이 연구는 NCI P30 CA023108 및 NCI U54 CA151662의 보조금 번호로 자금을 지원받았습니다.

다트머스 대학 동물 관리 및 사용 프로그램은 미국 실험실 동물 관리 인증 협회 (iAAALAC)의 인증을 받았으며 모든 UDSA 및 NIH (실험 동물 복지 사무소) 지침 및 규정을 준수합니다. 모든 생체 내 연구는 다트머스 대학 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)의 승인을 받았습니다. 안락사 절차는 동물 안락사에 대한 2020 AVMA 지침을 준수합니다.
1. 시스템의 계측/설계
<ol><li>맞춤형 AMF 안테나(코일)를 폐쇄 루프로 설계하고 원하는 자기장을 생성하기 위해 모양을 선택합니다. 발전기 선택의 인덕턴스 공식과 특성을 사용하여 원하는 필드를 생성하는 호환 가능한 코일을 설계합니다. 시험관 내 및 생체 내 실험에 다양한 디자인을 사용하십시오.</li>
	<li>AMF 안테나 인덕턴스가 발전기의 허용 범위 내에 있는지 확인합니다. 커패시터를 더하거나 빼서 안테나를 발전기에 일치(조정)합니다.</li>
	<li>체외 실험의 경우 1.5mL 튜브를 포함할 수 있는 내경 2cm, 길이 14cm의 14회전 헬리컬 코일을 설계하여 여러 샘플을 동시에 처리할 수 있습니다. 코일을 비닐 폴리머로 절연하고 폴리스티렌 스페이서를 사용하여 튜브에서 코일을 분리하십시오. 설계 사양 및 고려 사항에 대한 자세한 내용은 보충 파일 1에 있습니다.</li>
	<li>생체 내 실험의 경우 독점 설계 정보가 있는 제조업체로부터 맞춤형 전신 헬리컬 코일을 구입하십시오. 8mm 사각 튜브(코일 보어 내에 보다 균일한 필드를 생성하므로)와 대상 처리 영역에 집중기를 사용하십시오. 농축기를 5.0cm 길이로 만들고 총 5회 돌려 내경 3.6cm, 외경 5.2cm를 만들고 표적 치료 부위에 위치합니다. 코일을 폴리 카보네이트 쉘로 둘러싸십시오.</li>
	<li>정격 전력이 10kW 이상인 조정 가능한 전력 및 주파수가 있는 AMF 발전기를 전원으로 사용하십시오. 인덕턴스는 전원과 안테나/코일을 0.62에서 1.18μHenries(μH) 범위로 일치시켜 30-300kHz 범위의 주파수를 허용합니다. 50psi로 조절된 원심 부스트 펌프를 통해 재활용된 물을 사용하여 발전기를 냉각합니다.</li>
	<li>AMF 안테나를 통해 물로 희석된 25% 에틸렌 글리콜 기반 열전달 유체를 펌핑하는 5.6톤 냉각 용량 냉각기로 코일을 냉각합니다. 안테나가 샘플을 가열하거나 냉각하지 않도록 냉각기의 온도를 설정하십시오.</li>
	<li>동물 격리의 경우 홀더와 코일 표면 사이에 0.5cm의 에어 갭이 있는 코일 중앙에 매달릴 수 있는 관형 홀더를 구성합니다. 코일 주위의 쉘을 통해 공기를 순환시키는 조정 가능한 조절 식 공기 펌프를 연결하고 정상적인 동물 코어 온도를 유지하도록 설정하십시오. 마취 기계를 동물의 머리 근처의 관형 동물 홀더에 연결하여 적절한 마취 전달을 보장합니다.</li>
	<li>세포 봉쇄를 위해 튜브가 놓인 스페이서를 통해 수조에서 물을 순환시키는 장치를 만드십시오. 튜브가 37 ° C에서 물로 둘러싸이도록이 수조의 온도를 설정하십시오.</li>
	<li>광섬유 프로브를 사용하여 종양, 동물의 핵심 및 동물 환경 내의 온도를 모니터링하거나 시험관 내 연구를 위해 세포 펠릿의 온도와 튜브를 둘러싼 물을 모니터링합니다.</li>
	<li>모든 실험에 100nm 크기의 자성 산화철 나노 입자를 사용하십시오. 참고 : 농도와 전자파 흡수율 (SAR)은 가능한 가열 및 열 선량18에 직접적인 영향을 미치기 때문에 나노 입자를 선택할 때 고려해야 할 두 가지 특성입니다.</li>
</ol>2. 시험관 내 온열요법
<ol><li>B16F10 뮤린 흑색종 세포를 10% FBS 및 1% Pen/연쇄상 구균이 있는 RPMI 배지에서 배양합니다. 6웰 플레이트에 150, 000개의 세포/웰을 플레이트하고 2mL의 완전 배지를 사용합니다.</li>
	<li>각각의 웰, 즉 mNP가 없고 AMF가 없는 세포, mNP가 있고 AMF가 없는 세포, mNP가 없는 세포 및 AMF가 없는 세포, mNP 및 AMF가 있는 세포에 대한 적절한 처리를 결정한다. 알림: 또한 온열요법과 다른 요법을 병용하는 경우 적절한 대조군이 있는지 확인하십시오. AMF는 필요한 전력 및 냉각 기능을 갖춘 표준 연구 벤치 실험실에서 수행됩니다.</li>
	<li>도금 후 24시간 후, 이전 단계에서 결정된 대로 적절한 웰에 mNP를 추가합니다. 3 mg 철 / mL의 농도에 mNP를 추가하십시오. 스톡 미디어/mNP 솔루션을 생성하거나(오래된 미디어 제거, 이 솔루션 추가) 균일한 분배를 위해 mNP를 직접 부드럽게 소용돌이치는 플레이트를 추가하여 mNP가 웰 전체에 분포되도록 합니다.</li>
	<li>mNP 첨가 후 48시간 후, 웰이 ~80% 합류할 때 배지를 제거하고 새로운 배지로 웰을 세척하여 처리를 시작합니다. 미디어를 제거합니다.</li>
	<li>치료중인 각 웰에 0.5mL의 트립신을 넣고 부드럽게 소용돌이 치십시오. 현미경을 사용하여 세포가 분리되어 있는지 확인하십시오.</li>
	<li>각 웰에 1mL의 배지를 추가하여 세포를 1.5mL 튜브에 수집합니다. 웰에서 모든 세포를 수집합니다 (~ 1 x 106 세포). 각 웰에 대해 명확하게 표시된 별도의 튜브를 사용하십시오.</li>
	<li>세포가 펠릿이 될 수 있도록 60 x g 에서 2-3분 동안 튜브를 회전시킵니다. 미디어에 펠릿을 보관하십시오.</li>
	<li>코일 안에 물이 가득 찬 스페이서에 튜브를 놓습니다. 배지 및 셀 펠릿이 37°C로 유지되도록 수조의 온도를 설정한다. 별도의 광섬유 온도 프로브를 사용하여 튜브와 수조 내부의 온도를 모니터링합니다.</li>
	<li>냉각기를 켜고 냉각수가 코일을 통해 흐르고 있는지 확인하십시오. 전원을 켜고 최대 백분율을 원하는 필드로 조정합니다. 10kW 발전기로 구동되는 14회전 솔레노이드 코일을 165kHz 및 23.87kA/m(300Oe)에서 작동합니다.</li>
	<li>별도의 광섬유 온도 프로브를 튜브 중 하나에 놓습니다. 이전에 결정된 프로토콜 열 투여량까지 세포를 처리한다. 예는 43°C에서 30분(30/CEM43)입니다.</li>
	<li>튜브에 있는 배지에 세포를 재현탁하고 새 6웰 플레이트에 다시 플레이팅합니다. 새 번호판에 명확하게 라벨을 붙입니다. 목표는 수집된 모든 세포를 다시 플레이팅하는 것입니다(~1 x 106 셀). 알림: 배양되는 세포가 치료를 받았는지 확인하기 위해 새로운 6웰 플레이트를 사용해야 합니다. 오래된 플레이트를 사용하면 성공적으로 트립신 화되지 않은 플레이트에 여전히 세포가 남아있을 수 있습니다.</li>
	<li>필요한 경우 다음 실험 절차를 위해 RNA 또는 단백질 발현 분석을 위해 세포를 용해시킵니다.</li>
</ol>3. 생체 내 온열요법
<ol><li>세포 배양 및 접종<ol><li>B16F10 뮤린 흑색종 세포를 10% FBS 및 1% Pen/연쇄상 구균이 있는 RPMI 배지에서 배양합니다. 원하는 수의 동물을 접종하기에 충분한 세포를 제공하는 접시 / 접시를 사용하십시오. 예를 들어, 100, 000 개의 세포로 도금 된 10, 100 mm 접시는 48 시간 이내에 20 마리의 마우스 주사를위한 충분한 세포와 합류합니다.</li>
		<li>세포를 트립신화하고 순수 RPMI 배지(FBS 또는 펜/스트렙 없음)를 사용하여 수집합니다.</li>
		<li>세포를 계수하고 접종량과 마우스 수를 기반으로 원하는 세포 농도에 대한 용액을 만듭니다.</li>
		<li>기화된 이소플루란과 산소를 사용하여 6주 된 암컷 C57Bl/6 마우스를 마취합니다. 유도 될 때까지 5 % 이소 플루 란과 95 % 산소가 함유 된 플렉시 유리 상자에 동물을 넣습니다. 일단 유도되면, 동물을 제거하고 2% 이소플루란에서 페이스 콘을 사용하여 3.1.5-3.1.7 및 3.3.3-3.3.6단계를 완료하십시오. 알림: 치료 중 마취를 위해 내장 마취 봉쇄를 사용하십시오. 마우스 마취에 대한 표준 기관 프로토콜을 따르십시오. 동물 실험 전에 적절한 IACUC 승인을 확인하십시오. 마취 후 동물을 새장으로 되돌리고 회복을 모니터링하여 합병증이 없는지 확인하십시오.</li>
		<li>올바른 반사에 대한 반응이 없는지 확인하십시오.</li>
		<li>전기 면도기를 사용하여 오른쪽 측면을 면도하십시오.</li>
		<li>알코올 닦음으로 주사 부위를 청소하십시오. 1-2 x 106 세포를 주사하고, 28 G 바늘을 갖는 100 μL 유리 주사기를 사용하여, 50 μL의 배지에 분산시키고, 면도된 마취의 우측 옆구리에 피내로 분산시킨다.</li>
	</ol></li>
	<li>종양 성장/나노입자 주입<ol><li>캘리퍼스(길이, 너비 및 깊이)를 사용하여 종양을 3차원으로 측정하고 (길이 x 너비 x 깊이 x π)/6으로 부피를 계산합니다.</li>
		<li>종양 부피가 120 mm 3 (+/- 20 mm3)에 도달하면 동물을 연구에 두십시오. 조합 요법 코호트(즉, 대조군, mNPH, 방사선 및 조합)를 포함한 적절한 대조군 및 치료 그룹이 있는지 확인하여 연구를 설계합니다.</li>
		<li>3.1.4에 설명된 대로 mNP를 받을 마우스를 마취합니다.</li>
		<li>알코올 물티슈로 해당 부위를 청소하십시오. AMF 치료 3시간 전에 종양에 mNP를 주입합니다. 복용량이 종양의 철 / cm3 7.5mg이되도록 부피를 주사하십시오. 참고 : 실험실의 미공개 데이터에 따르면 최대 mNP 흡수는 3-6 시간에 발생합니다.</li>
	</ol></li>
	<li>암프 치료<ol><li>마우스를 마취시키고 가열 패드에 올려 코어 온도를 유지하십시오.</li>
		<li>올바른 반사에 대한 반응이 없는지 확인하십시오. 마우스에서 귀 태그 또는 기타 금속 물체를 제거합니다.</li>
		<li>윤활된 광섬유 온도 프로브를 마우스의 직장에 부드럽게 놓습니다.</li>
		<li>카테터를 종양에 넣고 바늘을 제거하십시오. 카테터가 종양에서 너무 많이 튀어 나오지 않도록 자릅니다. 참고: 광섬유 온도 카테터는 마우스가 전신 마취 하에 있는 동안, 즉 카테터가 종양 가열 절차 동안에만 제자리에 있는 동안 배치 및 제거됩니다. 마우스는 시술시 NSAID 진통제 인 케토 프로 펜 (5mg / kg)을 단일 피하 투여받습니다. 카테터 배치와 관련된 단기 또는 장기간의 불편함이나 이환율을 관찰하지 못했습니다.</li>
		<li>3센서 광섬유 온도 프로브를 카테터에 삽입합니다. 카테터는 광섬유 온도 프로브 센서를 보호합니다.</li>
		<li>직장과 종양 내 프로브를 동물의 꼬리에 테이프로 붙여서 제자리에 유지되도록합니다.</li>
		<li>마우스를 50mL 튜브에 넣고 머리를 바닥으로 향하게 합니다. 튜브는 마취가 연결되고 전달 될 머리 근처에 구멍이 있어야합니다.</li>
		<li>설정된 코일 안에 튜브를 놓고 마취를 다시 연결합니다.</li>
		<li>광섬유 온도 프로브를 튜브에 느슨하게 배치하여 환경 온도를 측정합니다.</li>
		<li>냉각기를 켜고 냉각수가 순환되고 있는지 확인하십시오.</li>
		<li>컴퓨터 소프트웨어가 다양한 온도를 표시하고 있는지 확인하고 CEM43 계산을 실시간으로 표시할 수 있도록 기록을 시작합니다. 필요한 CEM43은 이전에 결정된 용량입니다. 알림: 자석을 켜기 전에 빠르게 가열되므로 동물에 금속 물체가 부착되어 있지 않은지 확인하십시오. 또한 방에 있는 모든 사람에게 심박 조율기가 없고 안전하게 있어야 하는지 확인하십시오.</li>
		<li>낮은 전력 비율로 자석을 켭니다.</li>
		<li>광섬유 온도 프로브가 온도 변화를 기록하고 있는지 확인하십시오. 필드가 증가함에 따라 AMF가 활성화되면 온도가 증가합니다. 동물의 중심 온도가 38 ° C로 유지되도록하십시오. 조절된 에어 재킷을 사용하여 코어 온도를 조절하십시오.</li>
		<li>내장 된 제어 다이얼을 사용하여 발전기의 전원을 변경하여 자기장의 강도를 조정하면 종양의 온도 수준을 제어합니다.</li>
		<li>일단 AMF를 차단하면 원하는 투여량(예를 들어 CEM43 40)이 종양 내에서 달성된다.</li>
		<li>AMF가 종료되면 코일에서 튜브를 제거합니다.</li>
		<li>튜브에서 마우스를 제거하고 다양한 프로브 및 카테터를 추출합니다. 필요한 경우 새 금속 귀 태그로 동물에 태그를 지정하십시오.</li>
		<li>처리가 완료되면 냉각기를 종료하십시오.</li>
		<li>합병증이 없는지 마취에서 동물을 회복하십시오. 정상으로 돌아갈 수 있도록 행동을 모니터링하십시오.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol>
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이 시스템의 설계 및 구현은 정확하고 재현 가능한 in vitro 및 in vivo 자성 나노입자 온열요법 실험을 수행할 수 있는 기능을 제공합니다. AMF 주파수 및 전계 강도가 자성 나노입자 유형, 농도, 원하는 조직 위치 및 온도와 적절하게 일치하도록 시스템을 설계하는 것이 중요합니다. 또한 실시간으로 온도를 정확하게 모니터링하는 것은 안전과 정확한 열 선량(43°C/CEM에서 누적 등가 시간)을 계산하는 데 매우 중요합니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 프로브를 배치하면 그림 2에서 볼 수 있듯이 열량과 심부 체온을 실시간으로 모니터링 할 수 있습니다.
자성 나노입자 온열요법의 정확한 전달을 위한 첫 번째 단계는 동물과 작업자를 위한 안전한 시스템을 구축하는 것입니다. 시스템의 모든 구성 요소는 운영 및 제공 관점에서도 잘 이해되어야합니다. 이 상황에서 이는 AMF 와전류의 가능성을 이해하고 자성 입자의 위치를 아는 것을 의미합니다. 안테나 또는 코일은 자기장의 모양과 강도의 핵심 요소이며 사용되는 냉각 시스템은 코일 과열을 방지하는 데 중요합니다(20). 도체 외부의 전계 강도는 도체를 통해 흐르는 전류 강도에 정비례합니다. 도체를 둘러싼 공간의 어느 지점에서의 자기장 강도는 주변 영역의 도체에 의해 생성 된 자기장의 벡터 합입니다. 자기장은 전류 흐름에 직각으로 생성되며 강도는 Biot-Savart 역제곱 규칙21에 따라 도체로부터의 거리의 함수로 기하급수적으로 감소합니다. 따라서 사각 튜브는 코일 내에서 보다 균일한 자기장을 위해 생체 내 온열요법에 사용됩니다. 잠재적으로 임상적으로 관련된 시스템에 필요한 강도와 부피로 자기장을 생성하려면 높은 전류가 필요합니다. 따라서 안테나 설계는 상당한 전력 수준을 수용할 수 있어야 합니다. 또한 AMF 안테나는 인덕턴스가 발전기의 허용 범위 내에 있도록 설계되어야 합니다. 일반적으로 사용되는 주파수에서 대부분의 전류 흐름은 안테나 도체의 표면에 있으며, 이는 표면이 표면 결함을 제거하여 최소화할 수 있는 저항 가열에 영향을 미친다는 것을 의미합니다. 이 저항성 가열은 또한 코일과 환경이 과열되지 않도록 코일 냉각 시스템이 필요하다는 것을 의미합니다.
우리 시스템 설계의 한계는 전체 범위의 주파수와 자기장을 허용하지 않지만 세포, 설치류 및 대형 동물에 적합한 필드를 생성 할 수 있다는 것입니다. 특히, 유도 가열 시스템에서 사용할 수있는 최대 전계 강도는 안테나 (코일)의 전류 흐름과 직접 관련이 있습니다. AMF 발전기의 정격은 킬로와트 단위로 정격되며, 사용 가능한 전압에 사용 가능한 전류(암페어)를 곱하여 계산됩니다. 따라서 500V 제한이 있는 10kW 시스템의 최대 암페어는 20A입니다. 코일 설계는 먼저 도달하는 한계와 시스템 한계를 결정합니다. 전류에 의해 생성 된 자기장 강도는 도체로부터의 거리의 함수로 기하 급수적으로 감소합니다. 따라서 동일한 시스템에서 실행되는 더 작은 직경의 코일과 동일한 형상을 가진 더 큰 직경의 코일은 코일 중심에서 더 낮은 전계 강도를 갖습니다. 따라서, 요구되는 자기장 크기 및 강도는 AMF 발생기의 용량에 의해 제한된다. 더 큰 코일을 만들고 더 많은 전력을 사용하면 주로 와전류 가열과 같은 추가 문제가 발생합니다.
사용자, 동물 및 시스템 자체를 보호하기 위해 이 시스템을 사용할 때 해결해야 하는 몇 가지 안전 문제가 있습니다. 첫째, 마취 사용 중에 적절한 실내 환기가 유지되어야합니다. 둘째, 코일과 관련된 모든 영역은 고염수 혼합물을 포함한 금속 및/또는 도체가 없어야 합니다. 사용자는 AMF 주변에서 작업할 때 반지 및 기타 장신구를 제거해야 하며 샘플에는 어떤 유형의 금속도 포함되어서는 안 됩니다. 가장 중요한 것은 심박 조율기 또는 기타 이식 장치 또는 물체를 가진 사람들은 AMF 주변에서 일하기 전에 의사와 상의해야 한다는 것입니다. 시스템을 보호하려면 전원이 공급되기 전에 발전기 및 코일 냉각 요구 사항이 충족되도록 하는 페일 세이프 시스템을 사용해야 합니다. 또한 열화상 카메라 개요를 사용하여 의도하지 않은 가열을 감지해야 합니다.
시험관 내 연구의 경우 따라야 할 가장 중요한 단계는 세포 내 철 농도, 세포 농도, AMF 매개변수 및 열 선량 평가입니다. 세포는 자성 나노입자를 상청액, 세포 또는 둘 다에 배치하여 자성 나노입자 온열요법으로 처리/가열할 수 있습니다. 자성 나노 입자 가열량은 자성 나노 입자 / Fe의 수준에 따라 달라집니다. 내재화 된 철로 세포만을 치료하고자하는 경우, 우리의 경험에 따르면 개별 암세포는 제한된 수의 자성 나노 입자 만 흡수하고 흡수가 최적 인 경우에도 세포를 응집 / 펠릿화하여 세포 가열 상황을 만들어야합니다. 배지와 세포의 온도를 생물학적으로 관련된 수준(가열되지 않을 때)으로 유지하는 것도 실제 가열을 정확하게 측정하는 데 중요합니다. 여기에 설명된 14회전 솔레노이드 코일을 사용하면 샘플을 열로 제어되는 물기둥에 담그면 생물학적으로 관련된 온도를 유지할 수 있습니다.
생체 내 연구의 경우 동물 코어 온도를 유지하고 종양 내 온도를 정확하게 측정하는 것이 핵심 요소입니다. 이 동물 격납 시스템 및 코일 설계는 코일/전원 설정으로 인한 동물 환경의 열 드리프트를 제거하고 정상적인 코어 체온을 유지하는 데 도움이 됩니다. 심부 온도를 유지하는 것은 의미 있는 실험 결과를 위해 매우 중요합니다. 직장 프로브를 사용하면 동물의 핵심 온도를 실시간으로 모니터링 할 수 있습니다. 마취 상태에서는 동물의 핵심 온도가 본질적으로 감소합니다. 이러한 상황을 해결하기 위해 우리는 동물 격리 용기 주변에 따뜻한 공기를 전달하여 코어 온도가 정상 범위를 유지할 수 있도록 하는 환경 난방 시스템을 개발했습니다. 정상적인 심부 온도를 유지하는 것은 온열요법 치료 결과의 정확한 해석과 환경 요인의 제거를 보장하는 데 필수적입니다. 표적 조직/종양의 여러 부위에 온도 모니터링 프로브를 배치하는 것은 달성된 온도 및 열 선량을 정확하게 평가하는 데 중요합니다. 종양 내에서 자성 나노 입자를 균일하게 분배하는 것은 불가능하지는 않더라도 매우 어렵 기 때문에 여러 부위의 가열 매개 변수를 아는 것이 일관되고 정확한 조직 / 종양 열 선량을 달성하는 데 필수적입니다. 시험관 내 및 생체 내 연구의 농도는 가변적이라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이러한 변화는 mNP에 더 많이 접근할 수 있는 세포와의 세포 배양에 경계가 더 적기 때문에 더 낮은 농도를 사용할 수 있습니다. 생체 내에서는 종양의 이질적인 특성과 복잡한 3D 형태로 인해 더 높은 농도가 필요합니다. 따라서 생체 내 및 시험관 내에서 동일한 농도의 입자를 사용하면 세포가 흡수하는 입자가 훨씬 적습니다.
이 원고는 자성 나노입자 온열요법 치료를 위한 효과적이고 유연한 교류 자기장 발생기 및 코일 시스템을 개발하는 데 필요한 매개변수와 계측을 설명합니다. 이 시스템은 시험관 내 및 생체 내 연구 모두에 사용할 수 있습니다. 이 시스템은 국소화/표적 온열요법에 효과적이며 정상 조직을 절약하여 다른 AMF-mNP 온열요법 시스템에 비해 매력적입니다. 이러한 온열요법 치료는 다양한 나노입자 또는 나노운반체 및 보조 치료법을 사용하여 다양한 용량의 효과를 조사하기 위해 변경될 수 있습니다. 조직 가열, 특히 자성 나노 입자 가열은 많은 변수의 영향을받을 수 있으므로 조사에서 매개 변수를 이해하는 것이 필수적입니다. 이러한 기준이 충족되면 자성 나노입자 온열요법은 독립적 및 보조 종양 제어를 포함한 많은 분자, 세포 및 임상 상황을 해결할 수 있습니다. 여기에 설명된 방법에는 상당한 노력이 필요하지만 지침을 따르면 mNP 온열요법의 잠재력을 최대한 실현할 수 있습니다.

온열요법은 역사적으로 단독으로 또는 다른 치료법과 함께 암 치료에 사용되어 왔습니다. 오랜 사용 역사를 가지고 있지만이 치료법을 제공하는 가장 유리한 방법은 여전히 논의 중이며 질병 부위와 위치에 따라 다릅니다. 온열요법 전달 방법에는 마이크로파, 고주파, 집속 초음파, 레이저 및 금속 나노입자(예: 금 또는 산화철)1,2,3,4가 포함됩니다. 이러한 전달 방법은 발열 수준에서 수백 °C까지 다양한 치료 온도로 이어질 수 있습니다. 온열요법의 생물학적 효과는 주로 사용되는 온도와 치료 기간에 따라 달라집니다5. 이 원고와 목적을 위해 우리는 자성 나노 입자 온열요법(mNPH)에 초점을 맞추고 있습니다. 이 방법은 무독성, FDA 승인 산화철 나노 입자를 사용하여 집중되고 국소화되고 잘 모니터링되고 제어 된 온도 변화를 허용합니다.
다른 온열요법 양식의 한 가지 함정은 정확한 세포 표적화가 부족하다는 것입니다. 온열요법은 본질적으로 높은 치료율을 갖지 않으므로, 신중한 체온 측정 및 표적화가 필요하다6. mNPH는 mNP의 전신 또는 종양내 주사를 허용하며, mNP가 위치한 곳에서만 열이 발생하므로 종양에 대한 치료를 직접 표적으로 합니다. mNPH는 자성 나노입자가 세포의 내부 또는 외부에 위치할 때 효과적일 수 있다. 암 치료의 경우, mNPH의 일반적인 개요는 자성 나노 입자가 주입 (종양 내 또는 정맥 내)되고, 그런 다음 교류 자기장이 적용되어 나노 입자 자극이 지속적으로 재정렬되어 나노 입자와 관련된 세포 및 조직의 국부적 인 가열을 유도한다는 것입니다 7,8 . 나노 입자의 부피와 교류 자기장 (AMF)의 주파수 / 강도를 조정함으로써 조직 내에서 발생하는 온도를 신중하게 제어 할 수 있습니다.
이 치료법은 더 깊은 종양이 더 강한 AMF를 필요로하므로 와전류 가열의 위험이 증가하기 때문에 신체 표면 근처에있는 종양에서 잘 작동합니다9. 온열요법이 단독 요법으로 임상적으로 사용된다는 증거가 있지만, 종종 온열요법은 방사선 요법 또는 화학 요법과 결합되어 보다 표적화된 항암 효과를 유발합니다10,11,12. 방사선 요법과 함께 작동하는 온열요법의 임상 증거는 이전 간행물13에서 검토되었습니다. 우리 실험실은 mNPH 방법12,14,15를 사용하여 생쥐에서 돼지 및 자발적인 송곳니 암에 이르기까지 다양한 동물을 성공적으로 치료했습니다. 이 프로토콜은 국소 온열요법 치료의 효과를 단독으로 또는 다른 치료법과 함께 조사하는 데 관심이 있는 사람들을 위해 설계되었습니다.
온열요법에서 가장 중요한 요소 중 하나는 표적/종양 조직에 전달되는 열량을 실시간으로 측정하고 이해할 수 있다는 것입니다. 선량을 계산하고 비교하는 표준 방법은 43 ° C에서 가열의 누적 등가 분을 입증하는 것입니다. 이 알고리즘을 사용하면 전달 시스템, 최대 및 최소 온도(특정 범위 내) 및 가열/냉각 매개변수(5,16)와 무관한 용량을 비교할 수 있습니다. CEM 계산은 39-57 ° C 사이의 온도에서 가장 잘 작동합니다5. 예를 들어, 우리가 수행 한 일부 연구에서 CEM43 30 (즉, 43 ° C에서 30 분)의 열 용량을 선택했습니다. 이 선량을 선택하면 시험관 내에서 안전하고 효과적인 면역 유전 효과를 단독으로 또는 단일 방사선 량과 함께 볼 수있었습니다17.
자성 나노입자 온열요법의 경우 적절한 전달 시스템을 구축할 때 고려해야 할 몇 가지 요소가 있습니다. 계측 설계에는 고전력으로 작동하는 경우에도 자기장 전달 장비가 냉각 상태를 유지하도록 하는 냉각기 사용과 모든 온도, 전력 평가 및 제어 시스템이 활성화되지 않은 경우 시스템이 켜지지 않도록 하는 페일 세이프 절차와 같은 중요한 안전 요소가 포함됩니다. 또한 생체 내 및 시험관 내 상황 모두에서 고려해야 할 중요한 생물학적 요인이 있습니다. 배양된 세포를 사용할 때는 결과에 영향을 미칠 수 있는 생리학적 변화를 피하기 위해 성장 배지에서 처리하고 일관된 실행 가능한 온도를 유지해야 합니다. 개별 나노입자 유형의 경우 AMF 기반 가열 매개변수를 계산할 때 전자파 흡수율(SAR)을 아는 것이 중요합니다. 유사하게, 원하는 가열을 달성하는 데 필요한 세포와 조직의 mNP/Fe 농도를 아는 것이 중요합니다. In vivo 방법은 치료 중 동물을 마취 상태로 유지해야하며 치료 내내 동물의 핵심 체온을 정상 수준으로 유지해야하기 때문에 세부 사항에 더 많은주의가 필요합니다. 마취 상태에서 발생하는 것처럼 동물의 체온이 떨어지도록 허용하면 치료되는 조직의 열 선량과 관련하여 전반적인 결과에 영향을 줄 수 있습니다.
이 원고에서는 다목적 자성 나노입자 온열요법 시스템을 설계하고 구성하는 데 사용되는 방법과 고려해야 할 중요한 사용 요소에 대해 논의합니다. 설명된 시스템은 자성 나노입자 온열요법의 견고하고 일관되며 생물학적으로 적절하고 안전하며 잘 제어된 전달을 가능하게 합니다. 마지막으로, 우리가 수행하는 mNPH 연구에는 종종 방사선, 화학 요법 및 면역 요법과 같은 다른 치료법이 포함된다는 점에 유의해야합니다. 이러한 결과가 의미가 있으려면 전달 된 열이 다른 양식의 효능 및 / 또는 안전성 독성 (또는 그 반대)과 동물의 웰빙에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 결정하는 것이 중요합니다. 이러한 이유와 앞서 언급한 선량 측정 및 치료 상황 때문에, 자성 나노입자 온열요법 투여 정확도와 연속 코어 및 목표 온도 측정에 엄격한 주의를 기울이는 것이 필수적이다. 이 프로토콜의 목표는 안전하고 효과적인 자성 나노입자 온열요법을 전달하기 위한 간단하고 일관된 방법과 설명을 제공하는 것입니다.

<table><tbody><tr><td>.25% Trypsin</td><td>Corning</td><td>45000-664</td><td>available from many companies</td></tr><tr><td>1.5 mL tubes</td><td>Eppendorf</td><td>Eppendorf 22363204</td><td>available from many companies</td></tr><tr><td>B16F10 murine melanoma cells</td><td>American Type Culture Collection</td><td>CRL-6475</td><td></td></tr><tr><td>C57/Bl6 mice</td><td>Charles river</td><td>027C57BL/6</td><td>6-week-old female mice</td></tr><tr><td>Chiller</td><td>Thermal Care</td><td>NQ 5 series</td><td>chiller that cools the coil</td></tr><tr><td>Coolant fluid</td><td>Dow Chemical Company</td><td>Dowtherm SR-1</td><td>antenna cooling fluid</td></tr><tr><td>Fetal Bovine serum</td><td>Hyclone</td><td>SH30071</td><td>available from many companies</td></tr><tr><td>fiber optic probes, software and chassis</td><td>FISO</td><td></td><td>FISO evolution software used to read the temperatures</td></tr><tr><td>IR camera</td><td>Flir</td><td></td><td>infrared camera to monitor unintentional heating</td></tr><tr><td>iron oxide nanoparticles</td><td>micromod Partikeltechnologie GmbH</td><td>Bionized NanoFerrite</td><td>dextran coated iron oxide nanoparticles</td></tr><tr><td>mouse coil, solenoid</td><td>Fluxtrol</td><td>custom built</td><td></td></tr><tr><td>penicillin/streptomycin</td><td>Corning</td><td>45000-652</td><td>available from many companies</td></tr><tr><td>RF generator</td><td>Huttinger</td><td>TIG 10/300</td><td>power source</td></tr><tr><td>RPMI media</td><td>Corning</td><td>45000-396</td><td>available from many companies</td></tr></tbody></table>

in vitro and in vivo delivery of magnetic nanoparticle hyperthermia using a custom-built delivery system

고열은 오랫동안 암 치료에 사용되어 왔습니다. 기술은 뜨거운 철봉의 종양 내 삽입에서 39 ° C (발열 수준)에서 1,000 ° C (전기 소작)까지의 온도에서 전신적으로 전달되는 종양 항체 표적 자성 나노 입자에 이르기까지 다양하며 치료 시간은 몇 초에서 몇 시간까지 다양합니다. 온도-시간 관계(열 선량)는 높은 열 선량으로 인해 조직 절제를 일으키고 열 선량을 낮추면 혈류 증가, 약물 축적 및 면역 자극과 같은 치사 효과가 발생합니다. 현재 가장 유망한 의료 요법 중 하나는 자성 나노입자 온열요법(mNPH)입니다. 이 기술은 비 침습적, 무독성 교류 자기장으로 전신 또는 종양 내로 전달 될 수있는 자성 나노 입자를 활성화하는 것을 포함합니다. 자성 나노 입자의 크기, 구성 및 결합과 자기장의 주파수 및 전계 강도는 주요 가열 결정 요인입니다. 당사는 크고 작은 동물 모델과 배양된 세포에서 재현 가능한 자성 나노입자 온열요법을 전달하기 위한 정교한 기기와 기술을 개발했습니다. 여러 위치에서 연속적인 실시간 온도 모니터링을 사용하는 이 접근 방식은 비표적 조직 가열을 제한하면서 표적 조직(종양) 또는 세포에 잘 정의된 열 투여량을 전달할 수 있습니다. 여러 현장에서 온도를 정밀하게 제어 및 모니터링하고 산업 표준 알고리즘(43°C/CEM43에서 누적 등가 시간)을 사용하여 열 선량을 정확하게 결정하고 정량화할 수 있습니다. 다양한 온도, 열 선량 및 생물학적 효과를 허용하는 당사의 시스템은 상업적 인수와 사내 엔지니어링 및 생물학 개발의 조합을 통해 개발되었습니다. 이 시스템은 생체외, 시험관내 및 생체내 기술 간의 신속한 전환을 허용하는 방식으로 최적화되었다. 이 프로토콜의 목표는 재현 가능하고 정확한 자성 나노입자 치료(mNP) 온열요법을 제공하기 위한 효과적인 기술과 시스템을 설계, 개발 및 구현하는 방법을 입증하는 것입니다.

시험관 내 연구 세포는 자성 나노 입자 / 철과 AMF의 양과 농도가 적절하게 일치하는 경우에만 원하는 온도와 열 선량을 달성하고 유지합니다. 자성 나노입자를 사용하여 체외(및 생체 내)에서 세포를 가열할 때, 내재화된 자성 나노입자가 있는 세포에서 온열요법을 달성하려면 특정 수준의 세포 내 mNP/Fe가 필요하며 mNP 로딩 세포의 수와 근접성이 서로 필요하다는 점에 유의해야 합니다. 표적 세포/조직의 mNP/Fe 수준이 가열 효과를 달성하기에 충분하면 자기장 주파수와 강도를 조정하여 원하는 온도와 효과를 얻을 수 있습니다. 적절하게 도금되면 다른 용량과시기 간의 유전 적 및 분자 적 차이를 조사하는 추가 연구를 추구 할 수 있습니다17. 도 1 은 시험관내 방법의 개략도를 나타낸다.
이러한 시험관내 방법은 세포 mRNA 및 단백질 발현 변화를 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 우리 연구실의 최근 사례는 CEM43 30 mNPH 처리, 8 Gy 방사선 치료 및 조합 후 면역 유전 학적 차이를 결정했습니다. 우리는 면역 및 세포 독성 경로에서 발현의 유사점과 차이점을 식별하여 효과의 메커니즘과 이들이 어떻게 상승적으로 결합되는지에 대해 더 잘 이해할 수있었습니다17. 모든 실험은 다양한 환경 및 가열 제어 샘플을 사용합니다. 대조군은 온열요법 치료를 받는 대조군과 비교하여 mRNA 및 단백질 발현 수준이 다릅니다.
생체 내 연구 생체 내 연구에는 추가적인 고려 사항이 있습니다. 목표 열 선량에 관계없이 치료되는 동물에서 생리적으로 허용되는 코어 온도를 유지하는 것이 절대적으로 중요합니다. 이것은 코어 온도가 빠르게 손실 될 수 있기 때문에 마취중인 설치류에게는 어려울 수 있습니다 (가열 패드와 같은 코어 온도 조절 기술이 종종 필요함). 정상 체온보다 낮으면 종양에서 특정 열 선량을 달성하려고 할 때 AMF-mNPH를 너무 멀리 밀어야 할 필요가 있으며, 그 결과 비표적 조직에서 허용할 수 없는 효과가 발생합니다(비표적 조직 와전류 가열이 그러한 가능성 중 하나임). 심부 체온의 사소한 편차조차도 종양이나 정상 조직에서 바람직하지 않은 생리적 합병증을 유발할 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 정확하고 재현 가능한 가열을 위해서는 mNP/Fe 조직 농도, AMF 주파수 및 전계 강도 온도 모니터링 매개변수와 표적 조직 크기 및 깊이 간의 일치를 달성하는 것이 필수적입니다. 측정 가능한 가열을 허용하려면 종양 내에 mNP의 기준선 농도가 있어야 합니다. 열의 수준/능력은 mNP 조직 농도(mg Fe/g 조직) 및 종양 내 상대적 분포뿐만 아니라 AMF의 빈도 및 후속 전계 강도에 따라 달라집니다. 위의 변화 중 하나라도 변경하면 조직 내에서 도달 가능한 온도 범위가 달라질 수 있습니다. 다년간의 경험을 통해 우리는 전임상 종양 치료에 사용하는 농도와 AMF 시스템의 빈도 및 전계 강도를 최적화하여 안전하고 효과적인 활성화를 가능하게 했습니다. 모든 조직 부위에서 온도/열 선량을 측정하는 것은 불가능하기 때문에 그림 2와 같이 실시간 효능 및 안전성 평가가 가능한 전략적 부위에 가능한 한 많은 광섬유 온도 프로브를 배치하는 것도 중요합니다. 이 프로브를 사용하면 실험 전반에 걸쳐 온도를 기록할 수 있으므로 실험의 정확한 선량 측정 및 열 이력이 가능합니다. 그림 3 은 in vivo 실험 중에 생성된 곡선을 보여주며, 온도를 면밀히 모니터링하고 종양 온도를 원하는 범위 내로 유지하도록 시스템을 조정하는 기능을 강조합니다. 도 4 는 in vivo 방법을 요약한 것이다.
이러한 in vivo 방법은 in vitro 방법과 유사하게 다양한 암 유형, 다양한 온열요법 용량 및 다양한 조합 치료법을 조사하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 우리 실험실의 이전 연구에서는 온열요법과 화학 요법의 조합을 조사했습니다12. 우리는 또한 효능과 분자 메커니즘의 결정을 위해 수많은 온열요법 및 방사선 실험을 완료했습니다. 이 실험을위한 대조군 마우스는 실제 온열요법 생성을 제외한 모든 절차를 거칩니다. 그림 5 에는 시험관 내 및 생체 내 mNP 온열요법 치료(mNPH) 후 차등적으로 발현된 유전자를 보여주는 두 개의 화산 플롯이 포함되어 있습니다. 이 수치는 분자 기술을 사용하여 온열요법 효과를 모니터링하는 방법의 예입니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61413/61413fig01.jpg"> 그림 1: 체외 mNP 온열요법 개략도. 이 개략도는 시험관 내 자성 나노입자 온열요법에 대한 방법을 보여줍니다. 가열이 발생하도록 하려면 세포에 적절한 mNP 흡수를 위한 충분한 입자와 시간을 제공해야 합니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61413/61413fig01large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61413/61413fig02.jpg"> 그림 2: 온도 모니터링을 위한 카테터 배치. 이 그림은 종양 및/또는 종양 영역의 다른 위치에서 온도를 기록하기 위해 광섬유 온도 프로브를 수용하는 카테터의 배치를 보여줍니다. 이 그림은 ref.19에서 발췌한 것입니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61413/61413fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61413/61413fig03.jpg"> 그림 3: 마우스 종양 치료 중 실시간 온도 모니터링. 이 그래프는 생체 내 실험 중에 심부 체온, 환경 온도 및 종양 내 여러 온도를 모니터링할 수 있는 실시간 온도 판독값을 보여줍니다. 종양 내의 온도의 조절은 그림의 확대된 부분에 대한 최소한의 대규모 변화를 통해 입증된다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61413/61413fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61413/61413fig04.jpg"> 그림 4: 생체 내 mNP 온열요법 개략도. 이 개략도는 생체 내 자성 나노입자 온열요법에 대한 방법을 보여줍니다. 충분한 나노 입자의 주입뿐만 아니라 분배 및 흡수를위한 충분한 시간은 원하는 열 선량을 전달하는 능력을 보장합니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61413/61413fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61413/61413fig05.jpg"> 그림 5: 차등 유전자 발현. 시험관내(A) 및 생체내(B) mNP 온열요법 치료에 따른 차등 유전자 발현. 이 화산 플롯은 시험관 내 및 생체 내 mNPH 방법 모두에 대해 y 축에서 중요한 로그 2 x 축의 유전 적 변화를 나타냅니다. 각 원은 서로 다른 유전자를 나타내며, 가장 중요한 20개의 차등 발현 유전자가 표지되어 있습니다. 유전자가 x축에서 0에서 멀어질수록 접힘 변화가 크고, 유전자가 y축에서 높을수록 p-값이 낮아집니다. 둘 다 동일한 열 용량을 가졌지 만 생체 내 온열요법은 시험관 내보다 더 큰 유전자 발현 변화를 가져 왔습니다. 이러한 플롯은 설명된 프로토콜을 사용하여 생성될 수 있는 생물학적 데이터의 예입니다. 시험관 내 화산 플롯은 ref.17에서 채택되었습니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61413/61413fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
보충 파일 1. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61413/Supplementary%20File%201.docx" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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In Vitro and In Vivo Delivery of Magnetic Nanoparticle Hyperthermia Using a Custom-Built Delivery System

이 프로토콜은 정교한 전달 및 모니터링 시스템을 사용하여 자성 나노입자 온열요법의 정확한 전달에 필요한 기술과 방법론을 제시합니다.

맞춤형 전달 시스템을 사용한 자성 나노입자 온열요법의 체외 및 생체 내 전달

Hyperthermia has long been used in the treatment of cancer. Techniques have varied from the intra-tumoral insertion of hot iron rods, to systemically ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

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Ex Vivo Culture of Patient Tissue &amp; Examination of Gene Delivery

This video describes the use of patient tissue as an ex vivo model for the study of gene delivery. Fresh patient tissue obtained at the time of surgery is sliced and maintained in culture. The ex vivo model system allows for the physical delivery of genes into intact patient tissue and gene expression is analysed by bioluminescence imaging using the IVIS detection system. The bioluminescent detection system demonstrates rapid and accurate quantification of gene expression within individual slices without the need for tissue sacrifice. This slice tissue culture system may be used in a variety of tissue types including normal and malignant tissue and allows us to study the effects of the heterogeneous nature of intact tissue and the high degree of variability between individual patients. This model system could be used in certain situations as an alternative to animal models and as a complementary preclinical mode prior to entering clinical trial.

Ex Vivo Culture of Patient Tissue & Examination of Gene Delivery

This article describes the culture of patient tissue slices for gene delivery studies and subsequent analysis of gene expression using IVIS bioluminescence imaging.

환자 조직 및 유전자 전달의 시험 전의 VIVO 문화

This video describes the use of patient tissue as an ex vivo model for the study of gene delivery.  Fresh patient tissue obtained at the time of surgery ...

연구

의학

Multi-modal Imaging of Angiogenesis in a Nude Rat Model of Breast Cancer Bone Metastasis Using Magnetic Resonance Imaging, Volumetric Computed Tomography and Ultrasound

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell proliferation in the bone marrow cavity as well as for interaction of tumor and bone cells resulting in local bone destruction. Our aim was to develop a model of experimental bone metastasis that allows in vivo assessment of angiogenesis in skeletal lesions using non-invasive imaging techniques.
For this purpose, we injected 105 MDA-MB-231 human breast cancer cells into the superficial epigastric artery, which precludes the growth of metastases in body areas other than the respective hind leg1. Following 25-30 days after tumor cell inoculation, site-specific bone metastases develop, restricted to the distal femur, proximal tibia and proximal fibula1. Morphological and functional aspects of angiogenesis can be investigated longitudinally in bone metastases using magnetic resonance imaging (MRI), volumetric computed tomography (VCT) and ultrasound (US).
MRI displays morphologic information on the soft tissue part of bone metastases that is initially confined to the bone marrow cavity and subsequently exceeds cortical bone while progressing. Using dynamic contrast-enhanced MRI (DCE-MRI) functional data including regional blood volume, perfusion and vessel permeability can be obtained and quantified2-4. Bone destruction is captured in high resolution using morphological VCT imaging. Complementary to MRI findings, osteolytic lesions can be located adjacent to sites of intramedullary tumor growth. After contrast agent application, VCT angiography reveals the macrovessel architecture in bone metastases in high resolution, and DCE-VCT enables insight in the microcirculation of these lesions5,6. US is applicable to assess morphological and functional features from skeletal lesions due to local osteolysis of cortical bone. Using B-mode and Doppler techniques, structure and perfusion of the soft tissue metastases can be evaluated, respectively. DCE-US allows for real-time imaging of vascularization in bone metastases after injection of microbubbles7.
In conclusion, in a model of site-specific breast cancer bone metastases multi-modal imaging techniques including MRI, VCT and US offer complementary information on morphology and functional parameters of angiogenesis in these skeletal lesions.

In the pathogenesis of bone metastasis, angiogenesis is a crucial process and therefore represents a target for imaging and therapy. Here, we present a rat model of site-specific breast cancer bone metastasis and describe strategies to non-invasively image angiogenesis in vivo using magnetic resonance imaging, volumetric computed tomography and ultrasound.

자기 공명 영상, 체적 계산의 Tomography 및 초음파를 이용한 유방암의 뼈 전이의 누드 쥐 모델에서 Angiogenesis의 멀티 모달 이미징

Angiogenesis is an essential feature of cancer growth and metastasis formation. In bone metastasis, angiogenic factors are pivotal for tumor cell ...

Custom-designed Laser-based Heating Apparatus for Triggered Release of Cisplatin from Thermosensitive Liposomes with Magnetic Resonance Image Guidance

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect resulting in significant reductions in systemic toxicity. Nonetheless, insufficient release of encapsulated drug from liposomes has limited their clinical efficacy. Temperature-sensitive liposomes have been engineered to provide site-specific release of drug in order to overcome the problem of limited tumor drug bioavailability. Our lab has designed and developed a heat-activated thermosensitive liposome formulation of cisplatin (CDDP), known as HTLC, to provide triggered release of CDDP at solid tumors. Heat-activated delivery in vivo was achieved in murine models using a custom-built laser-based heating apparatus that provides a conformal heating pattern at the tumor site as confirmed by MR thermometry (MRT). A fiber optic temperature monitoring device was used to measure the temperature in real-time during the entire heating period with online adjustment of heat delivery by alternating the laser power. Drug delivery was optimized under magnetic resonance (MR) image guidance by co-encapsulation of an MR contrast agent (i.e.,&#160;gadoteridol) along with CDDP into the thermosensitive liposomes as a means to validate the heating protocol and to assess tumor accumulation. The heating protocol consisted of a preheating period of 5 min prior to administration of HTLC and 20 min heating post-injection. This heating protocol resulted in effective release of the encapsulated agents with the highest MR signal change observed in the heated tumor in comparison to the unheated tumor and muscle. This study demonstrated the successful application of the laser-based heating apparatus for preclinical thermosensitive liposome development and the importance of MR-guided validation of the heating protocol for optimization of drug delivery.

AN MRI-compatible&#160;custom-designed laser-based heating apparatus has been developed to provide local heating of subcutaneous tumors in order to activate release of agents from thermosensitive liposomes specifically at the tumor region.

자기 공명 이미지 지침에 열성 리포좀에서 시스플라틴의 트리거 된 릴리스를위한 맞춤 설계 레이저 기반의 가열 장치

Liposomes have been employed as drug delivery systems to target solid tumors through exploitation of the enhanced permeability and retention (EPR) effect ...

생체공학

Magnetic Resonance-Guided High Intensity Focused Ultrasound Generated Hyperthermia: A Feasible Treatment Method in a Murine Rhabdomyosarcoma Model

Magnetic resonance-guided high intensity focused ultrasound (MRgHIFU) is an established method for producing localized hyperthermia. Given the real-time imaging and acoustic energy modulation, this modality enables precise temperature control within a defined area. Many thermal applications are being explored with this noninvasive, nonionizing technology, such as hyperthermia generation, to release drugs from thermosensitive liposomal carriers. These drugs can include chemotherapies such as doxorubicin, for which targeted release is desired due to the dose-limiting systemic side effects, namely cardiotoxicity. Doxorubicin is a mainstay for treating a variety of malignant tumors and is commonly used in relapsed or recurrent rhabdomyosarcoma (RMS). RMS is the most common solid soft tissue extracranial tumor in children and young adults. Despite aggressive, multimodal therapy, RMS survival rates have remained the same for the past 30 years. To explore a solution for addressing this unmet need, an experimental protocol was developed to evaluate the release of thermosensitive liposomal doxorubicin (TLD) in an immunocompetent, syngeneic RMS mouse model using MRgHIFU as the source of hyperthermia for drug release.

Presented here is a protocol to use controlled hyperthermia, generated by magnetic resonance-guided high intensity focused ultrasound, to trigger drug release from temperature-sensitive liposomes in a rhabdomyosarcoma mouse model.

자기 공명 유도 고강도 집속 초음파 생성 온열요법: 쥐 횡문근육종 모델에서 실현 가능한 치료 방법

Magnetic resonance-guided high intensity focused ultrasound (MRgHIFU) is an established method for producing localized hyperthermia. Given the real-time ...

암 연구학

<meta charset="utf8"></head><body>전이성 유방암 치료를 위한 발암성 miRNA-10b를 표적으로 하는 나노약물

Monitoring of Nanodrug Accumulation in Murine Breast Cancer Metastases

Metastatic breast cancer is a devastating disease with very limited therapeutic options, calling for new therapeutic strategies. Oncogenic miRNAs have been shown to be associated with the metastatic potential of breast cancer and are implicated in tumor cell migration, invasion, and viability. However, it can be difficult to deliver an inhibitory RNA molecule to the tissue of interest. To overcome this challenge and deliver active antisense oligonucleotides to tumors, we utilized magnetic iron oxide nanoparticles as a delivery platform. These nanoparticles target tissues with increased vascular permeability, such as sites of inflammation or cancer. Delivery of these nanoparticles can be monitored in vivo by magnetic resonance imaging (MRI) due to their magnetic properties. Translation of this therapeutic approach into the clinic will be more accessible because of its compatibility with this relevant imaging modality. They can also be labeled with other imaging reporters such as a Cy5.5 near-infrared optical dye for correlative optical imaging and fluorescence microscopy. Here, we demonstrate that nanoparticles labeled with Cy5.5 and conjugated to therapeutic oligomers targeting oncogenic miRNA-10b (termed MN-anti-miR10b, or &#34;nanodrug&#34;) administered intravenously accumulate in metastatic sites, opening a possibility for therapeutic intervention of metastatic breast cancer.

<meta charset="utf8"></head><body>Murine Breast Cancer Metastases의 나노약물 축적 모니터링

Here, we describe the protocol for in vivo delivery of magnetic iron oxide nanoparticles carrying RNA oligomers to metastatic breast cancer in animal models, providing a clinically viable approach for the therapeutic silencing of oncogenic nucleic acids.

Murine Breast Cancer Metastases의 나노약물 축적 모니터링

Metastatic breast cancer is a devastating disease with very limited therapeutic options, calling for new therapeutic strategies. Oncogenic miRNAs have ...

<meta charset="utf8"></head><body>쥐 교모세포종에서 영상 유도 치료 전달을 위한 산화철 나노입자

Nanoparticle Delivery of an Oligonucleotide Payload in a Glioblastoma Multiforme Animal Model

Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common and aggressive form of primary brain malignancy for which there is no cure. The blood-brain barrier is a significant hurdle in the delivery of therapies to GBM. Reported here is an image-guided, iron oxide-based therapeutic delivery nano platform capable of bypassing this physiological barrier by virtue of size and accumulating in the tumor region, delivering its payload. This 25 nm nano platform consists of crosslinked dextran-coated iron oxide nanoparticles labeled with Cy5.5 fluorescent dye and containing antisense oligonucleotide as a payload. The magnetic iron oxide core enables tracking of the nanoparticles through in vivo magnetic resonance imaging, while Cy5.5 dye allows tracking by optical imaging. This report details the monitoring of the accumulation of this nanoparticle platform (termed MN-anti-miR10b) in orthotopically implanted glioblastoma tumors following intravenous injection. In addition, it provides insight into the in vivo delivery of RNA oligonucleotides, a problem that has hampered the translation of RNA therapeutics into the clinic.

<meta charset="utf8"></head><body>저자 스포트라이트: 교모세포종 치료를 위한 산화철 나노입자를 사용한 혁신적인 암 치료법

The blood-brain barrier is a significant hurdle in the delivery of therapies for glioblastoma, a disease for which there is no cure. Here, we report an in vivo image-guided iron oxide therapeutic nano platform that can bypass this physiological barrier by virtue of size and accumulate in the tumor.

Glioblastoma multiforme animal model에서 oligonucleotide payload의 나노입자 전달

Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common and aggressive form of primary brain malignancy for which there is no cure. The blood-brain barrier is a ...

맞춤형 전달 시스템을 사용한 자성 나노입자 온열요법의 체외 및 생체 내 전달

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자기 공명 영상, 체적 계산의 Tomography 및 초음파를 이용한 유방암의 뼈 전이의 누드 쥐 모델에서 Angiogenesis의 멀티 모달 이미징

자기 공명 이미지 지침에 열성 리포좀에서 시스플라틴의 트리거 된 릴리스를위한 맞춤 설계 레이저 기반의 가열 장치

자기 공명 유도 고강도 집속 초음파 생성 온열요법: 쥐 횡문근육종 모델에서 실현 가능한 치료 방법

Murine Breast Cancer Metastases의 나노약물 축적 모니터링

Murine Breast Cancer Metastases의 나노약물 축적 모니터링

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Glioblastoma multiforme animal model에서 oligonucleotide payload의 나노입자 전달

Glioblastoma multiforme animal model에서 oligonucleotide payload의 나노입자 전달

Glioblastoma multiforme animal model에서 oligonucleotide payload의 나노입자 전달