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

Detta arbete har finansierats av NIH (U54CA143837), NIH MD Anderson Cancer Center Support Grants (CA016672), V-stiftelsen (SAC), och en oinskränkt forskningsanslag från Kanzius Research Foundation (SAC, Erie, PA). Vi tackar Kristine Aska från Institutionen för Kirurgisk Oncology, MD Anderson Cancer Center, för administrativt stöd.

En fullständig experimentell översikt visas i figur 1. Ytterligare detaljer visas i steg 1-3 nedan. 1. Bedöma RF Uppvärmning av NP kolloider: AuNPs som ett exempel <ol><li> I allmänhet för varje NP provet utreds först tvätta provet flera gånger genom ett centrifugeringsfilter med avjoniserat (DI) vatten för att avlägsna bakgrunds joner och föroreningar. Alla joner och föroreningar kommer att ha tagits bort från AuNP fjädring när...

<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>

Dessa protokoll tillåter experimentalist att fullt ut analysera i vilken mån nanomaterial (i detta fall AuNPs) kan öka RF-inducerad hypertermi för cancerbehandling. Det första protokollet behandlar specifikt analysera värmeproduktion från hög-koncentrerade och renade AuNP prover. Även andra grupper har rapporterat värmeproduktion i första hand från de buffertar som AuNPs är suspenderade i och inte de AuNPs själva 9-11, deras RF-system användes lägre koncentrationer av AuNPs med diametrar&gt; 1...

Absorptionen av RF-energi genom biologisk vävnad (beroende på deras inneboende elektrisk permittivitet) resulterar i förhöjda vävnadstemperaturer som en funktion av tid, vilket slutligen leder till celldöd genom hypertermi. Det antas att cancer hypertermi kan optimeras med hjälp av riktade nanomaterial som internaliserar inom cancercellen och fungera som RF-termiska givare, lämnar de närliggande friska, normala celler intakta. Flera rapporter har redan visat att en rad olika nationella parlamenten kan fungera som effektiva värmekällor som stöd i cancer nekros 1-4 RF. I dessa avseenden, guld NP (AuNPs) 3-5, kolnanorör 1, och kvantprickar 6, 7 har uppvisat spännande egenskaper vid användning i både in vitro och in vivo RF experiment. Även om den exakta innebörden av uppvärmningsmekanism för dessa NP när den utsätts för ett RF-fält är fortfarande diskuteras, en seriegrundläggande experiment med AuNPs har lagt stor vikt vid både NP storlek och aggregering tillstånd. Det visades att endast AuNPs med diameter &lt;10 nm värms när det utsätts för ett RF-fält 8. Dessutom är denna uppvärmningsmekanism avsevärt dämpas när AuNPs aggregeras. Denna aggregering villkor var också validerats inom in vitro-modeller som placerade betydelse vid optimering AuNP kolloidal stabilitet inom endolysomal intracellulära fack för effektiv RF-behandling 4. Däremot kan den teknik och experimentella principer används för att samla och utvärdera dessa data vara problematiskt, särskilt när det gäller att validera RF värmeprofiler från NP kolloider. Flera rapporter har visat att Joule uppvärmning av bakgrunden joniska fjädring som de nationella parlamenten är suspenderade i kan vara den viktigaste källan till RF värmeproduktion och inte de nationella parlamenten själva 9-12. Även om vår senaste papper 8 har validerat tHan använder RF interaktioner generera värme från AuNPs av diametrar mindre än 10 nm, strävar vi efter att beskriva dessa protokoll mer i detalj i den här artikeln. Vi visar också de protokoll och tekniker som behövs för att utvärdera effektiviteten av AuNPs som hyper termiska agenter i både in vitro och in vivo-experiment för levercancermodeller. Även om vi i första hand fokusera på enkla kolloider av citrat-begränsade AuNPs, kan samma teknik appliceras på andra AuNP hybrider såsom antikropps-och kemoterapi-konjugerade komplex. Genom att följa dessa principer i experimentalist ska förhoppningsvis snabbt kunna utvärdera potentialen för alla nanomaterial för att vara en effektiv RF-inducerad termisk hyper agent.

<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

Cancerbehandlingar, vilka är mindre toxiska och invasiv än sina befintliga motsvarigheter är mycket önskvärd. Användningen av RF el-fält som tränger djupt in i kroppen och orsaka minimal toxicitet, för närvarande studeras som ett hållbart sätt att icke-invasiv cancerbehandling. Det förutses att växelverkan av RF-energi med internaliserade nanopartiklar (NPS) kan frigöra värme, som sedan kan leda till överhettning (hypertermi) av cellen, slutligen slutar i cellnekros. I fråga om icke-biologiska system, presenterar vi detaljerade protokoll som rör kvantifiera den värme som frigörs av högt koncentrerade NP kolloider. För biologiska system, när det gäller in vitro-försök, beskriver vi de metoder och villkor som måste följas för att effektivt utsätta cancerceller för RF-energi utan bulk medievärme artefakter betydligt skymmer data. Slutligen ger vi en detaljerad metod feller in vivo musmodeller med ektopisk levercancertumörer.

1. Bedömning av RF-uppvärmning av NP kolloider: AuNPs som ett exempel. Efter följande avsnitt 1.1 - 1.2.3 räknar med att ha en mycket koncentrerad, stabil och renad lösning av 5 nm och 10 AuNPs nm i diameter. Från de 500 ml som köpta stamlösning, räkna med att få minst 4 ml lösning i en koncentration av 1,000 mg / L. Skillnaden i HRs mellan AuNPs och bakgrunden DI-vatten-buffertlösning vid denna koncentration bör vara ~ 0,25 ° C / s och 0,1 ° C / sek för 5 nm och 10 nm AuNPs, re...

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

Vi beskriver de protokoll som används för att undersöka samspelet mellan 13,56 MHz radiofrekvens (RF) el-fält med guldnanopartiklar kolloider i både icke-biologiska och biologiska system (in vitro / in vivo). Dessa interaktioner utreds för applikationer inom cancerterapi.

Protokoll för Bedöma radiofrekvens Interaktioner med guld nanopartiklar och biologiska system för icke-invasiv hypertermi cancerterapi

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

Protokoll för Långtidskurser Whole Body hypertermi hos möss

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

Färgning Protokoll för mänskliga pankreatiska öar

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 Luminiscens Imaging (CLI) för cancerbehandling övervakning

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

Icke-invasiv optisk mätning av cerebral metabolism och hemodynamik hos spädbarn

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

Icke-invasiv bedömning av Microvascular och endotelfunktion

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

Transplantation in i den främre ögonkammaren för längsgående, icke-invasiv<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging med encelliga Upplösning i realtid

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

Icke-invasiv avbildning och analys av cerebral ischemi i Living Råttor Använda positronemissionstomografi med<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

Murina modell för icke-invasiv Imaging att upptäcka och övervaka äggstockscancer Återfall

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

Icke-invasiv bedömning av effektiviteten av New Therapeutics för Intestinal Sjukdomar Använda Serial Endoskopisk avbildning av Live Möss

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

Icke-invasiv bedömning av Dorsiflexor muskelfunktion hos möss

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