علاج السرطان الحراري البلازموني: أشباح تحاكي أنسجة الورم المضمنة في الجسيمات النانوية لتصور توزيع درجة الحرارة الحرارية الضوئية

تقدم هذه المقالة بروتوكول إعداد أشباح أنسجة الورم التي تكرر الخصائص البصرية للعلاج الحراري الضوئي البلازموني. يفصل التحضير الوهمي ، والتقييمات الحرارية الضوئية ، والتحقق من صحة النموذج العددي المطور بناء على قياسات درجة الحرارة الحرارية الضوئية لتقييم المعلمات العلاجية ، مما يوفر بديلا أخلاقيا وفعالا من حيث التكلفة للدراسات في الجسم الحي للاختبار الأولي

يتضمن العلاج الحراري البلازموني (PPTT) ، وهو علاج ناشئ للسرطان ، توصيل الجسيمات النانوية (NPs) إلى الورم ، متبوعا بالإشعاع بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) لتوليد حرارة موضعية تدمر الخلايا السرطانية. قبل إعطاء PPTT ، يجب تقدير المعلمات العلاجية - تركيز NP ، وشدة التشعيع ، والمدة -. لهذا ، يتم إجراء المحاكاة العددية. ومع ذلك ، لضمان حساب قوي ، يجب التحقق من صحة هذه المحاكاة من خلال التجارب الحرارية الضوئية على الأشباح التي تحاكي أنسجة الورم والتي تكرر الخصائص البصرية لأنسجة الورم. بالنسبة ل PPTT ، تخضع المعلمات العلاجية لتشتت وامتصاص الإشعاع الساقط بواسطة الأنسجة و NPs. لذلك ، يمكن إجراء تجارب التحقق من الصحة على الأشباح التي تحاكي معامل التشتت المنخفض (μ_ثانية) ومعامل الامتصاص (μ_أ) للورم / الأنسجة المستهدفة.

على وجه التحديد ، يوفر هذا البروتوكول تعليمات لإعداد الأشباح التي تحاكي μ و μ_من ورم الثدي المحقون بقضبان نانوية ذهبية ، محاطة بأنسجة الثدي الطبيعية. يوضح البروتوكول أيضا تفاصيل تشعيع الأشعة تحت الحمراء ، ومراقبة درجة الحرارة ، والتحقق من صحة النتائج العددية من خلال مقارنة درجات الحرارة الزمانية المكانية مع تلك المقاسة باستخدام المزدوجات الحرارية. سهلت البروتوكولات المقدمة في هذه الدراسة تحضير أشباح أنسجة ورم الثدي الأسطوانية القائمة على الهيدروجيل بأبعاد (φ40 × 12 مم) ومنطقة الورم المركزية (φ20 × 6 مم) ، والتي تتكون من 1٪ agarose كمصفوفة أساسية وداخل الدهون كمكون تشتت ومنطقة الورم المضمنة في قضبان نانوية ذهبية بتركيز 25 ميكروغرام / مل. توضح النتائج التمثيلية من دراسة حالة تطبيق الأشباح المصنعة للتحقق من صحة المحاكاة العددية ل PPTT. وخلصت الدراسة إلى أن البروتوكولات المثبتة ذات قيمة لإجراء تجارب حرارية ضوئية تهدف إلى تحسين وتخطيط المعلمات العلاجية قبل التجارب في الجسم الحي والتحقق من صحة المحاكاة العددية ل PPTT.

العلاج الحراري البلازموني (PPTT) هو طريقة علاج موضعية ناشئة للسرطان تتضمن توصيل الجسيمات النانوية (NPs) إلى موقع الورم ، متبوعا بالإشعاع بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR). عادة ما يتم إعطاء NPs عبر الطرق داخل الورم (IT) أو الوريد (IV)¹. عند تشعيع الأشعة تحت الحمراء ، يؤدي التفاعل البلازموني للإشعاع الساقط و NPs إلى توليد حرارة موضعية على سطح NPs ، والتي تتبدد بعد ذلك في أنسجة الورم المحيطة^2،3. يرفع هذا التسخين الموضعي درجة الحرارة في منطقة الورم ، مما يؤدي إلى موت الخلايا السرطانية من خلال الاستئصال الحراري^4،5. يمكن تحقيق علاج فعال للسرطان من خلال الحفاظ على درجات حرارة محددة ، مثل 46 درجة مئوية لمدة 1 ساعة⁶ ، أو 50-52 درجة مئوية لمدة 4-6 دقائق⁷ ، أو 60 درجة مئوية للضرر الفوري⁸ عبر العمليات البيولوجية المختلفة.

تم استكشاف العديد من العوامل الحرارية الضوئية والإبلاغ عنها لتطبيق العلاج الحراري الضوئي ، وتم تقييم فعاليتها العلاجية من خلال الدراسات في المختبر أو في الجسم الحي . تشمل هذه العوامل المواد العضوية⁹ مثل الأصباغ القريبة من الأشعة تحت الحمراء (على سبيل المثال ، Indocyanine Green و IR780 و IR820) ، والعوامل الحرارية الضوئية القائمة على البوليمر (على سبيل المثال ، البولي دوبامين) ، والمواد غير العضوية¹⁰ ، بما في ذلك NPs القائمة على المعادن النبيلة أو NPs البلازمونية (على سبيل المثال ، NPs الذهبية) ¹¹ ، الكبريت / الأكاسيد المعدنية الانتقالية¹² ، و MXenes¹³. من بين هذه ، توفر NPs البلازمونية ، وتحديدا NPs الذهبية ، العديد من المزايا مقارنة بالعوامل الحرارية الضوئية التقليدية (على سبيل المثال ، الأصباغ) ، مثل استقرار حراري ضوئي أفضل ، وكفاءة تحويل حرارية ضوئية أعلى ، واستجابة بلازمونية قابلة للضبط من خلال اختلافات الشكل والحجم¹⁰. هذه السمات تجعل NPs الذهبية مرشحا مثاليا للعلاج الحراري الضوئي ، حيث يخضع بعضها حاليا للتجارب السريرية¹⁴.

لتحسين الفعالية العلاجية وضمان الضرر الحراري الكافي للورم أثناء PPTT ، من الضروري تقدير معلمات العلاج مثل جرعة NP (من حيث التركيز) ومعلمات إشعاع NIR (بما في ذلك شدة التشعيع ومدته) قبل التطبيق قبل السريري / السريري ل PPTT. عادة ما تستخدم المحاكاة العددية لإنشاء هذه المعلمات. تم تطوير طرق عددية مختلفة لتقييم الضرر الحراري داخل أنسجة الورم ، مع كون طريقة بولتزمان الشبكية أحد هذه الأساليب^15،16. ومع ذلك ، لكي تكون هذه المحاكاة موثوقة ، يجب التحقق من صحتها باستخدام نظائر الأنسجة المعروفة باسم الأشباح التي تحاكي الأنسجة. يمكن تحضير هذه الأشباح لتكرار الخصائص البصرية أو الحرارية أو البيولوجية أو الميكانيكية للأنسجة الحقيقية ، وتكون بمثابة بدائل لإجراء الاختبارات الأولية وتقييم العلاج والتحقق من صحة الأجهزة أو المواد أو الأساليب المطورة حديثا المخصصة للتطبيقات البيولوجية^17،18. يمكن أن يقلل هذا من المعاناة غير الضرورية للحيوانات أو البشر ويعالج المخاوف الأخلاقية المرتبطة بمثل هذه^{التجارب 19،20}.

يعتمد تصميم وتصنيع الشبح على التطبيق المقصود²¹. على سبيل المثال ، أثناء العلاجات الضوئية مثل PPTT ، تتأثر جرعة الإشعاع الساقط بكمية الضوء التي تمتصها أو تناثرها NPs والأنسجة^22،23. لذلك ، يتم استخدام الأشباح البصرية التي تحاكي الخصائص البصرية ، وتحديدا معامل التشتت المنخفض (μ_ثانية) ومعامل الامتصاص (μ_أ) للأنسجة البيولوجية ، لتقييمات PPTT والتحقق اللاحق من المحاكاة العددية^24،25. تتكون الأشباح البصرية عادة من ثلاثة مكونات رئيسية: مصفوفة أساسية ، وعوامل تشتت ، وعوامل امتصاص^17،26. تحتفظ المصفوفة الأساسية بمكونات التشتت والامتصاص بتركيزات مناسبة لتكرار الخصائص البصرية المطلوبة. يمكن تصنيف هذه الأشباح إلى أشباح صلبة وسائلة وشبه صلبة (هيدروجيل) ، اعتمادا على نوع المصفوفة الأساسية. بالنسبة للدراسات العلاجية الحرارية مثل PPTT ، يفضل استخدام أشباح الهيدروجيل ، وخاصة الأشباح القائمة على الاغاروز ، بسبب توافقها الحيوي ، والتشتت والامتصاص المتأصلين الضئيلين ، وعملية التصنيع البسيطة ، والمرونة التي يجب صبها في الأشكال والأحجام المرغوبة المقابلة لهندسة^{الورم 19،22}. الأهم من ذلك ، يمكن استخدام الأشباح المحضرة القائمة على الاغاروز حتى ~ 70-80 درجة مئوية في درجات حرارة السائبة ، حيث أن درجة حرارة انصهار الأشباح من نوع الاغاروز هي ~ 80 درجة مئوية¹⁹. بالنسبة ل PPTT ، نظرا لأن نطاق درجة الحرارة ~ 50-80 درجة مئوية كاف ، يمكن استخدام هذه الأشباح القائمة على الاغاروز للتقييمات الحرارية الضوئية القائمة على PPTT.

تم تطوير العديد من الأشباح التي تحاكي الأنسجة القائمة على الهيدروجيل والإبلاغ عنها لتطبيقات مختلفة. طور Mustari et al. أشباح تحاكي الأنسجة القائمة على الاغاروز وأظهروا فائدتها في التحقق من صحة نظام بصري مصمم^{حديثا 18}. في دراسة أخرى ، تم إعداد الأشباح الحرارية التي تحاكي الأنسجة لقياس مدى الضرر الحراري أثناء العلاج بالموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة (HIFU)²⁷. كما تم إعداد أشباح تحاكي الأنسجة القائمة على بولي أكريلاميد لتحليل تأثير التجويف أثناء علاج السرطان القائم على HIFU²⁸. الهدف من هذه الدراسة هو إظهار طريقة خطوة بخطوة لتصنيع الأشباح التي تحاكي أنسجة الورم جنبا إلى جنب مع بروتوكول التجارب الحرارية الضوئية القائمة على الوهمية لتقييمات PPTT. يهدف هذا البروتوكول التفصيلي المقترح إلى تعزيز اعتماد وقابلية استنساخ التحضير الوهمي وطرق التجارب الحرارية الضوئية اللاحقة القائمة على الوهمية لاختبار الأداء الحراري الضوئي للهياكل النانوية المطورة حديثا ، وبالتالي التحقق من صحة عمليات المحاكاة العددية والمساعدة في التخطيط المسبق للمعالجة أو تحسين المعلمات العلاجية ل PPTT. تصف هذه المقالة بروتوكول تحضير وهمي مصمم خصيصا لأورام الثدي تحت السطح. ومع ذلك ، يمكن تكييف نفس الخطوات لتصنيع أنواع مختلفة من الأنسجة السرطانية (بأشكال وأحجام مختلفة) عن طريق تغيير تكوين عوامل الامتصاص والتشتت البصرية. على سبيل المثال ، تم استخدام التقييمات الحرارية الضوئية المستندة إلى الأنسجة الوهمية التي تحاكي الأنسجة في الدراسات التي تم الإبلاغ عنها سابقا للتحقق من صحة محاكاة PPTT لورم الساعد تحت السطح²⁴ ، IDC تحت السطح²⁵ ، وأورام الجلد²⁹.

تصف هذه الورقة خطوات تحضير شبح بصري يحاكي μ ورم الثدي تحت السطح أو تحت الجلد ، وتحديدا سرطان الأقنية الغازية (IDC) ، الموجود على بعد 3 مم تحت سطح الجلد وتحيط به أنسجة الثدي الطبيعية. الشبح عبارة عن هندسة أسطوانية محضرة باستخدام الاغاروز كمصفوفة أساسية وداخل الدهون (IL) كعامل تشتت مضاف بتركيزات مناسبة لتقليد μ من أنسجة الثدي الطبيعية والسرطانية. Agarose ، هيدروجيل شفاف مع تشتت وامتصاص ضئيل ، هو مصفوفة أساسية مثالية للأشباح البصرية^18،30. علاوة على ذلك ، يستخدم IL ، وهو مستحلب دهني بنسبة 20٪ يحاكي بنية الطبقة الثنائية لأغشية الخلايا ، على نطاق واسع كعامل تشتت^31،32 وتم اختياره لهذه الدراسة لتكرار μ أنسجة الثدي الطبيعية والسرطانية. تم تصميم الشبح لتقليد ورم الثدي (IDC) المحقون بقضبان نانوية ذهبية (AuNRs) كNPs البلازمونية ، محاطة بأنسجة الثدي الطبيعية بدون AuNRs. من بين مختلف NPs الذهبية المستخدمة في PPTT ، تم اختيار AuNRs لهذه الدراسة نظرا لاستجابتها البلازمونية القوية في منطقة NIR واستخدامها على نطاق واسع في دراسات PPTT قبل السريرية ، بما في ذلك تلك التي تشمل مرضى والقطط¹⁴. يوضح البروتوكول تحضير نوعين من الأشباح: أحدهما يحتوي على ورم يتميز بتوزيع AuNR كما يظهر مع الحقن الوريدي والآخر مع ورم يعكس توزيع AuNR الذي تم تحقيقه عن طريق حقن تكنولوجيا المعلومات. باتباع بروتوكول التحضير الوهمي ، يتم وصف الإعداد التجريبي لتشعيع الأشعة تحت الحمراء وخطوات إجراء التقييمات الحرارية الضوئية على الأشباح. أخيرا ، يتم توفير دليل خطوة بخطوة لتفسير نتائج توزيع درجة الحرارة التي تم الحصول عليها من هذه التقييمات ومقارنة البيانات التجريبية بنتائج المحاكاة العددية. تساعد هذه المقارنة في التحقق من صحة طريقة عددية مطورة ، مما يتيح ضبط معلمات العلاج المثلى المصممة خصيصا للورم.

ملاحظة: تم تحضير الأشباح باستخدام الاغاروز والدهون الداخلية بناء على التراكيب المبلغ عنها في الأدبيات لتحقيق الخصائص البصرية المطلوبة. لم يتم استخدام أي أنسجة بيولوجية حقيقية من المرضى أو الجثث. لذلك ، فإن إعداد هذه الأشباح خال من القيود الأخلاقية ولا يتطلب موافقة مستنيرة.

1. اختيار أو تصنيع قالب مناسب

1. . اختيار قالب مناسب
   1. اختر قالبا يتناسب مع الشكل والأبعاد المطلوبة للأشباح. بالنسبة للأشباح الأسطوانية ذات منطقة الورم الموزعة بشكل موحد مع NPs ومحاطة بأنسجة طبيعية ، استخدم طبق بتري زجاجي ودورق صغير مثل القالب⁸ (الشكل 1 أ).
      ملاحظة: هذه الخطوات مخصصة لإعداد الأشباح التي تحاكي أنسجة الورم في الهندسة الأسطوانية. بالنسبة للأشكال أو الأحجام الأخرى ، حدد قالبا مناسبا. إذا لم يتوفر قالب مناسب، فقم بتصنيع قالب باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D)، كما هو مفصل في الخطوة 1.2.
2. تصنيع القالب عن طريق الطباعة ثلاثية الأبعاد
   1. صمم نموذجا ثلاثي الأبعاد باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) (على سبيل المثال ، SolidWorks أو Autodesk Inventor أو CATIA) وفقا للشكل والحجم المطلوبين. لاتباع هذا البروتوكول ، صمم أسطوانة مجوفة واحدة (القطر الداخلي 40 مم ، السماكة 2 مم ، والارتفاع 12 مم ؛ انظر الملف التكميلي 1) وقالبين أسطواني صلبين (الأبعاد φ20 × 6 مم و φ14 × 3 مم) ، كما هو موضح في الشكل 1 ب.
      1. لتصميم / صياغة الأسطوانة المجوفة ، في برنامج CAD ، قم بإنشاء دائرتين بأقطار 40 مم و 44 مم. ثم قم بثق الهندسة لمدة 12 مم.
      2. بالنسبة لقوالب الإخفاء الأسطوانية الصلبة ، قم بإنشاء دوائر بأقطار 20 مم و 14 مم ، ثم بثقها بطول 6 مم و 3 مم ، على التوالي (انظر الملف التكميلي 2 والملف التكميلي 3). ارسم مستطيلا (الجانبين 44 مم و 5 مم) على جانب واحد من الأسطوانة وقم ببثقه بمقدار 2 مم.
   2. قم بتحويل النماذج ثلاثية الأبعاد إلى تنسيق Gcode باستخدام برنامج متوافق مع طابعة ثلاثية الأبعاد (على سبيل المثال ، Cura) للطباعة.
   3. استخدم Gcode هذا لطباعة القوالب (على سبيل المثال ، هنا ، باستخدام حمض polylactic [PLA] φ1.75 مم ، 1 كجم من eSun) باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد.
      ملاحظة: يتم رسم المستطيل لتعليق قوالب التقنيع. يمكن تصميم قوالب مختلفة وتصنيعها لإعداد الأشباح بالأشكال الأخرى المرغوبة.

2. تحضير المحاليل الوهمية التي تحاكي أنسجة الورم²⁵

ملاحظة: في هذه الدراسة ، يتم تحضير الأشباح البصرية القائمة على الاغاروز ذات الهندسة الأسطوانية التي تحاكي أنسجة الورم لتشبه ورم الثدي تحت السطح الذي يتم حقنه باستخدام AuNRs ، عن طريق تكنولوجيا المعلومات أو الحقن الوريدي ، كما هو موضح في الشكل 2. يحتوي شبح تكنولوجيا المعلومات على منطقتين: منطقة الورم المركزية مع AuNRs ومنطقة الأنسجة الطبيعية المحيطة. يحتوي الشبح الوريدي على ثلاث مناطق: منطقة ورم بها AuNRs في محيط الورم ، ومنطقة ورم مركزية عارية بدون AuNRs ، ومنطقة الأنسجة الطبيعية المحيطة. نظرا لأن الخصائص البصرية (μ_a و _{μ s}') تختلف بالنسبة للورم والأنسجة الطبيعية ، يتم تحضير حلول وهمية منفصلة لكل منطقة لها تركيبات مختلفة وسيتم مناقشتها بشكل منفصل.

1. تحضير محلول وهمي يحاكي أنسجة الثدي الطبيعية (الحل 1)
   ملاحظة: سيتم استخدام هذا الحل لكل من أشباح تكنولوجيا المعلومات والوريد. يتم عرض خطوات التحضير للحل 1 في الشكل 3 أ.
   1. احسب الحجم النظري للمحلول بناء على أبعاد القالب.
      ملاحظة: هنا ، بالنسبة للقالب الأسطواني φ40 × 12 مم ، يكون الحجم المحسوب 15 سم³ أو 15 مل لكل شبح. نظرا لأنه يجب تحضير اثنين من هذه الأشباح ، فإن الحجم الإجمالي هو 15 مل × 2 ، أي 30 مل. لذلك ، قم بإعداد 35 مل من المحلول لحساب التبخر أو الانسكاب أثناء خطوة التحضير الوهمية.
   2. احسب الكمية (الوزن / التركيز / الحجم) لجميع المكونات الوهمية - الاغاروز (كمادة أساسية) و IL (كمكون مبعثر) - لإضافتها إلى محلول 35 مل.
      1. أضف 0.35 جم من الاغاروز لتحضير 35 مل من المحلول المقابل لتركيز 1٪ وزن / حجم.
      2. تقدير تركيز IL المقابل ل μ_s المطلوبة من أنسجة الثدي الطبيعية (أي 10.1 ^{سم -1 33}) بناء على تركيز IL مقابل بيانات μ s المتوفرة في الأدبيات. بعد ذلك ، احسب حجم IL (مخزون مستحلب 20٪) لإضافته إلى المحلول الوهمي باستخدام المعادلة (1):
         (1)
         حيث C₁ و V₁ هما تركيز مخزون الكاشف (هنا 20٪ مخزون IL) وحجم محلول مخزون الكاشف المراد إضافته (هنا يتم حسابه) ، على التوالي. C₂ هو التركيز المطلوب للكاشف (الذي يتم الحصول عليه من الأدبيات) في محلول العمل النهائي ، و V₂ هو الحجم الكلي لمحلول العمل النهائي (هنا ، 35 مل).
         ملاحظة: هنا ، بالنسبة ل μ_ثانية من 10.1 سم ^-1 ، فإن تركيز IL المقدر من الأدبيات المبلغ عنها هو 1.04٪ ^34،35. باستخدام الخطوات المذكورة أعلاه ، يبلغ حجم IL (20٪ مخزون IL) المراد إضافته 1.82 مل.
   3. يزن 0.35 غرام من agarose ويضاف إلى 33.18 مل من الماء منزوع الأيونات (DI) في دورق غطي الدورق بورق الألمنيوم لتجنب فقدان الماء.
   4. سخني الدورق الذي يحتوي على المحلول على طبق ساخن على حرارة 120 درجة مئوية مع التقليب حتى يصبح المحلول شفافا.
   5. اخفض درجة حرارة اللوح الساخن إلى 60 درجة مئوية. بعد 15 دقيقة ، أضف 1.82 مل من IL مع التحريك. احتفظ بالمحلول الناتج ، الحل 1 ، تحت التحريك عند 60 درجة مئوية حتى الاستخدام (جاهز للصب).
      ملاحظة: يجب حفظ المحلول الوهمي عند 60 درجة مئوية في ظروف التحريك. خلاف ذلك ، فإنه يؤدي إلى تصلب المحلول.
2. تحضير محلول شبح الورم المضمن في AuNR (الحل 2)
   ملاحظة: سيتم استخدام هذا الحل لكل من أشباح تكنولوجيا المعلومات والوريد. يتم عرض خطوات تحضير الحل 2 في الشكل 3 ب.
   1. احسب حجم منطقة الورم المراد ملؤها (φ20 × 6 مم).
      ملاحظة: الحجم التقريبي لاثنين من أشباح الورم هو 3.8 مل. لذلك ، سيكون حجم المحلول المراد تحضيره 4.5 مل.
   2. احسب كمية المكونات الوهمية للورم المراد إضافتها - agarose و IL و AuNRs - باستخدام خطوات مماثلة كما هو مذكور في القسم 2.1.
      1. أضف 45 مجم لتحضير 4.5 مل من المحلول المقابل لتركيز وزن / حجم 1٪.
      2. IL: μ_ثانية من ورم الثدي هو 4.6 سم ^{-1 33} ولتقليد نفس الشيء ، فإن تركيز IL المقابل المطلوب هو 0.472٪ ^34،35. لذلك ، أضف 106.2 ميكرولتر من IL من 20٪ مخزون IL إلى 4.5 مل من محلول شبح الورم.
      3. التركيز المطلوب ل AuNRs في الشبح هو 25 ميكروغرام / مل. لتحقيق نفس الشيء ، أضف 3.21 مل من محلول AuNRs (تركيز المخزون: 35 ميكروغرام / مل) إلى محلول شبح الورم.
   3. أضف 45 ملغ من الاغاروز إلى 1.18 مل من ماء DI في دورق وقم بتغطيته بورق الألمنيوم.
   4. ضع الدورق على طبق ساخن وحركه على حرارة 120 درجة مئوية حتى يصبح المحلول شفافا.
   5. اخفض درجة حرارة اللوح الساخن إلى 60 درجة مئوية واترك المحلول لمدة 15 دقيقة.
   6. أضف 106.2 ميكرولتر من IL و 3.21 مل من تعليق AuNR (35 ميكروغرام / مل) في ظروف التحريك. احتفظ بالمحلول الناتج ، المحلول 2 ، تحت التحريك عند 60 درجة مئوية حتى الصب.
3. تحضير محلول وهمي للورم العاري (بدون AuNRs) (الحل 3)
   ملاحظة: سيتم استخدام هذا الحل للشبح الوريدي فقط. يتم عرض خطوات تحضير الحل 2 في الشكل 3 ج.
   1. احسب الحجم النظري للتعليق المراد إضافته لإنشاء منطقة ورم عارية (~ φ20 × 6 مم).
      ملاحظة: الحجم التقريبي لأشباح الورم هو 1.9 مل. لذلك ، سيكون حجم المحلول المراد تحضيره 2.5 مل.
   2. احسب كمية المكونات الوهمية للورم المراد إضافتها - agarose و IL باستخدام خطوات مماثلة كما هو مذكور في القسم 2.1.
      1. أضف 25 ملغ من الاغاروز لتحضير 2.5 مل من المحلول لتحقيق تركيز 1٪ وزن / حجم.
      2. IL: μ_ثانية من ورم الثدي هو 4.6 سم ^{-1 33} ولتقليد نفس الشيء ، فإن تركيز IL المقابل المطلوب هو 0.472٪ ^34،35. أضف 59 ميكرولتر من مخزون IL 20٪.
   3. أضف 25 ملغ من الاغاروز إلى 2.44 مل من ماء DI في دورق وقم بتغطيته بورق الألمنيوم.
   4. ضعي الدورق على طبق ساخن وقلبي على حرارة 120 درجة مئوية حتى يصبح المحلول شفافا.
   5. اخفض درجة حرارة اللوح الساخن إلى 60 درجة مئوية واترك المحلول لمدة 15 دقيقة.
   6. أضف 59 ميكرولتر من IL إلى المحلول تحت ظروف التحريك. احتفظ بالمحلول الناتج ، الحل 3 ، تحت ظروف التحريك عند 60 درجة مئوية حتى الصب.

3. تحضير شبح الأنسجة الورمية^24،25،36

1. تحضير القوالب لخطوة الصب. لهذا الغرض ، أغلق الجزء السفلي من القوالب الأسطوانية بالبارافيلم وضع قالب التقنيع (φ20 × 6 مم) في المنتصف.
2. صب المحلول 1 في القوالب الأسطوانية حتى العلامة العلوية لقالب الإخفاء واتركه يتجمد (الشكل 4 أ).
3. بعد التصلب ، قم بإزالة قالب الإخفاء لإنشاء تجويف لمنطقة الورم (الشكل 4 ب).
   ملاحظة: سيكون البروتوكول هو نفسه لكل من أشباح تكنولوجيا المعلومات والوريد حتى الخطوة 3.3. ستتم مناقشة العملية بشكل منفصل لتكنولوجيا المعلومات والأشباح الوريدية بعد الخطوة 3.3.
4. شبح^{تكنولوجيا المعلومات} 24,25,36
   1. املأ التجويف بالمحلول 2 واتركه يتجمد (الشكل 4 ج).
   2. أضف الحل 1 إلى الجزء العلوي من الشبح واتركه يتجمد تماما (الشكل 4 د).
5. IV الوهمي^24،25
   1. أدخل قالب إخفاء أصغر (φ14 × 3 مم) واملأ التجويف المحيط به بالمحلول 2 (الشكل 4E).
   2. بعد التصلب ، قم بإزالة القالب الأصغر واملأ التجويف المتبقي بالمحلول 3 (الشكل 4F).
   3. أضف الحل 1 إلى الأعلى واسمح بالتصلب الكامل (الشكل 4G).

4. إدخال المزدوجات الحرارية داخل الشبح^24،25،36

ملاحظة: لمراقبة توزيع درجة الحرارة المكانية ، يتم إدخال المزدوجات الحرارية من النوع K داخل الشبح في مواقع شعاعية (r) ومحورية (z) مختلفة ، كما هو موضح في الشكل 2. لإدخال المزدوجات الحرارية في مواقع دقيقة ، يتم استخدام الشعيرات الدموية الزجاجية كأدلة لضمان الدقة. يشار إلى مواقع المزدوجة الحرارية على أنها (ص ، ض) ، حيث تعمل نقطة المنتصف على السطح العلوي للورم على عمق z = 3 مم كنقطة مرجعية لكل من أشباح تكنولوجيا المعلومات والوريد ويتم تعيينها على أنها (0 ، 3) ، كما هو موضح في الشكل 2 أ ، ب. عند اختيار المواقع الشعاعية والمحورية لتحديد الضرر الحراري في منطقة الورم ، فإن المواقع الموجودة في محيط الورم (الشعاعي والمحوري) أمر بالغ الأهمية. يضمن تحقيق درجات الحرارة المطلوبة في هذه النقاط الطرفية أثناء تشعيع الرنين النيجيري استئصال الورم بالكامل. وبالتالي ، يتم وضع المزدوجات الحرارية في نقاط قصوى شعاعية (من الورم) عند z = 3 و 9 مم ، أي (10 ، 3) و (10 ، 9) ، ويتم وضع مزدوج حراري واحد في واجهة الأنسجة السرطانية الورمية عند z = 9 مم (الموقع المحوري المحيطي) ، أي (0 ، 9) كما هو موضح في الشكل 2 أ ، ب. بالإضافة إلى ذلك ، لتقييم توزيع درجة الحرارة المحورية ، يتم إدخال مزدوج حراري بين المواقع (0 ، 3) و (0 ، 9) ، تم تعيينه على أنه (0 ، 6). أخيرا ، لتقييم ارتفاع درجة الحرارة في منطقة الأنسجة السليمة المحيطة ، يتم إدخال مزدوج حراري واحد عند (15 ، 3).

1. قم بقص الشعيرات الدموية الزجاجية إلى أطوال مناسبة بحيث تصل إلى المواقع الشعاعية والمحورية المرغوبة داخل الشبح.
2. أدخل المزدوجات الحرارية داخل هذه الشعيرات الدموية الزجاجية وقم بثقبها في مواقع شبح شعاعية ومحورية محددة واحدة تلو الأخرى.
3. بمجرد وضع جميع المزدوجات الحرارية في مكانها ، ضع الشبح بعناية في طبق بتري زجاجي لإشعاع NIR اللاحق ، كما هو موضح في الشكل 5 أ.

5. التعرض للإشعاع NIR وقياس درجات الحرارة الحرارية الضوئية الناتجة³⁶

1. ضع طبق بتري الزجاجي الذي يحتوي على الشبح (يتم إدخاله باستخدام مزدوجات حرارية) بحيث تكون المنطقة المركزية من السطح العلوي للشبح متعامدة مع طرف الألياف الضوئية لمصدر ضوء NIR ، كما هو موضح في الشكل 5 أ.
   ملاحظة: يمكن ضبط قطر الشعاع على السطح الوهمي عن طريق تغيير المسافة بين السطح وطرف الألياف الضوئية. هنا ، يتم الاحتفاظ بمسافة 9 مم لتحقيق قطر شعاع 20 مم ، يغطي منطقة الورم المركزية.
2. قم بتوصيل نظام الحصول على البيانات (DAQ) بالكمبيوتر وافتح برنامج LabVIEW.
3. قم بتشغيل مصدر ضوء NIR (الشكل 5 ب) وزر التشغيل في البرنامج في وقت واحد لتسجيل بيانات درجة الحرارة في بداية التشعيع.
4. قم بإشعاع الشبح لمدة 20 دقيقة ، ثم قم بإيقاف تشغيل مصدر ضوء NIR وأوقف التسجيل.
5. ارسم بيانات درجة الحرارة المسجلة مقابل الوقت.

6. مقارنة درجة الحرارة مع نتائج المحاكاة^24،25

ملاحظة: تتكرر التجارب بشكل عام ، ويتم تسجيل درجات الحرارة على فترات زمنية محددة في جميع مواقع المزدوجات الحرارية. للتحقق من الصحة، يتم تنفيذ الخطوات التالية:

1. احسب المتوسط والانحراف المعياري لدرجات الحرارة التجريبية في جميع مواقع المزدوجات الحرارية (r ، z).
2. احسب درجات الحرارة في مواقع المزدوجات الحرارية المدروسة عدديا.
3. ارسم متوسط درجة الحرارة التي تم الحصول عليها من التجارب ودرجة الحرارة التي تم الحصول عليها عن طريق المحاكاة في جميع مواقع المزدوجات الحرارية فيما يتعلق بالوقت ، كما هو موضح في الشكل 6.
4. احسب جذر متوسط الخطأ التربيعي (RMSE) ومتوسط الخطأ المطلق (MAE) لجميع مواقع المزدوجات الحرارية لتحديد الفرق في درجة الحرارة لتقييم التحقق ، كما هو موضح في الجدول 1.
   ملاحظة: يتم حساب MAE و RMSE باستخدام المعادلتين 2 و 3 ، على التوالي.
   (2)
   (3)
   حيث TE، TS، و N هي درجة الحرارة التي تم الحصول عليها تجريبيا، ودرجة الحرارة المحسوبة عدديا، وعدد نقاط البيانات (هنا، يتم تسجيل درجات الحرارة كل ثانية لمدة 20 دقيقة؛ وبالتالي = 1,200)، على التوالي. أنا يمثل اللحظات الزمنية.

يوضح الشكل 6 متوسط درجات الحرارة الزمنية التي تم الحصول عليها أثناء التجارب باستخدام شبح الأنسجة السرطانية المضمن في AuNR في جميع مواقع المزدوجات الحرارية ، كما هو موضح في الشكل 2 ، مقارنة بدرجات الحرارة التي تم الحصول عليها أثناء عمليات المحاكاة في مواقع المزدوجات الحرارية المقابلة. هنا ، تم إجراء التجارب 4x لكل توزيع ، أي توزيعات تكنولوجيا المعلومات والتوزيعات الرابعة ل AuNRs. خلال التجارب ، كانت درجة حرارة الغرفة 25 درجة مئوية ، ومن ثم ، بالنسبة للمحاكاة أيضا ، تم الاحتفاظ بدرجة الحرارة المحيطة عند 25 درجة مئوية. يوضح الشكل 6 أ مقارنة بين متوسط درجات الحرارة التجريبية ودرجات الحرارة المحاكاة لتوزيع تكنولوجيا المعلومات ل AuNRs. يوضح الشكل 6 ب مقارنة بين متوسط درجات الحرارة التجريبية ودرجات الحرارة المحاكاة للتوزيع الوريدي ل AuNRs. من الشكل 6 أ ، ب ، يتضح أن التوزيع الوريدي يظهر ارتفاعا أقل في درجة الحرارة من توزيع تكنولوجيا المعلومات. هذا يرجع إلى حقيقة أن تشتت الإشعاع الساقط يكون أكثر في التوزيع الوريدي بسبب طبقة أكبر وأكثر سمكا من الوسائط المتناثرة (الأنسجة العاري + الورم العاري) قبل امتصاص الإشعاع الساقط بواسطة الورم المضمن في AuNR.

بعد ذلك ، تظهر مخططات درجة الحرارة أنه خلال التجارب الوهمية ، كان الحد الأقصى للارتفاع في درجة الحرارة ~ 11 درجة مئوية و ~ 6 درجة مئوية في موقع المزدوج الحراري (0 ، 3) لتكنولوجيا المعلومات والتوزيع الوريدي ، على التوالي. وتجدر الإشارة إلى أن الأنسجة آمنة حراريا أقل من 43 درجة مئوية^6،16. بشكل عام ، نظرا لأن درجة حرارة الجسم الأساسية هي 37 درجة مئوية ، فإن ارتفاع درجة الحرارة بمقدار >6 درجة مئوية يؤدي إلى تلف حراري داخل أنسجة الورم. هنا ، تشير التجارب الوهمية مع 25 ميكروغرام / مل AuNRs و 0.25 واط /^{سم 2} إلى أن الضرر الحراري ناتج في حدود 3-4 مم في الاتجاهين الشعاعي والمحوري للورم تحت السطحي لكلتا الحالتين ، وتظل بقية منطقة الورم غير تالفة. يمكن استخدام هذه البروتوكولات لتحسين شدة التشعيع وتركيز AuNR لتحقيق الضرر الحراري الكامل للورم.

علاوة على ذلك ، يقال إن درجات الحرارة المحاكاة يتم التحقق من صحتها إذا كان الخطأ <15٪ مقارنة بدرجات الحرارة التجريبية³⁷. لهذا الغرض ، يتم حساب RMSE و MAE في جميع مواقع المزدوجات الحرارية لكلتا الحالتين ويبينان في الجدول 1. يتم الحصول على تباين أقصى قدره 2.10 درجة مئوية و 1.94 درجة مئوية لتوزيع تكنولوجيا المعلومات والتوزيعات الوريدية ، على التوالي ، وهو ما يقابل أخطاء بنسبة 5.88٪ و 6.09٪ فيما يتعلق بدرجة الحرارة المحاكاة. ومن ثم ، يمكن استنتاج أن النتائج التجريبية والمحاكاة في مقارنة جيدة مع بعضها البعض.

باختصار ، خلصت الدراسة إلى أن بروتوكولات التحضير الوهمي والتجارب الحرارية الضوئية اللاحقة القائمة على الوهمية الموضحة هنا تساعد في التحقق من صحة المحاكاة العددية وضمان متانة المعلمات العلاجية المشتقة للتطبيقات اللاحقة في الجسم الحي ل PPTT.

الشكل 1: قوالب لتصنيع الأشباح التي تحاكي أنسجة الورم القائمة على الاغاروز. (أ) طبق بتري زجاجي ودورق يستخدم كقوالب لإنشاء أشباح أسطوانية من أنسجة الورم. (ب) قوالب أسطوانية مطبوعة ثلاثية الأبعاد وقوالب إخفاء مصممة لإعداد أشباح الأنسجة السرطانية الأسطوانية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: تخطيطي للأنسجة السرطانية القائمة على الاغاروز التي تحاكي أشباح الهندسة الأسطوانية. الأشباح ذات الأبعاد الكلية φ40 × 12 مم بها ورم في المركز (φ20 × 6 مم) تقع على عمق 3 مم من سطح الجلد وتحيط بها منطقة الأنسجة الطبيعية. (أ) شبح مع منطقة الورم التي لها توزيع AuNR كما تم الحصول عليها من خلال حقن تكنولوجيا المعلومات. (ب) شبح مع منطقة الورم التي لها توزيع AuNR كما تم الحصول عليها في الحقن الوريدي. يتم تمثيل مواقع المزدوجات الحرارية على النحو التالي (r ، z) ، حيث r هو الموقع الشعاعي و z هو العمق من السطح. الاختصارات: AuNRs = قضبان نانوية ذهبية. تكنولوجيا المعلومات = داخل الورم. IV = عن طريق الوريد. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: تخطيطي يوضح إعداد الحلول الوهمية المختلفة. خطوات تحضير (أ) محلول شبح الأنسجة الطبيعي (الحل 1). (ب) محلول شبح الورم المضمن في AuNR (الحل 2). (ج) محلول وهمي للورم العاري (بدون AuNRs) (الحل 3). الاختصارات: DI = منزوعة الأيونات. IL = Intralipid; AuNRs = قضبان نانوية ذهبية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: تحضير الأشباح التي تحاكي أنسجة الورم مع تكنولوجيا المعلومات والتوزيع الوريدي. يبلغ قطر الأوشباح الإجمالي 40 مم وعمقها 12 مم ، مع منطقة ورم مركزية تحت السطح يبلغ قطرها 20 مم وعمقها 6 مم ، وتقع 3 مم تحت سطح الشبح / الجلد. الخطوات الشائعة لتكنولوجيا المعلومات والأشباح الوريدية: (أ) يسكب المحلول 1 في القالب الأسطواني (الجزء السفلي مغلق بالبارافيلم) ، مع وضع قالب اخفاء في المركز لإنشاء تجويف لمنطقة الورم. (ب) منطقة الأنسجة الطبيعية الصلبة بعد إزالة قالب الإخفاء (φ20 × 6 مم) ، مما يؤدي إلى إنشاء تجويف لمنطقة الورم. الخطوات بعد A و B لإعداد شبح تكنولوجيا المعلومات: (ج) يسكب الحل 2 في التجويف لتشكيل منطقة الورم المركزية المضمنة في AuNRs لتوزيع تكنولوجيا المعلومات. (د) يسكب الحل 1 فوق الشبح المتصلب لإنشاء ورم تحت السطح مدمج مع AuNRs مع توزيع تكنولوجيا المعلومات ، يقع على بعد 3 مم تحت السطح الوهمي. الخطوات بعد A و B لإعداد الشبح الوريدي ؛ (ه) قالب اخفاء صغير (φ14 × 3 مم) يوضع في التجويف المركزي ، مع سكب المحلول 2 حوله لتشكيل منطقة الورم المحيطية المضمنة في AuNRs للتوزيع الوريدي. (و) يسكب المحلول 3 في التجويف المتبقي لإنشاء منطقة ورم مدمجة مع AuNRs تحاكي التوزيع الوريدي. (ز) يسكب المحلول 1 فوق الشبح المتصلب لإنشاء ورم تحت السطح مدمج في AuNRs مع توزيع IV ، يقع على بعد 3 مم تحت السطح الوهمي. (ح) أشباح تشريح تظهر أبعاد الورم وتوزيع AuNRs وعمق الورم من السطح الوهمي. هذا الرقم مأخوذ من Shaw et ^al.25. الاختصارات: IT = داخل الورم. IV = عن طريق الوريد. AuNRs = قضبان نانوية ذهبية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: الإعداد للتجارب الحرارية الضوئية على الأشباح. (أ) إدخال المزدوجات الحرارية (النوع K) في مواقع شعاعية ومحورية مختلفة داخل الشبح. (ب) تشعيع الأشعة تحت الحمراء القريبة للأشباح والرصد اللاحق لدرجات الحرارة باستخدام المزدوجات الحرارية المدخلة. هذا الرقم مأخوذ من Shaw et ^al.25. اختصار: NIR = الأشعة تحت الحمراء القريبة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6: مقارنة بين النتائج التجريبية والمحاكاة للتحقق من صحة عمليات المحاكاة العددية. متوسط درجات الحرارة التي تم الحصول عليها في مواقع مزدوجة حرارية مختلفة على الأشباح أثناء التجربة الحرارية الضوئية مقارنة بدرجات الحرارة المحاكاة المقابلة ل (أ) توزيع تكنولوجيا المعلومات و (ب) التوزيع الرابع. يتم تمثيل مواقع المزدوجات الحرارية على النحو التالي (r ، z) ، والتي تمثل نصف القطر والعمق ، على التوالي. يتم تشعيع الورم المضمن في AuNR الموجود على عمق 3 مم داخل الأنسجة بكثافة NIR 0.25 واط / سم². تمثل الخطوط الصلبة والمتقطعة درجات الحرارة التي تم الحصول عليها تجريبيا ودرجات الحرارة المحسوبة من خلال المحاكاة ، على التوالي. هذا الرقم مأخوذ من Shaw et ^al.25. الاختصارات: IT = داخل الورم. IV = عن طريق الوريد. AuNRs = قضبان نانوية ذهبية ؛ NIR = الأشعة تحت الحمراء القريبة. TE = درجات الحرارة التجريبية ؛ TS = درجات حرارة محاكاة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1: MAE و RMSE محسوبة لتوزيع تكنولوجيا المعلومات والتوزيع الوريدي ل AuNRs في مواقع مزدوجة حرارية مختلفة. هذا الجدول مأخوذ من Shaw et ^al.25. جميع البيانات بالدرجات المئوية (ºC). الاختصارات: MAE = متوسط الخطأ المطلق ؛ RMSE = خطأ جذر متوسط التربيع. تكنولوجيا المعلومات = داخل الورم. IV = عن طريق الوريد. AuNRs = قضبان نانوية ذهبية.

الملف التكميلي 1: أ. ملف STL للقالب الأسطواني مقاس 40 مم × 12 مم. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 2: أ. ملف STL لقالب الإخفاء مقاس 20 مم × 6 مم. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 3: أ. ملف STL لقالب الإخفاء مقاس 14 مم × 3 مم. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

تقدم هذه الورقة بروتوكول تحضير الأنسجة السرطانية القائمة على الاغاروز التي تحاكي الأشباح البصرية. تم تصميم الأشباح بطريقة تحاكي الخصائص البصرية للورم والأنسجة الطبيعية لاستخدامها في دراسات PPTT. في هذه الدراسة ، يتم تسليط الضوء على تطبيق هذه الأشباح للتحقق من صحة الطرق العددية أثناء PPTT. تتمثل الخطوة الأكثر أهمية في هذا البروتوكول في الحفاظ على درجة حرارة المحاليل الوهمية التي تحتوي على الاغاروز والIL عند 60 درجة مئوية تحت التحريك المستمر. إذا تجاوزت درجة الحرارة 60 درجة مئوية ، فقد يؤدي ذلك إلى تمسخ IL ، مما يؤدي إلى تغيير الخصائص البصرية المرغوبة للشبح المحضر. على العكس من ذلك ، إذا انخفضت درجة الحرارة إلى أقل من 40 درجة مئوية ، يمكن أن يحدث التبلور المبكر ، مما يؤدي إلى توزيع غير منتظم لمكون التشتت (IL) و / أو مكون الامتصاص (AuNRs)¹⁸.

جانب مهم آخر هو الوضع الدقيق للمزدوجات الحرارية. حتى الوضع الخاطئ الطفيف (على مقياس المليمتر) يمكن أن يؤثر بشكل كبير على ارتفاع درجة الحرارة المقاسة. لمنع ذلك ، يوصف استخدام الشعيرات الدموية الزجاجية لتوجيه المزدوجات الحرارية بدقة إلى المواقع المكانية المرغوبة داخل الشبح. بالإضافة إلى ذلك ، لاستكشاف الأخطاء المحتملة وإصلاحها من وضع المزدوجات الحرارية غير الصحيحة ، يجب إجراء التقييمات الحرارية الضوئية على الأقل في ثلاث نسخ²⁵.

الأشباح البصرية القائمة على الاغاروز التي تمت مناقشتها في هذه المقالة لها مدة صلاحية قصيرة قابلة للاستخدام لا تزيد عن يوم واحد. لذلك ، يجب إجراء التجارب الحرارية الضوئية في نفس اليوم الذي يتم فيه تحضير الأشباح. ومع ذلك ، في ظروف لا مفر منها ، لإطالة مدة صلاحيتها ، يجب وضع الأشباح في طبق بتري مباشرة بعد التصلب ، ومختومة بالبارافيلم ، وتخزينها في درجة حرارة 4 درجات مئوية. سيؤدي ذلك إلى إطالة قابلية استخدام الأشباح لمدة 2-3 أيام. هناك قيود أخرى للبروتوكول المثبت وهو أن المكونات الوهمية تمت إضافتها بتركيزات بناء على الأدبيات المتاحة لتحقيق μ و μ_أ المطلوبة. افترضنا أن الأشباح ذات الخصائص البصرية المرغوبة قد تم تحضيرها. ومع ذلك ، لم يتم قياس الخصائص البصرية للأشباح المحضرة باستخدام تقنية مناسبة بعد تحضيرها في هذه الدراسة.

يعد تحضير الأشباح البصرية القائمة على الاغاروز أمرا مباشرا وفعالا من حيث التكلفة وفعالا من حيث الوقت. يمكن صب هذه الأشباح القائمة على الاغاروز بسهولة في مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام أو الطبقات ، إذا لزم الأمر باستخدام قوالب مناسبة. تفتقر الأشباح السائلة والصلبة إلى هذه المرونة^19،38. أثناء تشعيع الأشعة تحت الحمراء ، تم تقييم الاستجابة الحرارية الضوئية للأشباح المضمنة في الجسيمات النانوية باستخدام مراقبة درجة الحرارة القائمة على المزدوجات الحرارية. توفر هذه الطريقة العديد من المزايا مقارنة بالتقنيات الأخرى ، مثل قياس الألوان (يقتصر على تمييز درجات الحرارة فقط بين القيم الدنيا والقصوى) ، والتصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء (يقتصر على الكشف عن درجة الحرارة على مستوى السطح) ، وقياس الحرارة بالرنين المغناطيسي (التكلفة العالية والتعقيد التشغيلي ، مما يجعلها مناسبة بشكل أساسي للتطبيقات في الجسم الحي )²⁶. توفر المراقبة القائمة على المزدوجات الحرارية حساسية عالية (0.1 درجة مئوية) ودقة ، والقدرة على اكتشاف درجات الحرارة في المواقع العميقة ، والفعالية من حيث التكلفة ، وسهولة التشغيل ، مما يجعلها خيارا متفوقا لمثل هذه التقييمات الوهمية. علاوة على ذلك ، فإن التحقق من صحة عمليات المحاكاة العددية من خلال التجارب الحرارية الضوئية على الأشباح التي تحاكي أنسجة الورم يوفر مزايا كبيرة ، أي تقليل الحاجة إلى نماذج في الجسم الحي مثل الفئران التي يمكن أن تسبب ألما ومعاناة غير ضرورية. علاوة على ذلك ، تتجنب التقييمات الوهمية المخاوف الأخلاقية.

في هذه الدراسة ، تم التأكيد على استخدام الأشباح البصرية للتحقق من صحة المحاكاة العددية في PPTT. تم إعداد الأشباح التي تحاكي الأنسجة بناء على البيانات المبلغ عنها في الأدبيات ، مما يضمن أن تركيزات المكونات تتوافق مع الخصائص البصرية المرغوبة ، وتحديدا من حيث معامل التشتت المنخفض ومعامل الامتصاص. في حين أن الخصائص البصرية لم يتم قياسها بشكل مباشر في هذه الدراسة ، فمن المعقول افتراض أن الأشباح المحضرة تظهر الخصائص البصرية المقصودة. نظرا لأن هذه الأشباح مصممة لتقليد الخصائص البصرية للأنسجة الحقيقية ، فإنها يمكن أن تكون بمثابة مواد مرجعية لدراسة نقل الضوء في الأنسجة البيولوجية ، والتحقق من دقة الطرق البصرية في قياس هذه الخصائص ، وتقييم الأداء الحراري الضوئي للبنى النانوية الجديدة في ظل ظروف محاكاة الأنسجة ، وتوليد بيانات أولية لتوجيه تصميم المزيد من التجارب في الجسم الحي ^{17 ، 18،26}.

ليس لدى المؤلفين مصالح متنافسة للإفصاح عنها.

أجريت هذه الدراسة دون أي دعم مالي من أي هيئات تمويل عامة أو تجارية أو غير ربحية. يقر المؤلفون بمنظمة CSIR-Central Scientific Instruments Organization ، شانديغار ، الهند ، للبنية التحتية والدعم.