Name: an in-house-built and light-emitting-diode-based photodynamic therapy device for enhancing verteporfin cytotoxicity in a 2d cell culture model
Uploaded: 2023-01-13T12:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An In-House-Built and Light-Emitting-Diode-Based Photodynamic Therapy Device for Enhancing Verteporfin Cytotoxicity in a 2D Cell Culture Model at JoVE.com

Agradecemos a Arthur Henrique Gomes de Oliveira e Lucas Julian Cruz Gomes por ajudarem no processo de filmagem. Este projeto contou com o apoio do Conselho Nacional de Pesquisa (CNPq, número de bolsas 400953/2016-1-404286/2021-6) e da Fundação Araucária-PPSUS 2020/2021 (SUS2020131000003). Este estudo também foi financiado em parte pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior-Brasil (CAPES)-Código Financeiro 001.

NOTA: Consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes relacionados a todos os materiais, reagentes e software usados neste protocolo.
1. Construção do dispositivo
<ol><li>Serra de 3 mm de espessura de painéis de fibra de média densidade (MDF) para obtenção de peças com as dimensões mostradas na Figura 1A. Observação : use o arquivo vetorial (arquivo suplementar 1) para o corte de controle numéri...

<ol>
	<li>Ferlay, 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=International+agency+for+research+on+cancer.">International agency for research on cancer.</a> Global Cancer Observatory: Cancer Today. 23 (7), 323-326 (2018).</li><li>Gottesman, M. M., Fojo, T., Bates, S. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multidrug+resistance+in+cancer:+role+of+Atp-dependent+transporters.">Multidrug resistance in cancer: role of Atp-dependent transporters.</a> Nature Reviews Cancer. 2 (1), 48-58 (2002).</li><li>Szakacs, G., Paterson, J. K., Ludwig, J. A., Boothe-Genthe, C., Gottesman, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+multidrug+resistance+in+cancer.">Targeting multidrug resistance in cancer.</a> Nature Reviews Drug Discovery. 5 (3), 219-234 (2006).</li><li>Ackroyd, R., Kelty, C., Brown, N., Reed, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+history+of+photodetection+and+photodynamic+therapy.">The history of photodetection and photodynamic therapy.</a> Photochemistry and Photobiology. 74 (5), 656-669 (2001).</li><li>Hamblin, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photodynamic+therapy+for+cancer:+what's+past+is+prologue.">Photodynamic therapy for cancer: what's past is prologue.</a> Photochemistry and Photobiology. 96 (3), 506-516 (2020).</li><li>Barr, 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=The+contrasting+mechanisms+of+colonic+collagen+damage+between+photodynamic+therapy+and+thermal+injury.">The contrasting mechanisms of colonic collagen damage between photodynamic therapy and thermal injury.</a> Photochem Photobiol. 46 (5), 795-800 (1987).</li><li>Algorri, J. F., Ochoa, M., Rold&#225;n-Varona, P., Rodr&#237;guez-Cobo, L., L&#243;pez-Higuera, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photodynamic+therapy:+A+compendium+of+latest+reviews.">Photodynamic therapy: A compendium of latest reviews.</a> Cancers. 13 (17), 4447 (2021).</li><li>Aniogo, E. C., Plackal, B., George, B. P. A., Abrahamse, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+photodynamic+therapy+on+multidrug+resistant+breast+cancer.">The role of photodynamic therapy on multidrug resistant breast cancer.</a> Cancer Cell International. 19, 91 (2019).</li><li>Spring, B. Q., Rizvi, I., Xu, N., 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=The+role+of+photodynamic+therapy+in+overcoming+cancer+drug+resistance.">The role of photodynamic therapy in overcoming cancer drug resistance.</a> Photochemical &amp; Photobiological Sciences. 14 (8), 1476-1491 (2015).</li><li>Dougherty, T. J., Grindey, G. B., Fiel, R., Weishaupt, K. R., Boyle, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoradiation+therapy.+II.+Cure+of+animal+tumors+with+hematoporphyrin+and+light.">Photoradiation therapy. II. Cure of animal tumors with hematoporphyrin and light.</a> Journal of the National Cancer Institute. 55 (1), 115-121 (1975).</li><li>Etcheverry, M. E., Pasquale, M. A., Garavaglia, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photodynamic+therapy+of+HeLa+cell+cultures+by+using+LED+or+laser+sources.">Photodynamic therapy of HeLa cell cultures by using LED or laser sources.</a> Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 160, 271-277 (2016).</li><li>Guo, Q., Dong, B., Nan, F., Guan, D., Zhang, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=5-Aminolevulinic+acid+photodynamic+therapy+in+human+cervical+cancer+via+the+activation+of+microRNA-143+and+suppression+of+the+Bcl-2/Bax+signaling+pathway.">5-Aminolevulinic acid photodynamic therapy in human cervical cancer via the activation of microRNA-143 and suppression of the Bcl-2/Bax signaling pathway.</a> Molecular Medicine Reports. 14 (1), 544-550 (2016).</li><li>Mroz, P., Yaroslavsky, A., Kharkwal, G. B., Hamblin, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+death+pathways+in+photodynamic+therapy+of+cancer.">Cell death pathways in photodynamic therapy of cancer.</a> Cancers. 3 (2), 2516-2539 (2011).</li><li>Mahalingam, S. M., Ordaz, J. D., Low, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeting+of+a+photosensitizer+to+the+mitochondrion+enhances+the+potency+of+photodynamic+therapy.">Targeting of a photosensitizer to the mitochondrion enhances the potency of photodynamic therapy.</a> ACS Omega. 3 (6), 6066-6074 (2018).</li><li>Granville, D. J., Levy, J. G., Hunt, D. W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photodynamic+treatment+with+benzoporphyrin+derivative+monoacid+ring+A+produces+protein+tyrosine+phosphorylation+events+and+DNA+fragmentation+in+murine+P815+cells.">Photodynamic treatment with benzoporphyrin derivative monoacid ring A produces protein tyrosine phosphorylation events and DNA fragmentation in murine P815 cells.</a> Photochemistry and Photobiology. 67 (3), 358-362 (1998).</li><li>Castano, A. P., Demidova, T. N., Hamblin, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+in+photodynamic+therapy:+part+two+-+cellular+signaling,+cell+metabolism+and+modes+of+cell+death.">Mechanisms in photodynamic therapy: part two - cellular signaling, cell metabolism and modes of cell death.</a> Photodiagnosis Photodynamic Therapy. 2 (1), 1-23 (2014).</li><li>Detty, M. R., Gibson, S. L., Wagner, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+clinical+and+preclinical+photosensitizers+for+use+in+photodynamic+therapy.">Current clinical and preclinical photosensitizers for use in photodynamic therapy.</a> Journal of Medicinal Chemistry. 47 (16), 3897-3915 (2004).</li><li>Allison, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photodynamic+therapy:+oncologic+horizons.">Photodynamic therapy: oncologic horizons.</a> Future Oncology. 10 (1), 123-142 (2014).</li><li>Chepurna, O., 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=Photodynamic+therapy+with+laser+scanning+mode+of+tumor+irradiation.">Photodynamic therapy with laser scanning mode of tumor irradiation.</a> Optical Fibers and Their Applications 2015. 9816, 323-326 (2015).</li><li>Huang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+progress+in+clinical+photodynamic+therapy.">A review of progress in clinical photodynamic therapy.</a> Technology in Cancer Research and Treatment. 4 (3), 283-293 (2005).</li><li>Chepurna, O., 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=LED-based+portable+light+source+for+photodynamic+therapy.">LED-based portable light source for photodynamic therapy.</a> Optics in Health Care and Biomedical Optics. 11190, 109-115 (2019).</li><li>Hasson, O., Wishkerman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CultureLED:+A+3D+printer-based+LED+illumination+cultivation+system+for+multi-well+culture+plates.">CultureLED: A 3D printer-based LED illumination cultivation system for multi-well culture plates.</a> HardwareX. 12, 00323 (2022).</li><li>Wu, X., 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=Localised+light+delivery+on+melanoma+cells+using+optical+microneedles.">Localised light delivery on melanoma cells using optical microneedles.</a> Biomedical Optics Express. 13 (2), 1045-1060 (2022).</li><li>Erkiert-Polguj, A., Halbina, A., Polak-Pacholczyk, I., Rotsztejn, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-emitting+diodes+in+photodynamic+therapy+in+non-melanoma+skin+cancers-own+observations+and+literature+review.">Light-emitting diodes in photodynamic therapy in non-melanoma skin cancers-own observations and literature review.</a> Journal of Cosmetic and Laser Therapy. 18 (2), 105-110 (2016).</li><li>Neupane, J., Ghimire, S., Shakya, S., Chaudhary, L., Shrivastava, V. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+light+emitting+diodes+in+the+photodynamic+therapy+of+rheumatoid+arthritis.">Effect of light emitting diodes in the photodynamic therapy of rheumatoid arthritis.</a> Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 7 (1), 44-49 (2010).</li><li>Lins, E. 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=A+novel+785-nm+laser+diode-based+system+for+standardization+of+cell+culture+irradiation.">A novel 785-nm laser diode-based system for standardization of cell culture irradiation.</a> Photomedicine and Laser Surgery. 31 (10), 466-473 (2013).</li><li>Hopkins, S. L., 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=An+In+vitro+cell+irradiation+protocol+for+testing+photopharmaceuticals+and+the+effect+of+blue,+green,+and+red+light+on+human+cancer+cell+lines.">An In vitro cell irradiation protocol for testing photopharmaceuticals and the effect of blue, green, and red light on human cancer cell lines.</a> Photochemical and Photobiological Sciences. 15 (5), 644-653 (2016).</li><li>Zhang, K., Waguespack, M., Kercher, E. M., Spring, B. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+and+stable+LED+array+illumination+system+for+multiwell+plate+cell+culture+photodynamic+therapy+experiments.">An automated and stable LED array illumination system for multiwell plate cell culture photodynamic therapy experiments.</a> Research Square. , 1-18 (2022).</li><li>G&#225;lvez, E. N., 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+and+evaluation+of+the+operational+characteristics+of+a+new+photodynamic+therapy+device.">Analysis and evaluation of the operational characteristics of a new photodynamic therapy device.</a> Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 37, 102719 (2022).</li><li>Bretin, L., 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=Photodynamic+therapy+activity+of+new+human+colorectal+cancer.">Photodynamic therapy activity of new human colorectal cancer.</a> Cancers. 11 (10), 1474 (2019).</li><li>. T. SketchUp Available from: <a target="_blank" href="https://www.sketchup.com/">https://www.sketchup.com/</a> (2022)</li><li>LCDR PhotoDynamic Therapy (PDT) Equipment Repository. GitHub, Inc Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/PhotoDynamicTherapy">https://github.com/PhotoDynamicTherapy</a> (2022)</li><li>W3C CSS Color Module Level 3. W3C, Inc Available from: <a target="_blank" href="https://www.w3.org/TR/css-color-3/#SRGB">https://www.w3.org/TR/css-color-3/#SRGB</a> (2022)</li></ol>

O dispositivo PhotoACT final foi conveniente para construir com componentes de baixo custo disponíveis comercialmente a um custo total de menos de US $ 50. As vantagens adicionais incluem baixas demandas de manutenção, a capacidade de irradiar vários tipos de placas de cultura, o uso simultâneo de até quatro unidades por ensaio, baixo peso (2 kg)/tamanho (44 cm3) que permite portabilidade, irradiação precisa e reprodutível (dados não mostrados) e uma interface de configuração simples e fácil de us...

Entre as doenças não transmissíveis mais letais, o câncer representa uma das principais causas globais de morte prematura. Foi responsável por quase 10 milhões de mortes em 2020, representando cerca de uma em cada seis mortes em todo o mundo1. Além disso, o fenômeno da multirresistência (MDR) representa uma tremenda ameaça à saúde pública, uma vez que os protocolos quimioterápicos aprovados não atingem os estágios de remissão para essa condição clínica2. As células cancerosas podem desenvolver resistência à quimioterapia através de vários mecanismos; no entanto, a superexpressão de alguns transportadores de de ligação a ATP (ABC) - bombas de efluxo dependentes de ATP - é considerada a principal causa do desenvolvimento de MDR dentro de um microambiente tumoral3. Além da MDR, outras complicações do câncer, como recidiva e metástase, reforçam a demanda urgente de desenvolver e aprimorar abordagens terapêuticas para superar esse desafio oncológico.
A utilização curativa da luz tem sido praticada há séculos4, e a terapia fotodinâmica (TFD) representa uma abordagem terapêutica clinicamente aprovada para tumores sólidos. A TFD combina a administração de um fotossensibilizador (PS) seguido de irradiação de luz para gerar espécies reativas de oxigênio (ROS) para exercer citotoxicidade seletiva em células tumorais. Essa abordagem terapêutica é superior aos métodos convencionais, incluindo cirurgia, radiação e quimioterapia5; é uma técnica minimamente invasiva que apresenta menor citotoxicidade nos tecidos conjuntivos6. A aplicação de luz e o acúmulo de PS diretamente no tumor ou em seu microambiente garantem direcionamento preciso e, consequentemente, efeitos colaterais sistêmicos menores e indesejáveis7 e a possibilidade de tratamento repetido no mesmo local. Além disso, o custo é menor do que o de outras abordagens. Devido às suas características promissoras, a TFD pode ser considerada uma opção adequada tanto para a doença isolada, principalmente no caso de tumores inoperáveis, quanto para o tratamento adjuvante docâncer7, e representa uma alternativa para a MDR relacionada à quimioterapia 8,9.
O primeiro relato mostrando uma alta taxa de resposta objetiva usando PDT foi descrito em 1975 em um rato e rato modelo10. Desde então, estudos têm sido realizados utilizando TFD com desfechos positivos7 in vivo e in vitro com linhagens celulares tumorais humanas em cultura de células 2D11,12. Considerando a ampla aplicabilidade do PS clinicamente aprovado, independentemente de suas vias de acumulação específicas e faixas de comprimento de onda dos picos de absorção, o processo geral é o seguinte: (i) captação de PS, (ii) pico de concentração de PS no tumor ou em seu microambiente, (iii) aplicação de luz, (iv) interação PS-luz, (v) transferência de energia de estado excitada de PS para o substrato tecidual ou moléculas de oxigênio circundantes, (vi) produção de ERO envolvendo oxigênio singlete ou ânion superóxido, (vii) morte de células tumorais via, essencialmente, necrose ou apoptose (morte direta), autofagia (mecanismo citoprotetor), isquemia tecidual (dano vascular), modulação imunológica ou sobreposição desses mecanismos7. Nessa etapa final, a ativação de uma via específica de morte celular depende de muitos fatores, como características celulares, delineamento experimental e, mais importante, localização intracelular da PS e dano direcionado relacionado à TFD13.
A verteporfina é um PS de segunda geração, aprovado por agências reguladoras para uso clínico na Noruega e na China para tratar a degeneração macular relacionada à idade7. Após a administração da dose, foi relatado que esse pró-fármaco se acumula parcialmente nas mitocôndrias14 e induz fosforilação da proteína tirosina celular e fragmentação do DNA, levando à apoptose das células tumorais15,16. Após 24 h de incubação para internalização da verteporfina, recomenda-se um protocolo PDT utilizando uma configuração de comprimento de onda de 690 nm para atingir níveis efetivos de transferência de radiação eletromagnética para moléculas adjacentes 7,17.
Em relação à fonte de luz para TFD, os sistemas clássicos de laser de diodo geralmente são caros, tecnicamente complicados, superdimensionados e, portanto, não portáteis18,19. Como consequência de seu perfil de comprimento de onda único, que também pode ser observado em equipamentos PDT baseados em LED, a demanda por unidades independentes para cada aplicação de fotossensibilizador torna a utilização de sistemas de laser de diodo ainda mais complexa e economicamente inviável20,21. Portanto, a utilização de máquinas de LED é considerada a alternativa mais promissora para resolver não apenas os custos22 e problemas de manutenção, mas também para proporcionar alta potência de saída e menos prejudicial 23 e maior capacidade de iluminação 24,25,26,27.
Apesar da contribuição potencial que os equipamentos baseados em LED podem oferecer para os experimentos de TFD28, a maioria das opções comerciais ainda possui desvantagens, como falta de portabilidade, alto custo e projetos e operações de construção e operação complexos29. O principal objetivo deste trabalho foi oferecer uma ferramenta simples e confiável para ensaios de TFD in vitro . Este artigo descreve o PhotoACT, um dispositivo PDT baseado em LED construído internamente, que é barato, fácil de usar e portátil. Como prova de conceito, este dispositivo é mostrado para aumentar a citotoxicidade da verteporfina em um modelo de cultura de células 2D e, portanto, pode ser usado como uma ferramenta de pesquisa em experimentos de PDT.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.5% Trypsin-EDTA (10x)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15400054</td>
			<td>Mammalian cell culture dissociation reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>Flashforge</td>
			<td></td>
			<td>Finder model</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well plates</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Non-sterile, polystyrene, and high-binding surface plates with flat bottom wells used for 2D cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brightness sensor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>TSL2561 model with 0.1-40.000+ lux detection levels and I2C interface</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buttons</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buzzer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture Flasks</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Sterile, polystyrene, rectangular bottom flask with Tissue Culture (TC)-treated surface, canted neck and vent cap (sizes)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge Tubes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Sterile, polypropylene tubes with 15/50 mL capacity used for cell culture dilution at seeding step of the assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 Incubator</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Controller board</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>ESP32</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Design Software</td>
			<td>Trimble</td>
			<td></td>
			<td>SketchUp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM High Glucose</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11965092</td>
			<td>DMEM (Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium) is a widely used basal medium for supporting the growth of many different mammalian cells.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D4540-500ML</td>
			<td>Dimethyl sulfoxide, &#8805;99.5% (GC), suitable for plant cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum&#160;</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12657029</td>
			<td>FBS provides the best value by delivering consistency of cell growth over time and passages.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gentamicin (50 mg/mL)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15750060</td>
			<td>Water-soluble antibiotic drug originally purified from the fungus&#160;Micromonospora purpurea. Gentamicin acts by preventing cell culture contamination</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemocytometer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Neubauer patterned chamber used for cell counting at seeding step of the assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted Laboratory Microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td></td>
			<td>DM IL LED</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laminar Flow Hood</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Cabin designed to protect the working environment from contaminants by maintaining a constant, unidirectional flow of HEPA-filtered air over the work area. Used at several steps of cell cultivation and treatment procedures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LCD display</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED RGB WS2812</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>5050 RGB SMD model with a built-in processor. Tape with 30 LEDs, 1 meter length and 9 watts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MDF fiberboards</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>3mm thickness medium-density fiberboards</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge Tubes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Sterile, polypropylene tubes with safety lid and 1.5/2.0 mL capacity. Convenient tools for manipulating small volumes at treatment step of the assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microplate reader</td>
			<td>ThermoFischer</td>
			<td></td>
			<td>Multiskan FC Microplate Photometer designed to detect a broad wavelength range of absorbance (340-850 nm). The equipment was used to evaluate cell viability after MTT incubation.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MTT Reagent</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>M6494</td>
			<td>3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide. Used for cell viability assays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operational System</td>
			<td>Real Time Engineers ltd.</td>
			<td></td>
			<td>FreeRTOS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P10 micripipette</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Non-electronic, single-channel, 1-10 &#956;L capacity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P1000 micropipette</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Non-electronic, single-channel, 10-1000 &#956;L capacity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P200 micropipette</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Non-electronic, single-channel, 20-200 &#956;L capacity</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDT Equipment</td>
			<td>LumaCare</td>
			<td></td>
			<td>Model LC-122</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate-Buffered Saline pH 7.4</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10010031</td>
			<td>Balanced salt formulation used for washing cells during cultivation and assay procedures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiometers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tips</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Non-sterile, universal fit, 10/200/1000 &#956;L maximum volumes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Verteporfin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>SML0534-5MG</td>
			<td>Verteporfin, &#8805;94% (HPLC)</td>
		</tr>
	</tbody>
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an in-house-built and light-emitting-diode-based photodynamic therapy device for enhancing verteporfin cytotoxicity in a 2d cell culture model

Este artigo descreve um dispositivo novo, simples e de baixo custo para realizar ensaios de terapia fotodinâmica in vitro (TFD), chamado PhotoACT. O dispositivo foi construído usando um conjunto de diodos emissores de luz programáveis convencionais (LEDs), um módulo de display de cristal líquido (LCD) e um sensor de luz conectado a uma placa microcontroladora comercial. A estrutura baseada em caixa do protótipo foi feita com painéis de fibra de média densidade (MDFs). O compartimento interno pode alocar simultaneamente quatro microplacas multipoços de cultura celular.
Como prova de conceito, estudamos o efeito citotóxico do fotossensibilizador (PS) verteporfina contra a linhagem celular HeLa em cultura bidimensional (2D). As células HeLa foram tratadas com concentrações crescentes de verteporfina por 24 h. O meio sobrenadante contendo fármaco foi descartado, as células aderentes foram lavadas com solução salina tamponada com fosfato (PBS) e o meio livre de drogas foi adicionado. Neste estudo, o efeito da verteporfina nas células foi examinado sem exposição à luz ou após exposição por 1 h à luz usando valores vermelho-verde-azul (RGB) de 255, 255 e 255 (fluência média de 49,1 ± 0,6 J/cm2). Após 24 h, a viabilidade celular foi avaliada pelo ensaio de brometo de 3-(4,5-dimetil-2-tiazolil)-2,5-difeniltetrazólio (MTT).
Os resultados experimentais mostraram que a exposição das células tratadas com verteporfina à luz do dispositivo aumenta o efeito citotóxico da droga através de um mecanismo mediado por espécies reativas de oxigênio (ROS). Além disso, o uso do protótipo descrito neste trabalho foi validado comparando-se os resultados com um dispositivo PDT comercial. Assim, este protótipo de terapia fotodinâmica à base de LED representa uma boa alternativa para estudos in vitro de TFD.

O dispositivo PDT final, chamado de PhotoACT, incluía uma câmara escura para alocar até quatro microplacas multipoço, com sua superfície interna superior equipada com um conjunto de 30 LEDs dispersos programados para emitir espectros distintos de luz visível (Figura 3 e Arquivo Suplementar 6). O dispositivo foi construído utilizando duas caixas associadas: uma caixa interna projetada como uma câmara escura para os ensaios de PDT e uma caixa externa para cobrir a câm...

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An In-House-Built and Light-Emitting-Diode-Based Photodynamic Therapy Device for Enhancing Verteporfin Cytotoxicity in a 2D Cell Culture Model

Aqui, descrevemos um dispositivo novo, simples e de baixo custo para realizar com sucesso ensaios de terapia fotodinâmica in vitro (TFD) usando cultura de células HeLa bidimensionais e verteporfina como fotossensibilizador.

Um dispositivo de terapia fotodinâmica interno construído internamente e baseado em diodo emissor de luz para melhorar a citotoxicidade da verteporfina em um modelo de cultura de células 2D

This paper describes a novel, simple, and low-cost device to perform in vitro photodynamic therapy (PDT) assays, named the PhotoACT. The device was built ...

A terapia fotodinâmica, PDT, oferece várias vantagens para o tratamento do câncer, e sua eficácia depende de uma fonte de luz para ativar um fotossensibilizador. Apesar dos recentes avanços no campo, há uma falta de acesso a um dispositivo caro e reprodutível para PTD para modelos in vitro. Para atender a essa demanda, este trabalho descreve um dispositivo novo, simples e de baixo custo para realizar ensaios de TFD em culturas celulares, denominado PhotoAct.Para iniciar a construção, viu placas de fibra de média densidade de três milímetros de espessura, MDF, para obter peças com as seguintes dimensões. Crie duas caixas com as seguintes dimensões. Perfure a parte de trás da caixa maior para instalar um conector de tomada de barril.Além disso, perfure a parte superior da caixa maior, a parte superior e a parte inferior da caixa menor para fornecer uma passagem para cabos elétricos. Pinte todas as superfícies internas com tinta preta para promover a incidência de luz homogênea. Anexe em paralelo três fitas LED com 10 LEDs cada na superfície interior superior da caixa menor.Além disso, instale um sensor de brilho no centro da superfície interior inferior da caixa menor. Imprima a estrutura da unidade de controle usando o arquivo de impressão 3D suplementar. Instale todos os componentes, botão liga/desliga, potenciômetros, touchpad de início de tempo, LEDs, sensor de brilho, LCD, campainha e fonte de alimentação, e as partes de uma placa controladora ESP-32 montada no interior da unidade de controle.Carregue o código de programação disponível no arquivo suplementar e execute um teste para verificar se todas as conexões estão funcionando. Monte as caixas e fixe-as juntas para evitar lacunas e, consequentemente, interferência de iluminação externa e perda imediata de luz. Anexe a unidade de controle montada à área perfurada na parte superior do protótipo.Construa uma porta da frente do mesmo material nas seguintes dimensões e fixe-a na caixa externa com dobradiças e fitas Velcro para garantir o fechamento da câmara e ensaios ininterruptos. Instale também uma maçaneta para manipular a porta da frente com facilidade e precisão. Anexe quatro almofadas de borracha na parte inferior do protótipo para garantir mais estabilidade durante as operações.Cultivar linhagem celular HeLa no Dulbecco's Modified Eagle Medium de baixa glicose com 10% de soro fetal bovino e 1% de gentamicina. Mantenha os frascos de cultura a 5% de dióxido de carbono e 37 graus Celsius. Gerenciar e inspecionar a cultura celular até atingir 80 a 90% de confluência.Inicie o protocolo de viabilidade celular com o processo de semeadura. Retirar o meio do balão com cultura de células HeLa confluentes. Lavar o balão com solução salina tampão fosfato, PBS, e separar a cultura com tripsina seguindo os detalhes destacados.Conte as células ressuspensas com um hemocitômetro e semeie-as em uma microplaca de vários poços na concentração de 20.000 células por poço. Prepare duas placas para condições escuras e claras de tratamento e incube-as por 24 horas até a fixação celular. Para prosseguir com o tratamento com um fotossensibilizador, remova o meio de ambas as placas e trate as células com 100 microlitros de concentrações crescentes de Verteporfina.Mantenha as células em tratamento por 24 horas para permitir a internalização da Verteporfina. Após a incubação, remova o tratamento, lave as células com PBS e adicione o meio livre de drogas. Cubra uma microplaca com papel alumínio para protegê-la da exposição à luz e incube-a por 24 horas.Esta microplaca oferecerá dados de controle para uma análise mais aprofundada dos resultados da TFD. A outra microplaca será utilizada em condição de exposição à luz no PhotoAct. Para operar o equipamento, conecte-o à tomada e ligue-o, pressionando o botão liga/desliga.Coloque a microplaca de vários poços na câmara PDT e feche o equipamento prendendo a porta frontal com as fitas laterais Velcro. Para configurar o equipamento, use os potenciômetros para ajustar a configuração RGB da emissão de luz. Pressione o touchpad de mais/menos para ajustar a configuração de tempo e definir a duração do ensaio.Verifique se as informações corretas sobre o ensaio são mostradas no visor e faça os ajustes finais, se necessário. Pressione o touchpad inicial para iniciar o ensaio. Uma campainha de um bipe deve ser ouvida no início do experimento.Durante o experimento, informações de progresso podem ser observadas na tela, como irradiância e tempo restante. Não abra a porta da frente nem altere qualquer configuração durante o ensaio PDT. No final do ensaio, uma campainha de quatro bipes deve ser ouvida e o sistema eletrônico desligará todos os LEDs.Uma mensagem finalizada e a quantidade final de energia expandida durante o experimento podem ser observadas no visor. O valor final da fluência é calculado de acordo com a equação destacada. Cubra a microplaca que sofreu exposição à luz e prossiga com a incubação de 24 horas.Após o período de incubação, remova o meio de ambas as placas, lave a monocamada de células com PBS e adicione a solução de MTT. Incubar ambas as placas em condições escuras e claras por quatro horas para permitir a formação de cristais formazan. Remova cuidadosamente a solução de MTT e dissolva os cristais roxos com uma solução de DMSO e etanol.Após a dissolução completa dos cristais, realizar a medição da absorbância utilizando um leitor de microplacas a 595 nanómetros. O produto final consiste em uma câmara escura com sua superfície interior superior equipada com um conjunto de 30 diodos emissores de luz dispersos, LEDs, programados para emitir espectros distintos de luz visível. Uma incidência de luz homogênea é estabelecida devido à baixa refletividade das superfícies interiores e à distribuição uniforme da configuração dos LEDs.A interface de configuração é fácil de usar e a condição experimental estabelecida foi reprodutível. Como prova de conceito, o dispositivo foi usado para aumentar o efeito citotóxico da verteporfina em cultura de células HeLa 2D após exposição à luz. Como mostrado na figura, o valor de GI50 foi de 3,1 micromolares para a condição de luz.e 13,8 micromolares para a condição escura Portanto, o aumento de mais de quatro vezes na eficiência comparando as condições confirma o uso da Verteporfina como fotossensibilizador e a aplicabilidade do PhotoAct nos ensaios de TFD. Para validar o uso do protótipo descrito neste trabalho, um dispositivo PDT comercial foi utilizado nas mesmas condições experimentais, incluindo fotossensibilizador, células e fluência, e os resultados foram comparados. Como mostrado na figura, ambos os dispositivos fotoativaram a Verteporfina igualmente, aumentando o efeito citotóxico.Finalmente, a morte celular mediada por EROs desencadeada pela Verteporfina após a exposição à luz foi confirmada por citometria de fluxo usando o ensaio DCFDA. Em resumo, o dispositivo foi facilmente construído com componentes de baixo custo comercialmente disponíveis com um custo total de menos de 50. As principais outras vantagens do dispositivo incluem portabilidade, baixa demanda de manutenção, capacidade de irradiar vários tipos de placas de cultura, o uso simultâneo de até quatro unidades por ensaio, irradiação precisa e reprodutível, interface de configuração fácil de usar e simples que não requer conexão com computadores ou outras máquinas.Além disso, um fluxograma de decisão é apresentado para fornecer uma abordagem sistemática de resolução de problemas para encontrar e corrigir problemas ou erros durante a operação. Estes resultados permitem alargar os benefícios do PhotoAct para facilitar a TFD à investigação científica, explorando o mecanismo de ação dos fotossensibilizadores e as suas aplicações clínicas.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

An Efficient Method for the Isolation of Highly Purified RNA from Seeds for Use in Quantitative Transcriptome Analysis

Um método eficiente para o isolamento de ARN altamente purificada a partir de sementes para Utilização em Análise Quantitativa do transcriptoma

Plant seeds accumulate large amounts of storage reserves comprising biodegradable organic matter. Humans rely on seed storage reserves for food and as ...

Bioquímica

Time-resolved ElectroSpray Ionization Hydrogen-deuterium Exchange Mass Spectrometry for Studying Protein Structure and Dynamics

resolvida no tempo com ionização por electrospray Hidrogénio-deutério troca Espectrometria de Massa para estudar a estrutura e dinâmica das proteínas

Intrinsically disordered proteins (IDPs) have long been a challenge to structural biologists due to their lack of stable secondary structure elements. ...

Easy Manipulation of Architectures in Protein-based Hydrogels for Cell Culture Applications

Fácil manipulação das arquiteturas em hidrogel à base de proteínas para aplicações de cultura de células

Hydrogels are recognized as promising materials for cell culture applications due to their ability to provide highly hydrated cell environments. The field ...

Sample Preparation for Mass Spectrometry-based Identification of RNA-binding Regions

Preparação da amostra para identificação de espectrometria de massa-baseada das regiões de ligação de RNA

Noncoding RNAs play important roles in several nuclear processes, including regulating gene expression, chromatin structure, and DNA repair. In most ...

Study on the Metabolism of Six Systemic Insecticides in a Newly Established Cell Suspension Culture Derived from Tea (Camellia Sinensis L.) Leaves

Study on the Metabolism of Six Systemic Insecticides in a Newly Established Cell Suspension Culture Derived from Tea Camellia Sinensis L. Leaves

Estudo sobre o metabolismo de seis inseticidas sistêmicas em uma cultura de suspensão celular recém-estabelecida derivada do chá (Camellia sinensis L.) Folhas

A platform for studying insecticide metabolism using in vitro tissues of tea plant was developed. Leaves from sterile tea plantlets were induced to form ...

Enhancing the Engraftment of Human Induced Pluripotent Stem Cell-derived Cardiomyocytes via a Transient Inhibition of Rho Kinase Activity

Melhorar o Engraftment de cardiomiócitos derivados de células-tronco pluripotentes induzidas por uma inibição transitória da atividade da Rho kinase

A crucial factor in improving cellular therapy effectiveness for myocardial regeneration is to safely and efficiently increase the cell engraftment rate. ...

Cell Culture on Silicon Nitride Membranes and Cryopreparation for Synchrotron X-ray Fluorescence Nano-analysis

Cultura celular em membranas de nitreto de silício e criopreparação para a fluorescência de raios-X synchrotron Nano-análise

Very little is known about the distribution of metal ions at the subcellular level. However, those chemical elements have essential regulatory functions ...

Ultra-High-Speed Western Blot using Immunoreaction Enhancing Technology

Blot ocidental de alta velocidade usando tecnologia de aprimoramento de imunoreaction

A western blot (also known as an immunoblot) is a canonical method for biomedical research. It is commonly used to determine the relative size and ...

Continuous Fluorescence-Based Endonuclease-Coupled DNA Methylation Assay to Screen for DNA Methyltransferase Inhibitors

Ensaio de metilação de DNA acoplado à endonuclease à base de fluorescência contínua para triagem de inibidores da DNA metiltransferase

DNA methylation, a form of epigenetic gene regulation, is important for normal cellular function. In cells, proteins called DNA methyltransferases (DNMTs) ...

Deciphering Molecular Mechanism of Histone Assembly by DNA Curtain Technique

Chromatin is a higher-order structure that packages eukaryotic DNA. Chromatin undergoes dynamic alterations according to the cell cycle phase and in ...