Name: one minute, sub-one-watt photothermal tumor ablation using porphysomes, intrinsic multifunctional nanovesicles
Uploaded: 2013-09-17T19:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about One Minute, Sub-One-Watt Photothermal Tumor Ablation Using Porphysomes, Intrinsic Multifunctional Nanovesicles at JoVE.com

Detta arbete stöddes av Princess Margaret Hospital Foundation, National Science and Engineering Research Council of Canada, Canadian Institute for Health Research, den kanadensiska Stiftelsen för innovation, och Joey och Toby Tanenbaum / brasiliansk Ball Chair i Prostate Cancer Research, en bevilja från SUNY Research Foundation och startstöd från University at Buffalo.

1. Syntes av Pyropheophorbide-lipid- <ol><li> Kombinera 200 mmol pyropheophorbide (framställd från Spirulina Pacifica alger såsom beskrivits tidigare,... Zheng et al, Bioconj Chem, 2002, 13 -392) 4, 98,7 mg 16:00 lysophophatidylcholine (1-palmitoyl-2-hydroxi-sn-glycero -3-fosfokolin, Avanti Polar Lipids # 855675), 76,3 mg EDC, 48,7 mg DMAP (4 - (dimetylamino) pyridin) i 5 ml amylen stabiliserad kloroform till ett förhållande av 1:1:2:2 Pyro: Lipid: EDC : DMPA. </li><...

<ol>
	<li>Lovell, J. F., 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=Porphysome+nanovesicles+generated+by+porphyrin+bilayers+for+use+as+multimodal+biophotonic+contrast+agents.">Porphysome nanovesicles generated by porphyrin bilayers for use as multimodal biophotonic contrast agents.</a> Nat. Mater. 10, 324-332 (2011).</li><li>Lovell, J. F., 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=Enzymatic+regioselection+for+the+synthesis+and+biodegradation+of+porphysome+nanovesicles.">Enzymatic regioselection for the synthesis and biodegradation of porphysome nanovesicles.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 51, 2429-2433 (2012).</li><li>Liu, T. W., MacDonald, T. D., Shi, J., Wilson, B. C., Zheng, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsically+Copper-64-Labeled+Organic+Nanoparticles+as+Radiotracers.">Intrinsically Copper-64-Labeled Organic Nanoparticles as Radiotracers.</a> Angewandte Chemie. , (2012).</li><li>Zheng, G., 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=Low-density+lipoprotein+reconstituted+by+pyropheophorbide+cholesteryl+oleate+as+target-specific+photosensitizer.">Low-density lipoprotein reconstituted by pyropheophorbide cholesteryl oleate as target-specific photosensitizer.</a> Bioconjug Chem. 13, 392-396 (2002).</li><li>Chen, B., Pogue, B. W., Hasan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liposomal+delivery+of+photosensitising+agents.">Liposomal delivery of photosensitising agents.</a> Expert Opin Drug Deliv. 2, 477-487 (2005).</li><li>Jin, C. S., Zheng, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liposomal+nanostructures+for+photosensitizer+delivery.">Liposomal nanostructures for photosensitizer delivery.</a> Lasers Surg Med. 43, 734-748 (2011).</li><li>Olson, F., Hunt, C. A., Szoka, F. C., Vail, W. J., Papahadjopoulos, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+liposomes+of+defined+size+distribution+by+extrusion+through+polycarbonate+membranes.">Preparation of liposomes of defined size distribution by extrusion through polycarbonate membranes.</a> Biochim Biophys Acta. 557, 9-23 (1979).</li><li>Berger, N., Sachse, A., Bender, J., Schubert, R., Brandl, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Filter+extrusion+of+liposomes+using+different+devices:+comparison+of+liposome+size,+encapsulation+efficiency,+and+process+characteristics.">Filter extrusion of liposomes using different devices: comparison of liposome size, encapsulation efficiency, and process characteristics.</a> Int J Pharm. 223, 55-68 (2001).</li><li>Jesorka, A., Orwar, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liposomes:+technologies+and+analytical+applications.">Liposomes: technologies and analytical applications.</a> Annu Rev Anal Chem (Palo Alto Calif). 1, 801-832 (2008).</li><li>Lapinski, M. M., Castro-Forero, A., Greiner, A. J., Ofoli, R. Y., Blanchard, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+liposomes+formed+by+sonication+and+extrusion:+rotational+and+translational+diffusion+of+an+embedded+chromophore.">Comparison of liposomes formed by sonication and extrusion: rotational and translational diffusion of an embedded chromophore.</a> Langmuir. 23, 11677-11683 (2007).</li><li>Liu, D., Huang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size+Homogeneity+of+a+Liposome+Preparation+is+Crucial+for+Liposome+Biodistribution+In+Vivo.">Size Homogeneity of a Liposome Preparation is Crucial for Liposome Biodistribution In Vivo.</a> Journal of Liposome Research. 2, 57-66 (1992).</li><li>Zhang, Y., Lovell, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porphyrins+as+Theranostic+Agents+from+Prehistoric+to+Modern+Times.">Porphyrins as Theranostic Agents from Prehistoric to Modern Times.</a> Theranostics. 2, 905-915 (2012).</li></ol>

I utvecklingen av drug delivery-teknologier, multifunktionella nanopartiklar är för närvarande under breda utredningar för exakt spårning av läkemedelsleveransfordon samtidigt som en hög läkemedelsnyttolast. Porfyrin-laddade liposomer har utvecklats för bättre farmakokinetiska egenskaper och mer effektiv leverans än direkt administrering av porfyrin, men hinder finns, däribland den begränsade last mängd porfyrin och snabb omfördelning av porfyrin från liposomer till plasmaproteiner 5,6. I mots...

Porphysomes är nya multifunktionella nanovesicles som vi nyligen utvecklat som kan multimodal bildbehandling och terapi 1. De bildas från self-assembled porfyrin biskikt och innehåller en mycket hög täthet av porfyrin (över 83, 000/porphysome partikel), som genererar stora extinktionskoefficient och resulterar i en unik struktur-beroende fluorescens självsläckning. Porphysomes har bra in vivo farmakokinetiska och biodistribution egenskaper: de uppvisar en blodhalveringstid på 12 h efter systematisk administrering och passivt ansamlas i xenotransplantattumörer med 7,5% ID / g vid 24 timmar efter injektion 2. Deras unika struktur och fysikalisk-kemiska egenskaper gör porphysome en bra kandidat för multimodal bildbehandling och bildstyrd behandling. Först av allt, porfyrin, porphysomes i sig är lämpliga för fluorescens avbildning av tumörer på tumören ackumulering 1.Dessutom har var och en porfyrin en stabil plats för kelatbildande radioisotoper kan därför porphysomes lätt kan märkas med radioisotoper såsom 64Cu för PET imaging 3. Dessutom är den absorberade ljusenergin avleds termiskt i laser bestrålning exponering när porphysome struktur är intakt, så porphysomes uppvisar också unik fotoakustisk avbildning och PTT kapacitet. Det har visats att 24 h efter intravenös injektion av porphysomes, laserbestrålning av porphysome-ackumulerade tumörinducerad en ökning snabb temperatur och stark fototermisk tumör ablation. Detta visade att porphysomes är effektiva fototermiska förstärkare med utsläckningskoefficient så högt som guld nanopartiklar (AuNPs) 1. Å andra sidan, i jämförelse med andra oorganiska fototermiska medel inkluderande AuNPs, porphysomes visar en enastående fördel i biosäkerhet på grund av deras organiska natur. Porphysomes är enzymatiskt nedbrytbara och inducerar minimal akut toxicity i möss med intravenösa doser upp till 1000 mg / kg 1. Dessutom liknar liposomer, kan den stora vatten kärna porphysomes vara passivt eller aktivt laddad med terapeutiska eller avbildningsmedel. De optiska egenskaperna och biokompatibilitet porphysomes demonstrera den multimodala potentialen av organiska nanopartiklar för BioPhotonic avbildning och terapi. I denna uppsats presenterar vi syntesmetoden pyropheophorbide-lipid-konjugat, tillverkning och karakterisering metoden porphysomes använder högtrycks extrudering. In vivo PTT på möss bedrivs också för att visa på effektiviteten i porphysome-aktiverade PTT i tumören behandling med en subkutan xenograft tumörmodell.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments (optional)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary evaporator</td>
			<td>Thermo-Savant</td>
			<td>SPD131DDA</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Votex</td>
			<td>Scientific Industries</td>
			<td>SI-0236</td>
			<td>Model number: G560</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High pressure extruder</td>
			<td>LIPEX, Northern Lipids Inc.</td>
			<td>T.001</td>
			<td>10 ml Thermobarrel Extruder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heated bath circulators (Thermostatted circulator)</td>
			<td>Thermo SCIENTIFIC</td>
			<td>SC100-S5P</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polycarbonate filters</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>610005</td>
			<td>Pore size 100 nm, and membrane diameter 19 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zetasizer</td>
			<td>Malvern Instruments</td>
			<td>ZS90</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV/Visible Spectrophototmeter</td>
			<td>Varian Australia</td>
			<td>Cary 50 Bio UV/ Visible Spectrophotometer</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectrofluorometer</td>
			<td>HORIBA Scientific</td>
			<td>FluoroMax-4</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission Electron Microscopy (TEM)</td>
			<td>Hitachi</td>
			<td>H-7000</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture incubator</td>
			<td>SANYO</td>
			<td>MCO-18AIC</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Powermeter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PM100D</td>
			<td>with sensor S142C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>671nm Laser</td>
			<td>LaserGlow Technologies</td>
			<td>LRS-0671_PFN-02000-05</td>
			<td>S/N:10097270</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared Thermometer</td>
			<td>Mikroshot, LUMASENSE Technologies</td>
			<td>9102409</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser protective eye goggles</td>
			<td>LaserGlow Technologies</td>
			<td>AGF6602XX</td>
			<td>Optical Density: 1.5+ at 630-700 nm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

one minute, sub-one-watt photothermal tumor ablation using porphysomes, intrinsic multifunctional nanovesicles

Vi har nyligen utvecklat porphysomes som något multifunktionella nanovesicles. En fotosensibilisator, pyropheophorbide α, var konjugerat till en fosfolipid och sedan själv ihop till lipo-liknande sfäriska vesikler. På grund av den extremt höga tätheten av porfyrin i porfyrin-membranet, porphysomes genererade stora extinktionskoefficienterna, struktur beroende fluorescens självsläckning, och utmärkt fototermisk effektivitet. I vår formulering var porphysomes syntetiseras med användning av högtryckssträngsprutning, och uppvisade en medelpartikelstorlek omkring 120 nm. Tjugofyra h efter intravenös injektion av porphysomes, den lokala temperaturen hos tumören ökas från 30 ° C till 62 ° C snabbt vid en minuters exponering av 750 mW (1,18 W / cm 2), 671 nm laser-strålning. Efter den fullständiga termiska ablation av tumören, sårskorpsbildning bildats och läkt inom 2 veckor, medan tumörerna i kontrollgrupperna fortsatte att växa och alla nådde den definierade svd punkt inom 3 veckor. Dessa data visar hur porphysomes kan användas som potent fototermisk behandling (PTT) medel.

Pyropheophorbide konjugeras till fosfolipiden som en stabil lipid monomer (fig. 1a) och konjugerade själv montera för att bilda porphysomes genom membransträngsprutningsmetod med användning av en högtryckssprutmaskin. Det är vanligtvis svårt att extrudera porphysome-lipidsuspensionen under de tre första cyklerna av extrudering med relativt långsam flödeshastighet. När fler profiler upprepas, gradvis ökar flödet av extruderad lösning, och tryck kan minskas något om det behövs. Porphysome ...

Watch this Scientific Journal Video about One Minute, Sub-One-Watt Photothermal Tumor Ablation Using Porphysomes, Intrinsic Multifunctional Nanovesicles at JoVE.com

One Minute, Sub-One-Watt Photothermal Tumor Ablation Using Porphysomes, Intrinsic Multifunctional Nanovesicles

Vi utvecklade nya inneboende multifunktionella nanovesicles kallas porphysomes, som har strukturen beroende fluorescens självsläckning och unika fototermiska egenskaper, vilket fungerar som potenta fototermisk terapimedel. Vi formulerade porphysomes använder högtrycks extrudering och undersökt deras fototermisk terapi effektivitet i en xenograft tumörmodell.

En minut, Sub-ett-Watt fototermisk tumör Ablation Använda Porphysomes, Intrinsic Multifunktionell Nanovesicles

We recently developed porphysomes as intrinsically multifunctional nanovesicles. A photosensitizer, pyropheophorbide &alpha;, was conjugated to a ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Contrast Ultrasound Targeted Treatment of Gliomas in Mice via Drug-Bearing Nanoparticle Delivery and Microvascular Ablation

Kontrast Ultraljud riktad behandling av gliom hos möss via Drug-Med nanopartiklar Leverans och Microvascular Ablation

We are developing minimally-invasive contrast agent microbubble based therapeutic approaches in which the permeabilization and/or ablation of the ...

Optical Frequency Domain Imaging of Ex vivo Pulmonary Resection Specimens: Obtaining One to One Image to Histopathology Correlation

Optical Frequency Domain Imaging of Ex vivo Pulmonary Resection Specimens: Obtaining One to One Image to Histopathology Correlation

Optisk frekvensdomänen Avbildning av<em&gt; Ex vivo</em&gt; Pulmonary Fri station Prover: att få ett till en bild till Histopathology Korrelation

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths1. Squamous cell and small cell cancers typically arise in association with the conducting ...

Viral Nanoparticles for In vivo Tumor Imaging

Viral Nanoparticles for In vivo Tumor Imaging

Virala Nanopartiklar för<em&gt; In vivo</em&gt; Tumöravbildning

The use of nanomaterials has the potential to revolutionize materials science and medicine. Currently, a number of different nanoparticles are being ...

Construction of a Preclinical Multimodality Phantom Using Tissue-mimicking Materials for Quality Assurance in Tumor Size Measurement

Konstruktion av en preklinisk Multimodality Phantom Använda Tissue-härma Material för kvalitetssäkring i tumörstorlek Mätning

World Health Organization (WHO) and the Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) working groups advocated standardized criteria for ...

Production of Large Numbers of Size-controlled Tumor Spheroids Using Microwell Plates

Produktion av ett stort antal Size styrda Tumör spheroids Använda Mikrobrunns Plates

Tumor spheroids are increasingly recognized as an important in vitro model for the behavior of tumor cells in three dimensions. More physiologically ...

PLGA Nanoparticles Formed by Single- or Double-emulsion with Vitamin E-TPGS

Poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) is a biocompatible member of the aliphatic polyester family of biodegradable polymers. PLGA has long been a popular ...

Longitudinal Measurement of Extracellular Matrix Rigidity in 3D Tumor Models Using Particle-tracking Microrheology

Längsgående Mätning av extracellulär matrix Stelhet i 3D tumörmodeller Använda Partikel-tracking Microrheology

The mechanical microenvironment has been shown to act as a crucial regulator of tumor growth behavior and signaling, which is itself remodeled and ...

Real-time Monitoring of High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) Ablation of In Vitro Canine Livers Using Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound (HMIFU)

Real-time Monitoring of High Intensity Focused Ultrasound HIFU Ablation of In Vitro Canine Livers Using Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound HMIFU

Realtid Övervakning av hög intensitet fokuserat ultraljud (HIFU) ablation av<em&gt; In Vitro</em&gt; Canine Lever Använda Harmonic Motion Imaging för fokuserat ultraljud (HMIFU)

Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound (HMIFU) is a technique that can perform and monitor high-intensity focused ultrasound (HIFU) ablation. An ...

Tissue Engineering by Intrinsic Vascularization in an In Vivo Tissue Engineering Chamber

Tissue Engineering by Intrinsic Vascularization in an In Vivo Tissue Engineering Chamber

Tissue Engineering av Intrinsic Vascularization i en<em&gt; In Vivo</em&gt; Tissue Engineering avdelningen

In reconstructive surgery, there is a clinical need for an alternative to the current methods of autologous reconstruction which are complex, costly and ...

A Rapid and Chemical-free Hemoglobin Assay with Photothermal Angular Light Scattering

En snabb och kemisk-fritt hemoglobin-analys med fototermisk Vinkel Light Scattering

Photo-thermal angular light scattering (PT-AS) is a novel optical method for measuring the hemoglobin concentration ([Hb]) of blood samples. On the basis ...