Объем исследований в основном включает в себя разработку опухолевой ткани и создание фантомов для плазмонной фототермической терапии рака для валидации численного моделирования, а также для определения терапевтических параметров для экспериментов in vivo для оценки терапевтического результата. Этот протокол устраняет разрыв между численным моделированием и экспериментальной валидацией плазмонной фототермической терапии, а также оценкой терапевтических параметров для оценки in vivo перед клинической трансляцией. Этот протокол обеспечивает экономически эффективную оценку плазмонного фототермического взаимодействия при солидных опухолях с использованием агарозных фантомов с мониторингом термопар, тем самым сводя к минимуму потребность животных в испытаниях in vivo.
Оценка на основе фантомов позволяет проводить валидацию моделирования для повышения точности лечения и настраивать параметры, такие как концентрация наночастиц и настройки итераций, для поддержки безопасной и эффективной плазмонной фототермической терапии рака. В будущем мы хотим разработать более реалистичную опухолевую ткань, создавая фантомы, включающие меланин, гемоглобин, а также кровоток. Кроме того, мы хотим изучить инъекции в несколько точек для больших опухолей.
Для начала спроектируйте трехмерную модель с помощью программного обеспечения CAD. Нажмите «Создать», а затем «Создать», чтобы создать полую цилиндрическую форму. Нажмите «Настройки документа» и выберите «Единицы измерения», чтобы изменить единицы измерения в миллиметрах.
Спроектируйте цилиндрическую форму с внутренним диаметром 40 миллиметров и высотой 12 миллиметров, а также две цельные цилиндрические маскирующие формы. Используйте сгенерированный G-код для печати пресс-форм с помощью 3D-принтера с нитью полимолочной кислоты. Для приготовления раствора один добавьте 0,35 грамма агарозы в 33,18 миллилитра деионизированной воды в стакане.
Накройте стакан алюминиевой фольгой, чтобы предотвратить потерю воды. Нагрейте стакан на горячей плите при температуре 120 градусов Цельсия, помешивая, пока раствор не станет прозрачным. Затем уменьшите температуру горячей плиты до 60 градусов Цельсия и дайте раствору остыть в течение 15 минут.
Помешивая, добавьте 1,82 миллилитра интралипидного раствора и продолжайте перемешивать. Для второго раствора добавьте 45 миллиграммов агарозы в 1,18 миллилитров деионизированной воды в стакане и накройте алюминиевой фольгой. После нагрева и охлаждения раствора, как показано ранее, добавьте 106,2 микролитра интралипидного раствора и 3,21 миллилитра суспензии золотого наностержня при перемешивании.
Держите второй раствор при непрерывном помешивании при температуре 60 градусов Цельсия до использования. Для приготовления раствора три добавьте 25 миллиграммов агарозы в 2,44 миллилитра деионизированной воды в стакане и накройте алюминиевой фольгой. Нагрейте и охладите раствор.
Затем добавьте 59 микролитров интралипидного раствора, помешивая при 60 градусах. Для приготовления опухолевого тканевого фантома сначала запечатайте дно цилиндрических форм парапленкой. Поместите форму для маскировки в центр.
Для приготовления ИТ-фантома залейте раствор один в цилиндрические формы до верхней отметки маскировочной формы. После застывания удалите маскирующую форму, чтобы создать полость для опухолевого участка. Далее заполните полость раствором два и дайте ему застыть.
Затем добавьте раствор один в верхнюю часть фантома и дайте ему полностью застыть. Для приготовления внутривенного фантома вставьте маскировочную форму меньшего размера и заполните полость вокруг нее раствором два. После застывания удалите меньшую форму и заполните оставшуюся полость раствором три.
Добавьте раствор один наверх и дайте ему полностью застыть. Затем вставьте термопары в несколько стеклянных капилляров, которые были обрезаны по длине. Проколите фантомы в указанных радиальных и осевых положениях.
После того, как все термопары будут на месте, осторожно поместите фантом в стеклянную чашку Петри для последующего инфракрасного излучения в ближнем ИК-диапазоне. Расположите стеклянную чашку Петри так, чтобы центральная область верхней поверхности фантома была перпендикулярна и осевая выровнена по отношению к наконечнику оптического волокна инфракрасного источника света ближнего ИК-диапазона. Затем подключите систему сбора данных к компьютеру и запустите программное обеспечение для просмотра лабораторных работ.
Включите инфракрасный источник света NIR и начните запись данных о температуре, нажав кнопку воспроизведения в программном обеспечении. Облучайте фантом в течение 20 минут в темном помещении. Затем выключите источник света NIR и остановите запись.
Теперь построите график зависимости зарегистрированной средней температуры от времени, а затем постройте график зависимости средней экспериментальной температуры от моделируемой температуры во всех местах расположения термопар. Повышение температуры в IT-распределении фантома опухолевой ткани, встроенного в золотой наностержень, было выше, чем при внутривенном распределении, из-за увеличения рассеяния в IV распределении. Максимальное повышение температуры составило примерно 11 градусов Цельсия для распределения ИТ и шесть градусов Цельсия для распределения IV в месте расположения термопары «ноль три».
Максимальная среднеквадратичная ошибка для внутриопухолевого и внутривенного распределений составила 2,10 градуса Цельсия и 1,94 градуса Цельсия соответственно.
