões de fundo e contaminantes. Todos os iões e contaminantes terá...

<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>

Estes protocolos permitem o experimentalista completamente a analisar a medida em que os nanomateriais (neste caso AuNPs) pode aumentar a hipertermia induzida por RF para o tratamento do cancro. O primeiro protocolo trata especificamente analisando a produção de calor a partir de amostras AUNP altamente concentrada e purificada. Embora outros grupos relataram a produção de calor, principalmente a partir dos tampões que os AuNPs são suspensos e não as próprias 9-11 AuNPs, os seus sistemas de RF utiliza...

A absorção de energia de RF por um tecido biológico (devido à sua permitividade eléctrica inerente) resulta em temperaturas elevadas do tecido em função do tempo, o que eventualmente leva a morte celular por hipertermia. Supõe-se que a hipertermia pode ser optimizado para o cancro através da utilização de nanomateriais segmentados que internalizam dentro da célula cancerosa e actuar como transdutores de RF-térmicos, deixando as células normais vizinhas, saudáveis ​​intactas. Vários relatos já mostraram que uma variedade de NPs podem atuar como fontes de calor RF eficaz que ajuda na necrose câncer 1-4. Nestes aspectos, NPs de ouro (AuNPs) 3-5, os nanotubos de carbono 1, e pontos quânticos 6, 7 exibiram características emocionantes, quando utilizado em estudos in vitro e in vivo em experimentos de RF. Embora a natureza exata do mecanismo de aquecimento dessas NPs quando expostos a um campo de RF ainda está sendo debatido, uma série deexperiências fundamentais usando AuNPs tem colocado grande importância tanto tamanho NP e os estados de agregação. Foi demonstrado que apenas AuNPs com diâmetros &lt;10 nm aquecerá quando expostos a um campo de RF-8. Além disso, este mecanismo de aquecimento é atenuada significativamente quando os AuNPs são agregados. Esta condição agregação também foi validado dentro de modelos in vitro que colocaram importância sobre otimização AUNP estabilidade coloidal dentro de compartimentos intracelulares endolysomal para a terapia eficaz RF 4. No entanto, as técnicas e os princípios experimentais utilizados para coletar e avaliar esses dados pode ser problemático, especialmente no caso de validar perfis calor RF de colóides NP. Vários estudos têm mostrado que o aquecimento Joule da suspensão iônica fundo que os NPs são suspensas pode ser a principal fonte de produção de calor de RF e não os próprios 9-12 PN. Embora o nosso trabalho recente 8 validou tA utilização da RF interações na geração de calor a partir AuNPs de diâmetro inferior a 10 nm, pretendemos descrever esses protocolos com mais detalhes ao longo deste artigo. Nós também demonstramos os protocolos e as técnicas necessárias para avaliar a eficácia de AuNPs como agentes térmicos hipertermia, tanto in vitro e in vivo para os modelos de câncer de fígado. Embora nos concentrar-se principalmente no colóides simples de AuNPs cobertas de citrato, as mesmas técnicas podem ser aplicadas a outros híbridos AUNP tais como complexos anticorpo-e quimioterapia conjugado. Ao aderir a esses princípios o experimentalista deve esperamos ser capazes de avaliar rapidamente o potencial de qualquer nanomaterial para ser um agente hyperthermic térmica induzida pela RF eficaz.

<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

Terapias do cancro, que são menos tóxicos e invasivo do que os seus homólogos existentes são altamente desejáveis. O uso de RF-campos elétricos que penetram profundamente no corpo, causando toxicidade mínima, estão actualmente a ser estudada como um meio viável de tratamento do câncer não-invasivo. Prevê-se que as interações de energia de RF com nanopartículas internalizadas (PN) pode libertar calor que pode causar superaquecimento (hipertermia) da célula, em última análise, que termina em necrose celular. No caso de sistemas não-biológicos, apresentamos protocolos detalhados relativos a quantificação do calor liberado por colóides NP altamente concentrados. Para os sistemas biológicos, no caso de experimentos in vitro, descrevemos as técnicas e as condições que devem ser observadas, a fim de expor eficazmente as células cancerosas à energia de RF, sem mídia artefatos de aquecimento a granel obscurecendo significativamente os dados. Finalmente, damos uma metodologia detalhada fou em modelos in vivo de mouse com tumores de câncer hepático ectópica.

1. Avaliando aquecimento RF de colóides NP: AuNPs como exemplo. Depois de seguir a seção 1.1 - 1.2.3 esperamos ter uma solução estável e purificada altamente concentrado de 5 nm e 10 nm de diâmetro AuNPs. A partir dos 500 ml de solução de estoque-comprados, esperamos obter, pelo menos, 4 ml de solução, a uma concentração de 1,000 mg / L. A diferença de horas entre a AuNPs e a solução tampão de água DI fundo com esta concentração deve ser ~ 0,25 ° C / seg e 0,1 ° C / seg a ...

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

Descrevemos os protocolos utilizados para investigar as interações de 13,56 MHz de radiofreqüência (RF) elétricos campos com colóides de nanopartículas de ouro em ambos os sistemas não-biológicos e biológicos (in vitro / in vivo). Essas interações estão sendo investigados para aplicações na terapia do câncer.

Protocolos para Avaliação de radiofreqüência Interações com Nanopartículas de Ouro e Sistemas biológicos para terapia não-invasiva Câncer Hipertermia

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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