Name: magnetic-, acoustic-, and optical-triple-responsive microbubbles for magnetic hyperthermia and pothotothermal combination cancer therapy
Uploaded: 2020-05-22T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Magnetic-, Acoustic-, and Optical-Triple-Responsive Microbubbles for Magnetic Hyperthermia and Pothotothermal Combination Cancer Therapy at JoVE.com

Questo lavoro è stato sostenuto dalla National Natural Science Foundation of China (81601608) e NUPTSF (NY216024).

Tutti gli esperimenti sugli animali sono stati eseguiti in conformità con i protocolli approvati dalle linee guida farmaceutiche OG per la cura degli animali e l'uso degli animali da laboratorio. I protocolli seguivano le linee guida del Comitato Etico per gli animali da laboratorio di OG Pharmaceutical.
1. Sintesi di microbolle sgusciate di nanoparticelle (NSM)
<ol><li>Disperdere nanoparticelle magnetiche (Fe3O4, ossidodi ferro) in acqua deionizzata per formare una so...

<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. 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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. 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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>

Qui, abbiamo presentato un protocollo per fabbricare microbolle a guscio di nanoparticelle di ossido di ferro (NSM) attraverso l'autoassemblaggio, sinergizzando la reattività magnetica, acustica e ottica in un'unica piattaforma nanoterapeutica. Gli IPP erano densamente impacchettati attorno al nucleo dell'aria per formare un guscio magnetico, che può essere controllato dal campo magnetico esterno per il targeting. Una volta consegnato, il rilascio di IPP può essere ottenuto tramite innesco ad ultrasuoni. Gli IPP rilas...

Il cancro è una delle malattie più mortali, causando milioni di morti ogni anno in tutto il mondo e enormi perdite economiche1. Nelle cliniche, le terapie antitumorali convenzionali, come la resezione chirurgica, la radioterapia e la chemioterapia, non possono ancora fornire un'efficacia terapeutica soddisfacente2. I limiti di queste terapie sono alti effetti collaterali tossici, alto tasso di recidiva e alto tasso di metastasi3. Ad esempio, la chemioterapia soffre della bassa efficienza di consegna dei farmaci chemioterapici precisamente al sito tumorale4. L'incapacità dei farmaci di penetrare in profondità nel tessuto tumorale attraverso le barriere biologiche, tra cui la matrice extracellulare e l'elevata pressione del fluido interstiziale tumorale, è anche responsabile della bassa efficacia terapeutica5. Inoltre, la resistenza al tumore di solito si verifica nei pazienti che hanno ricevuto un trattamento con chemioterapia singola6. Pertanto, le tecniche in cui si verifica l'ablazione termica del tumore, come la terapia fototermica (PTT) e la terapia magnetica ipertermia (MHT), hanno mostrato risultati promettenti per ridurre la resistenza al tumore e sono emerse negli studi clinici7,8,9.
Il PTT innesca l'ablazione termica delle cellule tumorali mediante l'azione di agenti di conversione fototermica sotto l'irradiazione dell'energia laser. L'alta temperatura generata (superiore a 50 °C) induce la necrosi cellulare completa10. Molto recentemente, le nanoparticelle di ossido di ferro (IPP) hanno dimostrato di essere un agente di conversione fototermico che può essere attivato dalla luce del vicino infrarosso (NIR)11.  Nonostante il basso coefficiente di assorbimento molare nella regione del vicino infrarosso, gli IPP sono candidati per la terapia fototermica a bassa temperatura (43 °C), una terapia modificata per ridurre il danno causato dall'esposizione al calore ai tessuti normali e per avviare l'immunità antitumorale contro le metastasi tumorali12. Uno dei limiti del PTT è la bassa profondità di penetrazione del laser. Per i tumori profondi, il riscaldamento indotto dal campo magnetico alternato (AFM) delle nanoparticelle di ossido di ferro, chiamato anche ipertermia magnetica, è una terapia alternativa per PTT13,14. Il vantaggio principale di MHT è l'elevata penetrazione del campo magnetico15. Tuttavia, la concentrazione relativamente elevata richiesta di IPP rimane un grave svantaggio per la sua applicazione clinica. L'efficienza di consegna della nanomedicina (o nanoparticelle) ai tumori solidi negli animali è stata dell'1-10% a causa di una serie di ostacoli tra cui circolazione, accumulo e penetrazione16,17. Pertanto, una strategia di somministrazione DI IPP controllata e mirata con la capacità di ottenere un'elevata penetrazione dei tessuti è di grande interesse nel trattamento del cancro.
La somministrazione di nanoparticelle mediata da ultrasuoni ha dimostrato la sua capacità di facilitare la penetrazione di nanoparticelle in profondità nel tessuto tumorale, a causa del fenomeno chiamato cavitazione delle microbolle18,19. Nel presente studio, fabbrichiamo microbolle sgusciate (NSM) IONP attraverso l'autoassemblaggio, sinergizzando la reattività magnetica, acustica e ottica in un'unica piattaforma nanoterapeutica. L'NSM contiene un nucleo d'aria e un guscio di nanoparticelle di ossido di ferro, con un diametro di circa 5,4 μm. Gli NSM possono essere guidati magneticamente al sito tumorale. Quindi il rilascio di IPP viene attivato dagli ultrasuoni, accompagnati da cavitazione di microbolle e microstreaming. Lo slancio ricevuto dal microstreaming facilita la penetrazione degli IPP nel tessuto tumorale. Il PTT e l'MHT possono essere ottenuti mediante irradiazione laser NIR o applicazione AFM, o con la combinazione di entrambi.

<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

La somministrazione di precisione di agenti anti-cancro che mirano a una consegna mirata e penetrata in profondità, nonché a un rilascio controllato nel sito tumorale è stata messa in discussione. Qui, fabbrichiamo microbolle a guscio di nanoparticelle di ossido di ferro (NSM) attraverso l'autoassemblaggio, sinergizzando la reattività magnetica, acustica e ottica in un'unica piattaforma nanoterapeutica. Le nanoparticelle di ossido di ferro fungono da agenti sia magnetici che fototermici. Una volta iniettati per via endovenosa, gli NSM possono essere guidati magneticamente al sito tumorale. Gli ultrasuoni innescano il rilascio di nanoparticelle di ossido di ferro, facilitando la penetrazione di nanoparticelle in profondità nel tumore a causa dell'effetto di cavitazione delle microbolle. Successivamente, l'ipertermia magnetica e la terapia fototermica possono essere eseguite sul tumore per la terapia combinata del cancro, una soluzione per la resistenza al cancro a causa dell'eterogeneità del tumore. In questo protocollo, sono state eseguite la sintesi e la caratterizzazione di NSM comprese le proprietà strutturali, chimiche, magnetiche e acustiche. Inoltre, l'efficacia anti-cancro mediante terapia termica è stata studiata utilizzando colture cellulari in vitro. La strategia di consegna proposta e la terapia di combinazione sono molto promettenti nel trattamento del cancro per migliorare sia la consegna che l'efficacia antitumorale.

Le microbolle a guscio di nanoparticelle a tripla risposta (NSM) utilizzate in questo studio sono state preparate agitando la miscela di tensioattivo e IPP. Gli IONP (50 nm) si sono auto-assemblati all'interfaccia del nucleo liquido e del gas, per formare un guscio magnetico densamente imballato. La morfologia degli NSM è mostrata nella Figura. 1A. Gli NSM risultanti presentavano una forma sferica e con un diametro medio di 5,41 ± 1,78 μm (Figura 1B). I risultati hanno indicato che gl...

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

Qui viene presentato un protocollo per la fabbricazione di microbolle a guscio di nanoparticelle di ossido di ferro (NSM) attraverso l'autoassemblaggio, la sinergizzazione della reattività magnetica, acustica e ottica in un'unica piattaforma nanoterapeutica per l'ipertermia magnetica e la terapia del cancro combinata fototermica.

Microbolle magnetiche, acustiche e ottiche a tripla risposta per ipertermia magnetica e terapia del cancro combinata pototermica

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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