Name: magnetic-, acoustic-, and optical-triple-responsive microbubbles for magnetic hyperthermia and pothotothermal combination cancer therapy
Uploaded: 2020-05-22T14:30:00
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Ce travail a été soutenu par la National Natural Science Foundation of China (81601608) et NUPTSF (NY216024).

Toutes les expériences sur les animaux ont été effectuées conformément aux protocoles approuvés par les lignes directrices d’OG Pharmaceutical pour les soins aux animaux et l’utilisation des animaux de laboratoire. Les protocoles suivaient les directives du comité d’éthique pour les animaux de laboratoire d’OG Pharmaceutical.
1. Synthèse de microbulles à coque de nanoparticules (NSM)
<ol><li>Disperser des nanoparticules magnétiques (Fe3O4,oxyde de fer) dans de l...

<ol>
	<li>Kievit, F. M., Zhang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cancer+nanotheranostics:+improving+imaging+and+therapy+by+targeted+delivery+across+biological+barriers.">Cancer nanotheranostics: improving imaging and therapy by targeted delivery across biological barriers.</a> Advanced Materials. 23 (36), 217-247 (2011).</li><li>Wu, H., 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=Fe3O4-Based+Multifunctional+Nanospheres+for+Amplified+Magnetic+Targeting+Photothermal+Therapy+and+Fenton+Reaction.">Fe3O4-Based Multifunctional Nanospheres for Amplified Magnetic Targeting Photothermal Therapy and Fenton Reaction.</a> ACS Biomaterials Science &amp; Engineering. 5 (2), 1045-1056 (2018).</li><li>Thorat, N. 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=Physically+stimulated+nanotheranostics+for+next+generation+cancer+therapy:+Focus+on+magnetic+and+light+stimulations.">Physically stimulated nanotheranostics for next generation cancer therapy: Focus on magnetic and light stimulations.</a> Applied Physics Reviews. 6 (4), 041306 (2019).</li><li>Sun, Q., Zhou, Z., Qiu, N., Shen, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+Cancer+Nanomedicine:+Nanoproperty+Integration+and+Synchronization.">Design of Cancer Nanomedicine: Nanoproperty Integration and Synchronization.</a> Advanced Materials. 29 (14), 1606628 (2017).</li><li>Minchinton, A. I., Tannock, I. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drug+penetration+in+solid+tumours.">Drug penetration in solid tumours.</a> Nature Reviews Cancer. 6 (8), 583-592 (2006).</li><li>Anchordoquy, T. 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=Mechanisms+and+Barriers+in+Cancer+Nanomedicine:+Addressing+Challenges,+Looking+for+Solutions.">Mechanisms and Barriers in Cancer Nanomedicine: Addressing Challenges, Looking for Solutions.</a> ACS Nano. 11 (1), 12-18 (2017).</li><li>Cazares-Cortes, 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=Recent+insights+in+magnetic+hyperthermia:+From+the+"hot-spot"+effect+for+local+delivery+to+combined+magneto-photo-thermia+using+magneto-plasmonic+hybrids.">Recent insights in magnetic hyperthermia: From the "hot-spot" effect for local delivery to combined magneto-photo-thermia using magneto-plasmonic hybrids.</a> Advanced Drug Delivery Reviews. 138, 233-246 (2019).</li><li>Espinosa, A., 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=of+Iron+Oxide+Nanoparticles+in+Cancer+Therapy:+Amplification+of+Heating+Efficiency+by+Magnetic+Hyperthermia+and+Photothermal+Bimodal+Treatment.">of Iron Oxide Nanoparticles in Cancer Therapy: Amplification of Heating Efficiency by Magnetic Hyperthermia and Photothermal Bimodal Treatment.</a> ACS Nano. 10 (2), 2436-2446 (2016).</li><li>Rastinehad, A. R., 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=Gold+nanoshell-localized+photothermal+ablation+of+prostate+tumors+in+a+clinical+pilot+device+study.">Gold nanoshell-localized photothermal ablation of prostate tumors in a clinical pilot device study.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (37), 18590-18596 (2019).</li><li>Sharma, S. K., Shrivastava, N., Rossi, F., Tung, L. D., Thanh, N. T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoparticles-based+magnetic+and+photo+induced+hyperthermia+for+cancer+treatment.">Nanoparticles-based magnetic and photo induced hyperthermia for cancer treatment.</a> Nano Today. 29, 100795 (2019).</li><li>Das, R., Rinaldi-Montes, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Boosted+Hyperthermia+Therapy+by+Combined+AC+Magnetic+and+Photothermal+Exposures+in+Ag/Fe3O4+Nanoflowers.">Boosted Hyperthermia Therapy by Combined AC Magnetic and Photothermal Exposures in Ag/Fe3O4 Nanoflowers.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 8 (38), 25162-25169 (2016).</li><li>Yang, Y., 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=1D+Coordination+Polymer+Nanofibers+for+Low-Temperature+Photothermal+Therapy.">1D Coordination Polymer Nanofibers for Low-Temperature Photothermal Therapy.</a> Advanced Materials. 29 (40), 1703588 (2017).</li><li>Curcio, A., 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=Iron+Oxide+Nanoflowers+CuS+Hybrids+for+Cancer+Tri-Therapy:+Interplay+of+Photothermal+Therapy,+Magnetic+Hyperthermia+and+Photodynamic+Therapy.">Iron Oxide Nanoflowers CuS Hybrids for Cancer Tri-Therapy: Interplay of Photothermal Therapy, Magnetic Hyperthermia and Photodynamic Therapy.</a> Theranostics. 9 (5), 1288-1302 (2019).</li><li>Espinosa, A., 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=Hyper)Thermia+or+Photothermia?+Progressive+Comparison+of+Iron+Oxide+and+Gold+Nanoparticles+Heating+in+Water,+in+Cells,+and+In+Vivo.">Hyper)Thermia or Photothermia? Progressive Comparison of Iron Oxide and Gold Nanoparticles Heating in Water, in Cells, and In Vivo.</a> Advanced Functional Materials. 28 (37), 1803660 (2018).</li><li>Xu, C., 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=Magnetic+Hyperthermia+Ablation+of+Tumors+Using+Injectable+Fe(3)O(4)/Calcium+Phosphate+Cement.">Magnetic Hyperthermia Ablation of Tumors Using Injectable Fe(3)O(4)/Calcium Phosphate Cement.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 7 (3), 13866-13875 (2015).</li><li>Wilhelm, S., 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=Analysis+of+nanoparticle+delivery+to+tumours.">Analysis of nanoparticle delivery to tumours.</a> Nature Reviews Materials. 1, 16014 (2016).</li><li>Chen, H., Zhang, W., Zhu, G., Xie, J., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rethinking+cancer+nanotheranostics.">Rethinking cancer nanotheranostics.</a> Nature Reviews Materials. 2, (2017).</li><li>Rapoport, N. Y., Kennedy, A. M., Shea, J. E., Scaife, C. L., Nam, K. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+and+targeted+tumor+chemotherapy+by+ultrasound-activated+nanoemulsions/microbubbles.">Controlled and targeted tumor chemotherapy by ultrasound-activated nanoemulsions/microbubbles.</a> Journal of Controlled Release : The Official Journal of the Controlled Release Society. 138 (3), 268-276 (2009).</li><li>Gao, Y., 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=Controlled+nanoparticle+release+from+stable+magnetic+microbubble+oscillations.">Controlled nanoparticle release from stable magnetic microbubble oscillations.</a> NPG Asia Materials. 8 (4), 260 (2016).</li><li>Bao, B., 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=Mussel-inspired+functionalization+of+semiconducting+polymer+nanoparticles+for+amplified+photoacoustic+imaging+and+photothermal+therapy.">Mussel-inspired functionalization of semiconducting polymer nanoparticles for amplified photoacoustic imaging and photothermal therapy.</a> Nanoscale. 11 (31), 14727-14733 (2019).</li><li>Wu, H., 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=Enhanced+Tumor+Synergistic+Therapy+by+Injectable+Magnetic+Hydrogel+Mediated+Generation+of+Hyperthermia+and+Highly+Toxic+Reactive+Oxygen+Species.">Enhanced Tumor Synergistic Therapy by Injectable Magnetic Hydrogel Mediated Generation of Hyperthermia and Highly Toxic Reactive Oxygen Species.</a> ACS Nano. 13 (12), 14013-14023 (2019).</li><li>Alzaraa, A., 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=Targeted+microbubbles+in+the+experimental+and+clinical+setting.">Targeted microbubbles in the experimental and clinical setting.</a> American Journal of Surgery. 204 (3), 355-366 (2012).</li></ol>

Ici, nous avons présenté un protocole de fabrication de microbulles à enveloppe de nanoparticules d’oxyde de fer (NSM) par auto-assemblage, synergie magnétique, acoustique et réactivité optique dans une plate-forme nanothérapeutique. Les IAP étaient densément emballés autour du noyau d’air pour former une coquille magnétique, qui peut être contrôlée par le champ magnétique externe pour le ciblage. Une fois délivrés, la libération d’IONP peut être obtenue par déclenchement par ultrasons. Les ITP ...

Le cancer est l’une des maladies les plus mortelles, causant des millions de décès chaque année dans le monde et d’énormes pertes économiques1. Dans les cliniques, les thérapies anticancéreuses conventionnelles, telles que la résection chirurgicale, la radiothérapie et la chimiothérapie, ne peuvent toujours pas fournir une efficacité thérapeutique satisfaisante2. Les limites de ces thérapies sont des effets secondaires toxiques élevés, un taux de récidive élevé et un taux de métastases élevé3. Par exemple, la chimiothérapie est subie de la faible efficacité d’administration des médicaments de chimiothérapie précisément au sitetumoral 4. L’incapacité des médicaments à pénétrer profondément dans le tissu tumoral à travers les barrières biologiques, y compris la matrice extracellulaire et la pression élevée du liquide interstitiel tumoral, est également responsable de la faible efficacité thérapeutique5. En outre, la résistance tumorale se produit généralement chez les patients qui ont reçu un traitement par chimiothérapie unique6. Par conséquent, les techniques où l’ablation thermique de la tumeur se produit, telles que la thérapie photothermique (PTT) et la thérapie d’hyperthermie magnétique (MHT), ont montré des résultats prometteurs pour réduire la résistance tumorale et ont émergé dans les essais cliniques7,8,9.
Les PTT déclenchent l’ablation thermique des cellules cancéreuses par l’action d’agents de conversion photothermiques sous l’irradiation de l’énergie laser. La température élevée générée (supérieure à 50 °C) induit une nécrose cellulaire complète10. Très récemment, il a été démontré que les nanoparticules d’oxyde de fer (IRP) sont un agent de conversion photothermique pouvant être activé par la lumière proche infrarouge (NIR)11.  Malgré le faible coefficient d’absorption molaire dans la région proche infrarouge, les IONP sont candidats à la thérapie photothermique à basse température (43 °C), une thérapie modifiée pour réduire les dommages causés par l’exposition à la chaleur des tissus normaux et pour initier une immunité antitumorale contre les métastases tumorales12. L’une des limites du PTT est la faible profondeur de pénétration du laser. Pour les tumeurs profondes, le chauffage induit par le champ magnétique alternatif (AFM) des nanoparticules d’oxyde de fer, également appelé hyperthermie magnétique, est une thérapie alternative pour PTT13,14. Le principal avantage de MHT est la forte pénétration du champ magnétique15. Cependant, la concentration relativement élevée requise d’IRP reste un inconvénient majeur pour son application clinique. L’efficacité de la nanomédecine (ou nanoparticules) aux tumeurs solides chez les animaux a été de 1 à 10% en raison d’une série d’obstacles, notamment la circulation, l’accumulation et la pénétration16,17. Par conséquent, une stratégie d’administration contrôlée et ciblée des ITP avec la capacité d’atteindre une pénétration tissulaire élevée est d’un grand intérêt dans le traitement du cancer.
L’administration de nanoparticules médiées par ultrasons a montré sa capacité à faciliter la pénétration des nanoparticules profondément dans le tissu tumoral, en raison du phénomène appelé cavitation des microbulles18,19. Dans la présente étude, nous fabriquons des microbulles à coque d’IOP (NSM) grâce à l’auto-assemblage, à la synergie de la réactivité magnétique, acoustique et optique dans une plate-forme nanothérapeutique. Le NSM contient un noyau d’air et une coquille de nanoparticules d’oxyde de fer, d’un diamètre d’environ 5,4 μm. Les NSM peuvent être guidés magnétiquement vers le site de la tumeur. Ensuite, la libération d’IONPs est déclenchée par ultrasons, accompagnée d’une cavitation de microbulles et d’un microstreaming. L’élan reçu du microstreaming facilite la pénétration des ITP dans le tissu tumoral. Le PTT et le MHT peuvent être obtenus par irradiation laser NIR ou application AFM, ou avec la combinaison des deux.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1331px;" width="1330">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:337px;">808 nm laser power</td>
			<td style="width:315px;">Changchun New Industries Optoelectronics Tech</td>
			<td style="width:263px;">MDL-F-808-5W-18017023</td>
			<td style="width:416px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Calcein-AM</td>
			<td>Thermo Fisher SCIENTIFIC</td>
			<td>C3099</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Fetal bovine serum</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>16000-044</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Fluorescence Microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>IX71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Function generator</td>
			<td>Keysight</td>
			<td>33500B series</td>
			<td style="width:416px;">20 MHz, 2 channels with arbitrary waveform generation capability</td>
		</tr>
		<tr height="48">
			<td height="48" style="height:48px;">Gelatin gel</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>9000-70-8</td>
			<td style="width:416px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Heating machine</td>
			<td>Shuangping</td>
			<td>SPG-06- II</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Homemade focused transducer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Frequency=855, R-X=36.2W+5.8W, |Z|-&#952;=37W+8&#176;</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Homogenizer</td>
			<td>SCILOGEX</td>
			<td>D-160</td>
			<td>8000-30000 rpm</td>
		</tr>
		<tr height="41">
			<td height="41" style="height:41px;">Hydrophone</td>
			<td>T&#38;C</td>
			<td>NH1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">ICR male mice</td>
			<td>OG Pharmaceutical. Co. Ltd</td>
			<td></td>
			<td>8-week-old</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Inductively coupled plasma optical emission spectrometry</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Infrared thermal imaging camera.</td>
			<td>FLIR</td>
			<td>E50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Iron(II,III) oxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>1317-61-9</td>
			<td>50-100nm APS Powder</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Laser power meter</td>
			<td colspan="2">Changchun New Industries Optoelectronics Tech</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Oscilloscope</td>
			<td>Keysight</td>
			<td>DSOX3054T</td>
			<td>Bandwidth 500 MHz, Sampling Rate 5 GS/S, 4 channels</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">RF Power Amplifier</td>
			<td>T&#38;C</td>
			<td>AG1020</td>
			<td style="width:416px;">The signal source can also be connected to an external signal source. The gain can be adjusted from 0 to 100%. It has multiple functions such as frequency sweep, pulse, and triangle.</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Roswell Park Memorial Institute-1640</td>
			<td>KeyGEN BioTECH</td>
			<td>KGM31800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;">Sodium dodecyl sulfate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>151-21-3</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

magnetic-, acoustic-, and optical-triple-responsive microbubbles for magnetic hyperthermia and pothotothermal combination cancer therapy

L’administration précise d’agents anticancéreux qui visent un accouchement ciblé et pénétré en profondeur ainsi qu’une libération contrôlée sur le site tumoral a été remise en question. Ici, nous fabriquons des microbulles à enveloppe de nanoparticules d’oxyde de fer (NSM) grâce à l’auto-assemblage, à la synergie magnétique, acoustique et réactive optique dans une plate-forme nanothérapeutique. Les nanoparticules d’oxyde de fer servent à la fois d’agents magnétiques et photothermiques. Une fois injectés par voie intraveineuse, les NSM peuvent être guidés magnétiquement vers le site tumoral. Les ultrasons déclenchent la libération de nanoparticules d’oxyde de fer, facilitant la pénétration des nanoparticules profondément dans la tumeur en raison de l’effet de cavitation des microbulles. Par la suite, l’hyperthermie magnétique et la thérapie photothermique peuvent être effectuées sur la tumeur pour le traitement combiné du cancer, une solution pour la résistance au cancer en raison de l’hétérogénéité tumorale. Dans ce protocole, la synthèse et la caractérisation des NSM, y compris les propriétés structurelles, chimiques, magnétiques et acoustiques, ont été effectuées. En outre, l’efficacité anticancéreuse par thérapie thermique a été étudiée à l’aide de cultures cellulaires in vitro. La stratégie d’administration proposée et la thérapie combinée sont très prometteuses dans le traitement du cancer pour améliorer l’efficacité de l’administration et de l’anticancéreux.

Les microbulles à coque de nanoparticules (NSM) à triple réactivité utilisées dans cette étude ont été préparées en agitant le mélange du tensioactif et des INP. Les IONPs (50 nm) se sont auto-assemblés à l’interface du noyau liquide et gazeux, pour former une coque magnétique densément emballée. La morphologie des NSM est illustrée à la figure 1A. Les NSM résultants présentaient une forme sphérique et un diamètre moyen de 5,41 ± 1,78 μm(figure 1B). Les résulta...

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Magnetic-, Acoustic-, and Optical-Triple-Responsive Microbubbles for Magnetic Hyperthermia and Pothotothermal Combination Cancer Therapy

Présenté ici est un protocole pour la fabrication de microbulles à coquille de nanoparticules d’oxyde de fer (NSM) par auto-assemblage, synergie magnétique, acoustique et réactivité optique dans une plate-forme nanothérapeutique pour l’hyperthermie magnétique et la thérapie du cancer combinée photothermique.

Microbulles magnétiques, acoustiques et optiques triple-réactives pour l’hyperthermie magnétique et la thérapie du cancer combinée pothototherme

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has ...

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