Der Forschungsumfang umfasst im Wesentlichen die Entwicklung von Tumorgewebe und die Herstellung von Phantomen für plasmonische photothermische Krebstherapeutika zur Validierung der numerischen Simulationen sowie die Spezifizierung der therapeutischen Parameter für In-vivo-Experimente zur Bewertung des therapeutischen Ergebnisses. Dieses Protokoll schließt die Lücke zwischen numerischer Modellierung und experimenteller Validierung für die plasmonische photothermische Therapie sowie der Abschätzung therapeutischer Parameter für die In-vivo-Evaluierung vor der klinischen Translation. Dieses Protokoll bietet eine kostengünstige Bewertung der plasmonischen photothermischen Wechselwirkung bei soliden Tumoren unter Verwendung von Agarose-Phantomen mit Thermoelement-Überwachung, wodurch der Bedarf an Tieren für In-vivo-Tests minimiert wird.
Die phantombasierte Auswertung ermöglicht die Validierung der Simulation, um die Behandlungsgenauigkeit zu verbessern und Parameter wie Nanopartikelkonzentration und Iterationseinstellungen abzustimmen, um sichere und wirksame plasmonische photothermische Krebstherapeutika zu unterstützen. In Zukunft wollen wir realistischeres Tumorgewebe entwickeln, das Phantome bildet, an denen Melanin, Hämoglobin und der Blutfluss beteiligt sind. Außerdem wollen wir die Multi-Site-Injektionen für große Tumore erforschen.
Entwerfen Sie zunächst ein dreidimensionales Modell mit CAD-Software. Klicken Sie auf Neu, gefolgt von Erstellen, um eine zylindrische Hohlform zu entwerfen. Drücken Sie auf Dokumenteinstellungen und wählen Sie Einheiten, um die Einheit in Millimeter zu ändern.
Entwerfen Sie eine zylindrische Form mit einem Innendurchmesser von 40 Millimetern und einer Höhe von 12 Millimetern sowie zwei massiven zylindrischen Abdeckformen. Verwenden Sie den generierten G-Code, um die Formen mit einem 3D-Drucker mit Polymilchsäurefilament zu drucken. Für die Herstellung von Lösung eins fügen Sie 0,35 Gramm Agarose zu 33,18 Millilitern entionisiertem Wasser in einem Becherglas hinzu.
Decken Sie den Becher mit Alufolie ab, um Wasserverlust zu vermeiden. Erhitzen Sie das Becherglas auf einer heißen Platte bei 120 Grad Celsius unter Rühren, bis die Lösung durchsichtig wird. Senken Sie dann die Temperatur der Heizplatte auf 60 Grad Celsius und lassen Sie die Lösung 15 Minuten abkühlen.
Unter Rühren 1,82 Milliliter Intralipidlösung hinzufügen und weiter mischen. Für Lösung zwei geben Sie 45 Milligramm Agarose zu 1,18 Millilitern entionisiertem Wasser in ein Becherglas und decken Sie es mit Alufolie ab. Nach dem Erhitzen und Abkühlen der Lösung, wie zuvor gezeigt, fügen Sie unter Rühren 106,2 Mikroliter Intralipidlösung und 3,21 Milliliter der Goldnanostäbchensuspension hinzu.
Bewahren Sie Lösung zwei bis zur Verwendung unter ständigem Rühren bei 60 Grad Celsius auf. Zur Herstellung von Lösung drei 25 Milligramm Agarose zu 2,44 Millilitern entionisiertem Wasser in ein Becherglas geben und mit Alufolie abdecken. Erhitzen und kühlen Sie die Lösung.
Fügen Sie dann 59 Mikroliter Intralipidlösung hinzu und rühren Sie bei 60 Grad. Für die Herstellung eines Tumorgewebe-imitierenden Phantoms versiegeln Sie zunächst den Boden der zylindrischen Formen mit Parafilm. Platzieren Sie die Abdeckform in der Mitte.
Zur Vorbereitung des IT-Phantoms gießen Sie Lösung eins in die zylindrischen Formen bis zur oberen Markierung der Abdeckform. Entfernen Sie nach der Erstarrung die Abdeckform, um einen Hohlraum für die Tumorregion zu schaffen. Füllen Sie dann den Hohlraum mit Lösung zwei und lassen Sie sie erstarren.
Geben Sie dann Lösung eins auf die Oberseite des Phantoms und lassen Sie sie vollständig erstarren. Für die Vorbereitung des IV-Phantoms setzen Sie eine kleinere Abdeckform ein und füllen Sie den Hohlraum um sie herum mit Lösung zwei. Entfernen Sie nach dem Erstarren die kleinere Form und füllen Sie den verbleibenden Hohlraum mit Lösung drei.
Fügen Sie Lösung eins hinzu und lassen Sie sie vollständig erstarren. Setzen Sie anschließend Thermoelemente in einige Glaskapillaren ein, die auf Länge geschnitten wurden. Punktion der Phantome an bestimmten radialen und axialen Stellen.
Sobald alle Thermoelemente an Ort und Stelle sind, legen Sie das Phantom vorsichtig in eine Petrischale aus Glas für die anschließende NIR-Infrarotbestrahlung. Positionieren Sie die Petrischale aus Glas so, dass der zentrale Bereich der Oberseite des Phantoms senkrecht und axial zur optischen Faserspitze der NIR-Infrarotlichtquelle ausgerichtet ist. Schließen Sie dann das Datenerfassungssystem an den Computer an und starten Sie die Lab View-Software.
Schalten Sie die NIR-Infrarotlichtquelle ein und starten Sie die Aufzeichnung von Temperaturdaten, indem Sie die Wiedergabetaste in der Software drücken. Bestrahle das Phantom 20 Minuten lang in einem dunklen Raum. Schalten Sie dann die NIR-Lichtquelle aus und stoppen Sie die Aufnahme.
Zeichnen Sie nun die aufgezeichneten Daten der mittleren Temperatur über der Zeit auf und vergleichen Sie dann die mittlere experimentelle Temperatur mit der simulierten Temperatur an allen Thermoelementstandorten. Der Temperaturanstieg in der IT-Verteilung des in Gold-Nanostäbchen eingebetteten Tumorgewebephantoms war aufgrund der erhöhten Streuung in der IV-Verteilung höher als in der IV-Verteilung. Der maximale Temperaturanstieg betrug etwa 11 Grad Celsius für die IT-Verteilung und sechs Grad Celsius für die IV-Verteilung an der Null-Drei-Thermoelement-Position.
Der maximale quadratische Wurzelfehler für intratumorale und intravenöse Verteilungen betrug 2,10 Grad Celsius bzw. 1,94 Grad Celsius.
