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 trabajo fue financiado por el NIH (U54CA143837), los del MD Anderson Cancer Center de Subvenciones de apoyo de los NIH (CA016672), la Fundación V (SAC), y una beca de investigación sin restricciones de la Fundación de Investigación Kanzius (SAC, Erie, PA). Agradecemos a Kristine Ceniza del Departamento de Oncología Quirúrgica, Centro de Cáncer MD Anderson, por la asistencia administrativa.

Una visión general de ensayo completo se representa en la Figura 1. Más detalles se representan en los pasos 1-3 a continuación. 1. Evaluar Calefacción RF de NP Coloides: AuNPs como ejemplo <ol><li> En general, para que se investigó cada muestra NP, primero Lavar la muestra varias veces a través de un filtro de centrifugación con agua desionizada (DI) para eliminar los iones y contaminantes de fondo. Todos los iones y contaminantes se ha...

<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>

Estos protocolos permiten que el experimentador para analizar completamente la medida en que los nanomateriales (en este caso AuNPs) puede aumentar la hipertermia inducida por RF para el tratamiento del cáncer. El primer protocolo se ocupa específicamente de analizar la producción de calor a partir de muestras AUNP altamente concentrados y purificados. Aunque otros grupos han informado de la producción de calor principalmente a partir de los tampones que los AuNPs se suspenden en y no los propios 9-11 AuN...

La absorción de energía de RF por el tejido biológico (debido a su permitividad eléctrica inherente) da lugar a temperaturas elevadas de tejido como una función del tiempo, lo que finalmente conduce a la muerte celular por hipertermia. Se planteó la hipótesis de que la hipertermia cáncer se puede optimizar mediante el uso de nanomateriales específicas que internalizan dentro de la célula del cáncer y actúan como transductores de RF-térmicas, dejando las células sanas, normales vecinas intacta. Varios informes han demostrado ya que una variedad de NPS puede actuar como fuentes de calor RF eficaz que ayuda en la necrosis cáncer de 1-4. En estos aspectos, NP de oro (AuNPs) 3-5, los nanotubos de carbono 1, y los puntos cuánticos 6, 7 han mostrado características interesantes cuando se utiliza en tanto in vitro como in vivo en experimentos de RF. Aunque todavía se está debatiendo la naturaleza exacta del mecanismo de calentamiento de estos PN cuando se expone a un campo de RF, una serie deexperimentos fundamentales utilizando AuNPs ha dado gran importancia tanto en el tamaño de NP y estados de agregación. Se demostró que sólo AuNPs con diámetros &lt;10 nm se calentarán cuando se expone a un campo de RF 8. Además, este mecanismo de calentamiento se atenúa significativamente cuando se agregan los AuNPs. Esta condición agregación también fue validado dentro de los modelos in vitro que dio importancia a la optimización AuNP estabilidad coloidal dentro de los compartimentos intracelulares endolysomal para la terapia de RF eficaz 4. Sin embargo, las técnicas y los principios experimentales utilizados para recoger y evaluar estos datos pueden ser problemáticos, especialmente en el caso de la validación de perfiles de calor de RF de coloides NP. Varios informes han demostrado que el calentamiento Joule del fondo suspensión iónica que los PN se suspenden en puede ser la fuente principal de la producción de calor de RF y no los propios 9-12 PN. Aunque nuestro reciente documento de 8 ha validado tl uso de las interacciones de RF en la generación de calor de AuNPs de diámetro inferior a 10 nm, nuestro objetivo es describir estos protocolos con más detalle en este artículo. También demuestran los protocolos y técnicas necesarios para evaluar la eficacia de AuNPs como agentes térmicos de hipertermia en tanto in vitro como en experimentos in vivo para modelos de cáncer de hígado. Aunque nos centramos principalmente en coloides simples de AuNPs citrato-capsulado, las mismas técnicas se pueden aplicar a otros híbridos AUNP tales como anticuerpos y complejos de quimioterapia-conjugado. Al adherirse a estos principios el experimentalista con suerte debe ser capaz de evaluar rápidamente el potencial para cualquier nanomaterial para ser un agente de hipertermia térmica inducida por 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 de cáncer que son menos tóxicos y invasiva que sus contrapartes existentes son altamente deseables. El uso de la RF-campos eléctricos que penetran profundamente en el cuerpo, provocando una toxicidad mínima, en la actualidad se está estudiando como un medio viable para la terapia del cáncer no invasivo. Se prevé que las interacciones de la energía de RF con nanopartículas internalizados (NPS) pueden liberar calor que puede causar un sobrecalentamiento (hipertermia) de la célula, en última instancia, que termina en la necrosis celular. En el caso de los sistemas no biológicos, se presentan los protocolos detallados en relación con cuantificación del calor liberado por los coloides NP altamente concentradas. Para los sistemas biológicos, en el caso de los experimentos in vitro, se describen las técnicas y las condiciones que deben cumplirse a fin de exponer con eficacia las células cancerosas a la energía de RF sin artefactos de calentamiento del material a granel que oscurecen considerablemente los datos. Por último, damos una metodología detallada fo in vivo en modelos de ratones con tumores de cáncer hepático ectópicos.

1. Evaluación de calentamiento por RF de coloides NP: AuNPs como un ejemplo. Después de seguir el apartado 1.1 - 1.2.3 esperar tener una solución altamente concentrada, estable y purificada de 5 nm y 10 nm de diámetro AuNPs. De los 500 ml AS-comprado solución madre, esperar para obtener al menos 4 ml de solución a una concentración de 1000 mg / L. La diferencia en los CR entre los AuNPs y la solución tampón de agua DI fondo a esta concentración debe ser ~ 0,25 ° C / s y 0,1 º C / s ...

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

Se describen los protocolos que se utilizan para investigar las interacciones de 13.56 MHz de radiofrecuencia (RF) de electricidad-los campos con coloides de nanopartículas de oro en ambos sistemas no biológicos y biológicos (in vitro / in vivo). Estas interacciones están siendo investigados para su aplicación en la terapia del cáncer.

Protocolos para la Evaluación de radiofrecuencia Interacciones con nanopartículas de oro y Sistemas Biológicos para la terapia del cáncer de hipertermia no invasiva

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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