Lo studio è stato finanziato dai numeri di sovvenzione: NCI P30 CA023108 e NCI U54 CA151662.

Il Dartmouth College Animal Care and Use Program è accreditato dall'American Association for the Accreditation of Laboratory Animal Care (iAAALAC) e aderisce a tutte le linee guida e i regolamenti UDSA e NIH (Office of Laboratory Animal Welfare). Tutti gli studi in vivo sono stati approvati dal Dartmouth College Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC). La procedura di eutanasia aderisce alle linee guida AVMA 2020 per l'eutanasia degli animali.
1. Strumentazione/progettazione del sistema
<ol><li>Progetta un'antenna AMF personalizzata (bobina) per essere un anello chiuso, scegliendo le forme per creare il campo magnetico desiderato. Utilizzare le formule e le caratteristiche di induttanza dalla scelta del generatore di potenza per progettare bobine compatibili per generare il campo desiderato. Utilizzare diversi design per esperimenti in vitro e in vivo.</li>
	<li>Assicurarsi che l'induttanza dell'antenna AMF rientri nell'intervallo accettabile del generatore di corrente. Aggiungere o sottrarre condensatori per abbinare (sintonizzare) l'antenna al generatore di energia.</li>
	<li>Per gli esperimenti in vitro, progettare una bobina elicoidale a 14 giri, diametro interno 2 cm e lunghezza 14 cm, che può contenere tubi da 1,5 ml, consentendo il trattamento di più campioni contemporaneamente. Isolare la bobina con un polimero vinilico e utilizzare un distanziatore in polistirolo per separare la bobina dai tubi. I dettagli delle specifiche di progettazione e le considerazioni sono presenti nel file supplementare 1.</li>
	<li>Per gli esperimenti in vivo, acquista una bobina elicoidale per tutto il corpo costruita su misura da un produttore con informazioni di progettazione proprietarie. Utilizzare tubi quadrati da 8 mm (poiché crea un campo più uniforme all'interno del foro della bobina) e un concentratore nell'area di trattamento mirata. Rendere il concentratore lungo 5,0 cm, con un totale di 5 giri per ottenere un diametro interno di 3,6 cm, diametro esterno di 5,2 cm e avere la sua posizione nell'area di trattamento mirata. Circondare la bobina con un guscio in policarbonato.</li>
	<li>Utilizzare un generatore AMF con potenza e frequenza regolabili, nominale a 10 kW o superiore come fonte di alimentazione. L'induttanza abbina la fonte di alimentazione e le antenne/bobine a un intervallo da 0,62 a 1,18 μHenries (μH), consentendo frequenze comprese tra 30-300 kHz. Raffreddare il generatore utilizzando acqua riciclata attraverso una pompa centrifuga, pressione regolata a 50 psi.</li>
	<li>Raffreddare le bobine con un refrigeratore da 5,6 tonnellate di capacità di raffreddamento che pompa il 25% di fluido termovettore a base di glicole etilenico diluito con acqua attraverso l'antenna AMF. Impostare la temperatura del refrigeratore in modo tale che l'antenna non riscaldi o raffreddi il campione.</li>
	<li>Per il contenimento degli animali, costruire un supporto tubolare che può essere sospeso al centro della bobina con un traferro di 0,5 cm tra il supporto e la superficie della bobina. Collegare una pompa dell'aria condizionata regolabile che fa circolare l'aria attraverso il guscio attorno alla bobina e impostarla per mantenere una normale temperatura interna animale. Collegare la macchina per anestesia al supporto tubolare dell'animale vicino alla testa dell'animale per garantire la corretta erogazione dell'anestesia.</li>
	<li>Per il contenimento delle cellule, creare un apparato che faccia circolare l'acqua da un bagno d'acqua attraverso il distanziatore in cui sono posizionati i tubi. Impostare la temperatura di questo bagnomaria in modo che i tubi siano circondati dall'acqua a 37 °C.</li>
	<li>Utilizzare sonde a fibre ottiche per monitorare le temperature all'interno del tumore, il nucleo dell'animale e l'ambiente animale o per studi in vitro, monitorando la temperatura del pellet cellulare e l'acqua che circonda i tubi.</li>
	<li>Utilizzare nanoparticelle magnetiche di ossido di ferro di dimensioni 100 nm per tutti gli esperimenti. NOTA: La concentrazione e il tasso di assorbimento specifico (SAR) sono due caratteristiche che devono essere considerate quando si scelgono le nanoparticelle, in quanto influenzano direttamente il possibile riscaldamento e la dose termica18.</li>
</ol>2. Ipertermia in vitro
<ol><li>Coltura B16F10 cellule di melanoma murino in terreni RPMI con 10% FBS e 1% Pen/streptococco. Piastra 150.000 celle/pozzetto in piastre a 6 pozzetti, con 2 ml di mezzo completo.</li>
	<li>Determinare il trattamento appropriato per ogni pozzetto, cioè cellule senza mNP e senza AMF, cellule con mNP e senza AMF, cellule senza mNP e AMF, cellule con mNP e AMF. NOTA: Inoltre, assicurarsi che ci siano controlli appropriati se si combina l'ipertermia con un'altra terapia. L'AMF viene eseguito in un laboratorio di ricerca standard adattato con le capacità di alimentazione e raffreddamento necessarie.</li>
	<li>24 ore dopo la placcatura, aggiungere mNP ai pozzetti appropriati come determinato nella fase precedente. Aggiungere mNPs ad una concentrazione di 3 mg di ferro/ml. Assicurarsi che gli mNP siano distribuiti in tutto il pozzo, creando una soluzione di supporti / mNP (rimuovendo i vecchi supporti, aggiungendo questa soluzione) o aggiungendo direttamente gli mNP e ruotando delicatamente le piastre per una distribuzione omogenea.</li>
	<li>Iniziare il trattamento, 48 ore dopo l'aggiunta di mNP, quando i pozzetti sono ~ 80% confluenti, rimuovendo i mezzi e lavando i pozzetti con mezzi freschi. Rimuovere il supporto.</li>
	<li>Aggiungere 0,5 ml di tripsina a ciascun pozzetto trattato e ruotare delicatamente. Utilizzare un microscopio per verificare che le cellule siano staccate.</li>
	<li>Aggiungere 1 mL di supporto a ciascun pozzetto per raccogliere le cellule in tubi da 1,5 ml. Raccogliere tutte le celle dal pozzo (~1 x 106 celle). Utilizzare un tubo separato chiaramente etichettato per ciascun pozzetto.</li>
	<li>Spingere i tubi a 60 x g per 2-3 minuti per consentire alle celle di pellettare. Trattenere il pellet nel supporto.</li>
	<li>Posizionare i tubi nel distanziatore pieno d'acqua all'interno della bobina. Impostare la temperatura del bagno d'acqua in modo tale che il fluido e il pellet cellulare siano mantenuti a 37 °C. Monitorare la temperatura all'interno del tubo e del bagno d'acqua utilizzando sonde di temperatura a fibre ottiche separate.</li>
	<li>Accendere il refrigeratore, controllare che il refrigerante scorra attraverso la bobina. Accendere la fonte di alimentazione e regolare la percentuale massima in base al campo desiderato. Azionare l'elettrobobina a 14 giri, alimentata da un generatore da 10 kW, a 165 kHz e 23,87 kA/m (300 Oe).</li>
	<li>Posizionare una sonda di temperatura in fibra ottica separata in uno dei tubi. Trattare le cellule fino alla dose termica del protocollo precedentemente determinata. Un esempio è 30 min a 43 °C (CEM43 di 30).</li>
	<li>Risospendere le celle nel mezzo che si trova nei loro tubi e ri-placcare in nuove piastre a 6 pozzetti. Etichettare chiaramente i nuovi piatti. L'obiettivo è quello di ri-placcare tutte le cellule raccolte (~1 x 106 celle). NOTA: Dovrebbero essere utilizzate nuove piastre a 6 pozzetti per garantire che le cellule coltivate ricevano il trattamento. Se vengono utilizzate le vecchie piastre, potrebbero essere ancora rimaste cellule sulle piastre che non sono state tripsinizzate con successo.</li>
	<li>Se necessario, per la successiva procedura sperimentale, lisare le cellule per l'analisi dell'espressione di RNA o proteine.</li>
</ol>3. Ipertermia in vivo
<ol><li>Coltura cellulare e inoculazione<ol><li>Coltura B16F10 cellule di melanoma murino in terreni RPMI con 10% FBS e 1% Pen/streptococco. Utilizzare piastre / piatti che forniscano abbastanza cellule per l'inoculazione del numero desiderato di animali. Ad esempio, piatti da 10.100 mm, placcati a 100.000 cellule saranno confluenti con abbastanza cellule per 20 iniezioni di topi entro 48 ore.</li>
		<li>Tripsinizzare le cellule e raccogliere utilizzando supporti RPMI puri (senza FBS o penna / streptococco).</li>
		<li>Contare le cellule e creare una soluzione per la concentrazione desiderata di cellule, in base al volume di inoculazione e al numero di mouse.</li>
		<li>Anestetizzare topi femmina C57Bl/6 di 6 settimane usando isoflurano vaporizzato e ossigeno. Mettere gli animali in una scatola di plexiglass con il 5% di isoflurano e il 95% di ossigeno fino a quando non vengono indotti. Una volta indotto, rimuovere l'animale e usare un cono facciale al 2% di isoflurano per completare i passaggi 3.1.5-3.1.7 e 3.3.3-3.3.6. NOTA: Per l'anestesia durante il trattamento utilizzare un contenimento dell'anestesia incorporato. Seguire i protocolli istituzionali standard per l'anestesia del topo. Prima della sperimentazione animale garantire l'approvazione IACUC appropriata. Dopo l'anestesia, riportare l'animale in gabbia e monitorare il recupero per garantire che non ci siano complicazioni.</li>
		<li>Controlla la mancanza di risposta ai riflessi di raddrizzamento.</li>
		<li>Rasare il fianco destro usando un rasoio elettrico.</li>
		<li>Pulire l'area di iniezione con una salvietta imbevuta di alcool. Iniettare 1-2 x 106 cellule, utilizzando una siringa di vetro da 100 μL con un ago da 28 G, dispersa in 50 μL di terreno per via intradermica sul fianco destro rasato di anestetizzato.</li>
	</ol></li>
	<li>Crescita tumorale/iniezione di nanoparticelle<ol><li>Misura i tumori in 3 dimensioni usando i calibri (lunghezza, larghezza e profondità) e calcola i volumi per (lunghezza x larghezza x profondità x π)/6.</li>
		<li>Quando i volumi tumorali raggiungono 120 mm 3 (+/- 20 mm3), mettere gli animali in studio. Progettare lo studio, assicurandosi che ci siano gruppi di controllo e trattamento appropriati che includano coorti di terapia combinata (cioè controllo, mNPH, radiazioni e la combinazione).</li>
		<li>Anestetizzare i topi che riceveranno mNP come descritto al punto 3.1.4.</li>
		<li>Pulire l'area con una salvietta imbevuta di alcool. Iniettare mNPs nel tumore 3 ore prima del trattamento con AMF. Iniettare un volume tale che la dose sia di 7,5 mg di ferro/cm3 di tumore. NOTA: Dati non pubblicati dal laboratorio suggeriscono che l'assorbimento massimo di mNP avviene a 3-6 ore.</li>
	</ol></li>
	<li>Trattamento AMF<ol><li>Anestetizzare il mouse e posizionarlo su una piastra riscaldante per mantenere la temperatura interna.</li>
		<li>Controlla la mancanza di risposta ai riflessi di raddrizzamento. Rimuovere il marchio auricolare o altri oggetti metallici sul mouse.</li>
		<li>Posizionare delicatamente una sonda di temperatura in fibra ottica lubrificata nel retto del mouse.</li>
		<li>Posizionare un catetere nel tumore, rimuovendo l'ago. Tagliare il catetere in modo tale che non sporga troppo dal tumore. NOTA: I cateteri di temperatura a fibre ottiche vengono posizionati e rimossi mentre i topi sono in anestesia generale, cioè i cateteri sono in posizione solo durante la procedura di riscaldamento del tumore. Ai topi viene somministrata una singola dose sottocutanea di un farmaco per l'analgesia dei FANS, ketoprofene (5 mg / kg), al momento della procedura. Non abbiamo osservato disagio o morbilità a breve o lungo termine associati al posizionamento dei cateteri.</li>
		<li>Inserire una sonda di temperatura a fibra ottica a 3 sensori nel catetere. Il catetere protegge i sensori della sonda di temperatura in fibra ottica.</li>
		<li>Fissare la sonda rettale e intratumorale alla coda dell'animale per assicurarsi che rimangano in posizione.</li>
		<li>Posizionare il mouse in un tubo da 50 ml, dirigersi verso il basso. Il tubo dovrebbe avere un foro vicino alla testa dove l'anestesia sarà collegata e consegnata.</li>
		<li>Posizionare il tubo all'interno della bobina e ricollegare l'anestesia.</li>
		<li>Posizionare una sonda di temperatura in fibra ottica liberamente nel tubo per misurare la temperatura ambiente.</li>
		<li>Accendere il refrigeratore e assicurarsi che il refrigerante sia in circolazione.</li>
		<li>Controllare e assicurarsi che il software del computer visualizzi le varie temperature e iniziare la registrazione per consentire la visualizzazione di un calcolo CEM43 in tempo reale. Il CEM43 richiesto è la dose precedentemente determinata. NOTA: Prima di accendere il magnete, assicurarsi che nessun oggetto metallico sia attaccato all'animale, poiché questi si riscaldano rapidamente. Inoltre, assicurati che tutti nella stanza non abbiano un pacemaker e che sia sicuro per loro essere lì.</li>
		<li>Accendere il magnete a bassa percentuale di potenza.</li>
		<li>Assicurarsi che le sonde di temperatura in fibra ottica registrino le variazioni di temperatura. Le temperature aumenteranno una volta attivato l'AMF all'aumentare del campo. Assicurarsi che la temperatura interna dell'animale rimanga a 38 °C. Regolare la temperatura interna utilizzando la camicia ad aria condizionata.</li>
		<li>Regolare la forza del campo magnetico cambiando l'alimentazione sul generatore, utilizzando il quadrante di controllo incorporato, che a sua volta controlla il livello di temperatura nel tumore.</li>
		<li>Spegnere l'AMF una volta che la dose desiderata, come precedentemente determinato dall'utente (ad esempio CEM43 40), è stata raggiunta all'interno del tumore.</li>
		<li>Una volta spento l'AMF, rimuovere il tubo dalla bobina.</li>
		<li>Rimuovere il mouse dal tubo, estraendo le varie sonde e catetere. Se necessario, etichettare l'animale con un nuovo marchio auricolare metallico.</li>
		<li>Una volta completati i trattamenti, spegnere il refrigeratore.</li>
		<li>Recuperare gli animali dall'anestesia garantendo l'assenza di complicazioni. Monitorare il loro comportamento per garantire il ritorno alla normalità.</li>
	</ol></li>
</ol>

<ol>
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Gli autori non hanno nulla da rivelare.

La progettazione e l'implementazione di questo sistema fornisce la capacità di condurre esperimenti accurati e riproducibili in vitro e in vivo di ipertermia di nanoparticelle magnetiche. È fondamentale che il sistema sia progettato in modo tale che la frequenza AMF e l'intensità del campo siano adeguatamente abbinate al tipo di nanoparticelle magnetiche, alla concentrazione, alla posizione e alla temperatura del tessuto desiderate. Inoltre, il monitoraggio accurato della temperatura in tempo reale è fondamentale per...

L'ipertermia è stata storicamente utilizzata nella terapia del cancro, da sola o in combinazione con altri trattamenti. Sebbene abbia una lunga storia di utilizzo, il metodo più vantaggioso per fornire questo trattamento è ancora in discussione e dipende dal sito e dalla posizione della malattia. I metodi per la somministrazione di ipertermia includono microonde, radiofrequenza, ultrasuoni focalizzati, laser e nanoparticelle metalliche (come oro o ossido di ferro)1,2,3,4. Questi metodi di somministrazione possono portare a una gamma di temperature di trattamento dal livello di febbre fino a centinaia di gradi C. L'effetto biologico dell'ipertermia dipende principalmente dalle temperature utilizzate e dalla durata del trattamento5. Per questo manoscritto e scopo, ci stiamo concentrando sull'ipertermia delle nanoparticelle magnetiche (mNPH). Questo metodo consente variazioni di temperatura focalizzate, localizzate, ben monitorate e controllate, utilizzando nanoparticelle di ossido di ferro non tossiche, approvate dalla FDA.
Una trappola di altre modalità di ipertermia è la mancanza di un preciso targeting cellulare; L'ipertermia non ha un rapporto terapeutico intrinsecamente elevato, pertanto è necessaria un'attenta termometria e targeting6. mNPH consente l'iniezione sistemica o intratumorale di mNP, con il calore generato solo dove si trovano gli mNP, indirizzando così il trattamento direttamente al tumore. mNPH può essere efficace quando le nanoparticelle magnetiche si trovano all'interno o all'esterno della cellula. Per la terapia del cancro, la panoramica generale di mNPH è che le nanoparticelle magnetiche vengono iniettate (per via intratumorale o endovenosa), quindi viene applicato un campo magnetico alternato, causando il costante riallineamento dei poli magnetici delle nanoparticelle, portando ad un riscaldamento localizzato delle cellule e dei tessuti associati alle nanoparticelle 7,8 . Regolando il volume delle nanoparticelle e la frequenza/forza del campo magnetico alternato (AMF), è possibile controllare attentamente la temperatura generata all'interno del tessuto.
Questo trattamento funziona bene nei tumori che si trovano vicino alla superficie corporea, poiché i tumori più profondi richiedono AMF più forte, quindi il rischio di riscaldamento a correnti parassite aumenta9. Ci sono prove che l'ipertermia viene utilizzata clinicamente come monoterapia, tuttavia, spesso l'ipertermia è combinata con radioterapia o chemioterapia, portando ad un effetto anti-cancro più mirato10,11,12. L'evidenza clinica dell'ipertermia che funziona in combinazione con la radioterapia è stata esaminata in una precedente pubblicazione13. Il nostro laboratorio ha trattato con successo una varietà di animali, dai topi ai maiali e tumori canini spontanei, utilizzando il metodo mNPH12,14,15. Questo protocollo è progettato per coloro che sono interessati a studiare gli effetti del trattamento di ipertermia localizzata, da solo o in combinazione con altre terapie.
Uno dei fattori più importanti nell'ipertermia è essere in grado di misurare e comprendere, in tempo reale, la dose termica erogata al tessuto bersaglio/tumorale. Un metodo standard per calcolare e confrontare la dose consiste nella dimostrazione dei minuti equivalenti cumulativi di riscaldamento a 43 °C; Questo algoritmo consente di confrontare le dosi indipendentemente dal sistema di erogazione, le temperature massime e minime (all'interno di un intervallo specifico) e i parametri di riscaldamento/raffreddamento 5,16. Il calcolo CEM funziona meglio per temperature comprese tra 39-57 °C5. Ad esempio, in alcuni degli studi che abbiamo eseguito, abbiamo scelto una dose termica di CEM43 30 (cioè 30 minuti a 43 °C). La scelta di questa dose ci ha permesso di esaminare un sicuro, efficace, effetti immunogenetici in vitro, sia da solo, sia in combinazione con una singola dose di radiazioni17.
Con l'ipertermia magnetica a nanoparticelle, ci sono diversi fattori che devono essere considerati nella costruzione di un sistema di consegna appropriato. La progettazione della strumentazione include importanti fattori di sicurezza, come l'uso di un refrigeratore per garantire che l'apparecchiatura di erogazione del campo magnetico rimanga fredda anche quando funziona ad alta potenza e procedure fail-safe che impediscono l'accensione del sistema se tutti i sistemi di temperatura, valutazione della potenza e controllo non sono stati attivati. Inoltre, ci sono importanti fattori biologici che devono essere considerati sia in situazioni in vivo che in vitro. Quando si utilizzano cellule in coltura, è necessario trattare nei terreni di crescita e mantenere una temperatura vitale costante per evitare cambiamenti fisiologici che potrebbero influenzare i risultati. Per i singoli tipi di nanoparticelle, è importante conoscere il tasso di assorbimento specifico (SAR) quando si calcolano i parametri di riscaldamento basati su AMF. Allo stesso modo, è importante conoscere la concentrazione di mNP/Fe, nelle cellule e nei tessuti, necessaria per ottenere il riscaldamento desiderato. I metodi in vivo richiedono ancora più attenzione ai dettagli poiché l'animale deve essere mantenuto in anestesia durante il trattamento e la temperatura corporea interna dell'animale deve essere mantenuta a un livello normale durante tutto il trattamento. Permettere all'animale di abbassarsi della temperatura corporea, come avviene in anestesia, può influire sui risultati complessivi, rispetto alla dose termica del tessuto da trattare.
In questo manoscritto, discutiamo i metodi utilizzati per progettare e costruire un versatile sistema di ipertermia magnetica a nanoparticelle, nonché importanti fattori d'uso che devono essere considerati. Il sistema descritto consente la somministrazione robusta, coerente, biologicamente appropriata, sicura e ben controllata dell'ipertermia di nanoparticelle magnetiche. Infine, va notato che gli studi mNPH che conduciamo spesso coinvolgono altre terapie come radioterapia, chemioterapia e immunoterapia. Affinché questi risultati siano significativi, è importante determinare in che modo il calore erogato può influenzare l'efficacia e/o la sicurezza-tossicità di altre modalità (o viceversa) e il benessere dell'animale. Per questo motivo e per le situazioni dosimetriche e terapeutiche precedentemente menzionate, è essenziale prestare la massima attenzione all'accuratezza del dosaggio dell'ipertermia con nanoparticelle magnetiche e alle misurazioni continue della temperatura del nucleo e del target. L'obiettivo di questo protocollo è fornire un metodo e una descrizione semplici e coerenti per la somministrazione di ipertermia magnetica a nanoparticelle sicura ed efficace.

<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

L'ipertermia è stata a lungo utilizzata nel trattamento del cancro. Le tecniche sono variate dall'inserimento intratumorale di barre di ferro calde, a nanoparticelle magnetiche mirate agli anticorpi tumorali erogate per via sistemica, a temperature da 39 ° C (livello di febbre) a 1.000 ° C (elettrocauterizzazione) e tempi di trattamento da secondi a ore. La relazione temperatura-tempo (dose termica) detta l'effetto con alte dosi termiche con conseguente ablazione tissutale e dosi termiche più basse con conseguenti effetti subletali come aumento del flusso sanguigno, accumulo di farmaci e stimolazione immunitaria. Una delle terapie mediche attuali più promettenti è l'ipertermia con nanoparticelle magnetiche (mNPH). Questa tecnica prevede l'attivazione di nanoparticelle magnetiche, che possono essere veicolate sistemicamente o intratumoralmente, con un campo magnetico alternato non invasivo e non tossico. La dimensione, la costruzione e l'associazione delle nanoparticelle magnetiche e la frequenza e l'intensità del campo magnetico sono i principali determinanti del riscaldamento. Abbiamo sviluppato strumentazione e tecniche sofisticate per fornire ipertermia magnetica riproducibile con nanoparticelle in modelli animali grandi e piccoli e cellule in coltura. Questo approccio, che utilizza il monitoraggio continuo della temperatura in tempo reale in più posizioni, consente la somministrazione di dosi termiche ben definite al tessuto bersaglio (tumore) o alle cellule, limitando al contempo il riscaldamento dei tessuti non bersaglio. Il controllo e il monitoraggio precisi della temperatura, in più siti, e l'uso dell'algoritmo standard del settore (minuti equivalenti cumulativi a 43 °C / CEM43), consente una determinazione e una quantificazione accurate della dose termica. Il nostro sistema, che consente un'ampia varietà di temperature, dosi termiche ed effetti biologici, è stato sviluppato attraverso una combinazione di acquisizioni commerciali e sviluppi interni di ingegneria e biologia. Questo sistema è stato ottimizzato in modo da consentire la rapida conversione tra tecniche ex vivo, in vitro e in vivo. L'obiettivo di questo protocollo è dimostrare come progettare, sviluppare e implementare una tecnica e un sistema efficaci per fornire ipertermia riproducibile e accurata con terapia magnetica con nanoparticelle (mNP).

Studi in vitro Le cellule raggiungeranno e manterranno la temperatura e la dose termica desiderate solo se la quantità e la concentrazione delle nanoparticelle magnetiche / ferro e dell'AMF sono opportunamente abbinate. Quando si utilizzano nanoparticelle magnetiche per riscaldare le cellule in vitro (e in vivo), va notato che per ottenere l'ipertermia in cellule con nanoparticelle magnetiche internalizzate, sarà necessario un livello specifico di mNP / Fe intracellulare e sarà necessario il numero...

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

Questo protocollo presenta le tecniche e la metodologia necessarie per la consegna accurata dell'ipertermia delle nanoparticelle magnetiche utilizzando un sofisticato sistema di consegna e monitoraggio.

Somministrazione in vitro e in vivo dell'ipertermia magnetica con nanoparticelle utilizzando un sistema di consegna personalizzato

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

in-vitro-vivo-delivery-magnetic-nanoparticle-hyperthermia-using

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Medicine

4.2K Views.  Dartmouth College. Questo protocollo presenta le tecniche e la metodologia necessarie per la consegna accurata dell'ipertermia delle nanoparticelle magnetiche utilizzando un sofisticato sistema di consegna e monitoraggio.

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

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.

Ex Cultura Vivo del tessuto del paziente e l&#39;esame di consegna Gene

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 ...

Ricerca

Medicina

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.

Multi-modal Imaging di angiogenesi in un modello di ratto Nudo di metastasi ossee cancro al seno utilizzando la risonanza magnetica, tomografia computerizzata volumetrica e Ultrasuoni

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.

Appositamente studiata apparecchi di riscaldamento a base laser per la Release Innescata di Cisplatino da termosensibile liposomi con Risonanza Magnetica Guidance Immagine

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

Bioingegneria

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.

Ipertermia generata da ultrasuoni focalizzati ad alta intensità guidata da risonanza magnetica: un metodo di trattamento fattibile in un modello di rabdomiosarcoma murino

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

Ricerca sul cancro

<meta charset="utf8"></head><body>Nanofarmaco mirato al miRNA-10b oncogenico per il trattamento del carcinoma mammario metastatico

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>Monitoraggio dell'accumulo di nanofarmaci nelle metastasi del carcinoma mammario murino

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.

Monitoraggio dell'accumulo di nanofarmaci nelle metastasi del carcinoma mammario murino

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>Nanoparticelle di ossido di ferro per la somministrazione di terapia guidata da immagini nel glioblastoma murino

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>Autore in primo piano: Terapie innovative contro il cancro con nanoparticelle di ossido di ferro per il trattamento del glioblastoma

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.

Consegna di nanoparticelle di un carico utile di oligonucleotidi in un modello animale multiforme di glioblastoma

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 ...

Somministrazione in vitro e in vivo dell'ipertermia magnetica con nanoparticelle utilizzando un sistema di consegna personalizzato

Riepilogo

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Capitoli in questo video

Ex Cultura Vivo del tessuto del paziente e l'esame di consegna Gene

Multi-modal Imaging di angiogenesi in un modello di ratto Nudo di metastasi ossee cancro al seno utilizzando la risonanza magnetica, tomografia computerizzata volumetrica e Ultrasuoni

Appositamente studiata apparecchi di riscaldamento a base laser per la Release Innescata di Cisplatino da termosensibile liposomi con Risonanza Magnetica Guidance Immagine

Ipertermia generata da ultrasuoni focalizzati ad alta intensità guidata da risonanza magnetica: un metodo di trattamento fattibile in un modello di rabdomiosarcoma murino

Monitoraggio dell'accumulo di nanofarmaci nelle metastasi del carcinoma mammario murino

Monitoraggio dell'accumulo di nanofarmaci nelle metastasi del carcinoma mammario murino

Monitoraggio dell'accumulo di nanofarmaci nelle metastasi del carcinoma mammario murino

Consegna di nanoparticelle di un carico utile di oligonucleotidi in un modello animale multiforme di glioblastoma

Consegna di nanoparticelle di un carico utile di oligonucleotidi in un modello animale multiforme di glioblastoma

Consegna di nanoparticelle di un carico utile di oligonucleotidi in un modello animale multiforme di glioblastoma