Η Javascript είναι απενεργοποιημένη αυτήν τη στιγμή στο πρόγραμμα περιήγησής σας. Όταν η Javascript είναι απενεργοποιημένη, ορισμένες λειτουργίες αυτού του ιστότοπου δεν θα λειτουργούν.
Καταχωρίστε τα συγκεκριμένα στοιχεία σας και συγκεκριμένα φάρμακα που σας ενδιαφέρουν και εμείς θα αντιστοιχίσουμε τις πληροφορίες που παρέχετε με άρθρα στην εκτεταμένη βάση δεδομένων μας και θα σας στείλουμε ένα αντίγραφο PDF μέσω email εγκαίρως.
Έλεγχος της κίνησης των μαγνητικών νανοσωματιδίων οξειδίου του σιδήρου για στοχευμένη χορήγηση κυτταροστατικών
Συγγραφέας Toropova Y, Korolev D, Istomina M, Shulmeyster G, Petukhov A, Mishanin V, Gorshkov A, Podyacheva E, Gareev K, Bagrov A, Demidov O
Γιάνα Τορόποβα,1 Ντμίτρι Κορόλεφ,1 Μαρία Ιστόμινα,1,2 Γκαλίνα Σουλμέιστερ,1 Αλεξέι Πετούχοφ,1,3 Βλαντιμίρ Μισάνιν,1 Αντρέι Γκορσκόφ,4 Αικατερίνη Ποντιάτσεβα,1 Καμίλ Γκαρέεφ,2 Αλεξέι Μπαγκρόφ,5 Όλεγκ Ντεμίντοβ6,71Εθνικό Κέντρο Ιατρικής Έρευνας Αλμάζοφ του Υπουργείου Υγείας της Ρωσικής Ομοσπονδίας, Αγία Πετρούπολη, 197341, Ρωσική Ομοσπονδία· 2 Ηλεκτροτεχνικό Πανεπιστήμιο Αγίας Πετρούπολης «LETI», Αγία Πετρούπολη, 197376, Ρωσική Ομοσπονδία· 3 Κέντρο Εξατομικευμένης Ιατρικής, Κρατικό Κέντρο Ιατρικής Έρευνας Αλμάζοφ, Υπουργείο Υγείας της Ρωσικής Ομοσπονδίας, Αγία Πετρούπολη, 197341, Ρωσική Ομοσπονδία· 4FSBI «Ινστιτούτο Έρευνας Γρίπης με το όνομα Α.Α. Σμοροντίντσεφ» Υπουργείο Υγείας της Ρωσικής Ομοσπονδίας, Αγία Πετρούπολη, Ρωσική Ομοσπονδία· 5 Ινστιτούτο Εξελικτικής Φυσιολογίας και Βιοχημείας Σετσένοφ, Ρωσική Ακαδημία Επιστημών, Αγία Πετρούπολη, Ρωσική Ομοσπονδία· 6 Ινστιτούτο Κυτταρολογίας RAS, Αγία Πετρούπολη, 194064, Ρωσική Ομοσπονδία· 7INSERM U1231, Ιατρική και Φαρμακευτική Σχολή, Πανεπιστήμιο Bourgogne-Franche Comté της Ντιζόν, Γαλλία Επικοινωνία: Yana ToropovaAlmazov Εθνικό Κέντρο Ιατρικής Έρευνας, Υπουργείο Υγείας της Ρωσικής Ομοσπονδίας, Αγία Πετρούπολη, 197341, Ρωσική Ομοσπονδία Τηλ. +7 981 95264800 4997069 Email [email protected] Υπόβαθρο: Μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση στο πρόβλημα της κυτταροστατικής τοξικότητας είναι η χρήση μαγνητικών νανοσωματιδίων (MNP) για στοχευμένη χορήγηση φαρμάκων. Σκοπός: Να χρησιμοποιηθούν υπολογισμοί για τον προσδιορισμό των καλύτερων χαρακτηριστικών του μαγνητικού πεδίου που ελέγχει τα MNP in vivo και να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα της χορήγησης μαγνητρονίων MNP σε όγκους ποντικών in vitro και in vivo. Χρησιμοποιείται το MNPs-ICG. Μελέτες έντασης φωταύγειας in vivo πραγματοποιήθηκαν σε ποντίκια με όγκους, με και χωρίς μαγνητικό πεδίο στην περιοχή ενδιαφέροντος. Αυτές οι μελέτες πραγματοποιήθηκαν σε ένα υδροδυναμικό ικρίωμα που αναπτύχθηκε από το Ινστιτούτο Πειραματικής Ιατρικής του Κρατικού Ιατρικού Ερευνητικού Κέντρου Almazov του Ρωσικού Υπουργείου Υγείας. Αποτέλεσμα: Η χρήση μαγνητών νεοδυμίου προώθησε την επιλεκτική συσσώρευση MNP. Ένα λεπτό μετά τη χορήγηση MNPs-ICG σε ποντίκια που φέρουν όγκο, τα MNPs-ICG συσσωρεύονται κυρίως στο ήπαρ. Με την απουσία και την παρουσία μαγνητικού πεδίου, αυτό υποδηλώνει την μεταβολική τους οδό. Αν και παρατηρήθηκε αύξηση του φθορισμού στον όγκο παρουσία μαγνητικού πεδίου, η ένταση του φθορισμού στο ήπαρ του ζώου δεν άλλαξε με την πάροδο του χρόνου. Συμπέρασμα: Αυτός ο τύπος MNP, σε συνδυασμό με την υπολογισμένη ισχύ του μαγνητικού πεδίου, μπορεί να αποτελέσει τη βάση για την ανάπτυξη μαγνητικά ελεγχόμενης χορήγησης κυτταροστατικών φαρμάκων σε καρκινικούς ιστούς. Λέξεις-κλειδιά: ανάλυση φθορισμού, ινδοκυανίνη, νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου, χορήγηση κυτταροστατικών με μαγνητρόνιο, στόχευση όγκου.
Οι καρκινικές παθήσεις αποτελούν μία από τις κύριες αιτίες θανάτου παγκοσμίως. Ταυτόχρονα, η δυναμική της αυξανόμενης νοσηρότητας και θνησιμότητας των καρκινικών παθήσεων εξακολουθεί να υφίσταται.1 Η χημειοθεραπεία που χρησιμοποιείται σήμερα εξακολουθεί να αποτελεί μία από τις κύριες θεραπείες για διάφορους όγκους. Ταυτόχρονα, η ανάπτυξη μεθόδων για τη μείωση της συστηματικής τοξικότητας των κυτταροστατικών εξακολουθεί να είναι επίκαιρη. Μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος για την επίλυση του προβλήματος τοξικότητάς τους είναι η χρήση νανοκλίμακας φορέων για τη στόχευση μεθόδων χορήγησης φαρμάκων, οι οποίες μπορούν να παρέχουν τοπική συσσώρευση φαρμάκων σε καρκινικούς ιστούς χωρίς να αυξάνουν τη συσσώρευσή τους σε υγιή όργανα και ιστούς.2 Αυτή η μέθοδος καθιστά δυνατή τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας και της στόχευσης των χημειοθεραπευτικών φαρμάκων στους καρκινικούς ιστούς, μειώνοντας παράλληλα τη συστηματική τοξικότητά τους.
Μεταξύ των διαφόρων νανοσωματιδίων που εξετάζονται για τη στοχευμένη χορήγηση κυτταροστατικών παραγόντων, τα μαγνητικά νανοσωματίδια (MNPs) παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον λόγω των μοναδικών χημικών, βιολογικών και μαγνητικών ιδιοτήτων τους, οι οποίες διασφαλίζουν την ευελιξία τους. Επομένως, τα μαγνητικά νανοσωματίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως σύστημα θέρμανσης για τη θεραπεία όγκων με υπερθερμία (μαγνητική υπερθερμία). Μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν ως διαγνωστικοί παράγοντες (διάγνωση μαγνητικού συντονισμού). 3-5 Χρησιμοποιώντας αυτά τα χαρακτηριστικά, σε συνδυασμό με τη δυνατότητα συσσώρευσης MNP σε μια συγκεκριμένη περιοχή, μέσω της χρήσης ενός εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, η χορήγηση στοχευμένων φαρμακευτικών παρασκευασμάτων ανοίγει τη δημιουργία ενός πολυλειτουργικού συστήματος μαγνητρονίων για τη στόχευση κυτταροστατικών στην περιοχή του όγκου. Ένα τέτοιο σύστημα θα περιελάμβανε MNP και μαγνητικά πεδία για τον έλεγχο της κίνησής τους στο σώμα. Σε αυτήν την περίπτωση, τόσο εξωτερικά μαγνητικά πεδία όσο και μαγνητικά εμφυτεύματα που τοποθετούνται στην περιοχή του σώματος που περιέχει τον όγκο μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή του μαγνητικού πεδίου. 6 Η πρώτη μέθοδος έχει σοβαρές ελλείψεις, συμπεριλαμβανομένης της ανάγκης χρήσης εξειδικευμένου εξοπλισμού για μαγνητική στόχευση φαρμάκων και της ανάγκης εκπαίδευσης προσωπικού για την εκτέλεση χειρουργικών επεμβάσεων. Επιπλέον, αυτή η μέθοδος περιορίζεται από το υψηλό κόστος και είναι κατάλληλη μόνο για «επιφανειακούς» όγκους κοντά στην επιφάνεια του σώματος. Η εναλλακτική μέθοδος χρήσης μαγνητικών εμφυτευμάτων διευρύνει το πεδίο εφαρμογής αυτής της τεχνολογίας, διευκολύνοντας τη χρήση της σε όγκους που βρίσκονται σε διαφορετικά μέρη του σώματος. Τόσο μεμονωμένοι μαγνήτες όσο και μαγνήτες ενσωματωμένοι στο ενδοαυλικό stent μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εμφυτεύματα για βλάβες όγκων σε κοίλα όργανα για να διασφαλιστεί η βατότητά τους. Ωστόσο, σύμφωνα με τη δική μας αδημοσίευτη έρευνα, αυτά δεν είναι επαρκώς μαγνητικά για να διασφαλίσουν τη συγκράτηση των MNP από την κυκλοφορία του αίματος.
Η αποτελεσματικότητα της χορήγησης φαρμάκων με μαγνητρόνιο εξαρτάται από πολλούς παράγοντες: τα χαρακτηριστικά του ίδιου του μαγνητικού φορέα και τα χαρακτηριστικά της πηγής μαγνητικού πεδίου (συμπεριλαμβανομένων των γεωμετρικών παραμέτρων των μόνιμων μαγνητών και της ισχύος του μαγνητικού πεδίου που παράγουν). Η ανάπτυξη επιτυχημένης τεχνολογίας χορήγησης μαγνητικά καθοδηγούμενων αναστολέων κυττάρων θα πρέπει να περιλαμβάνει την ανάπτυξη κατάλληλων μαγνητικών νανοκλίμακας φορέων φαρμάκων, την αξιολόγηση της ασφάλειάς τους και την ανάπτυξη ενός πρωτοκόλλου οπτικοποίησης που επιτρέπει την παρακολούθηση των κινήσεών τους στο σώμα.
Σε αυτήν τη μελέτη, υπολογίσαμε μαθηματικά τα βέλτιστα χαρακτηριστικά του μαγνητικού πεδίου για τον έλεγχο του μαγνητικού νανο-φορέα φαρμάκων στο σώμα. Η πιθανότητα συγκράτησης των MNP μέσω του τοιχώματος του αιμοφόρου αγγείου υπό την επίδραση ενός εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου με αυτά τα υπολογιστικά χαρακτηριστικά μελετήθηκε επίσης σε απομονωμένα αιμοφόρα αγγεία αρουραίων. Επιπλέον, συνθέσαμε συζεύγματα MNP και φθοριζόντων παραγόντων και αναπτύξαμε ένα πρωτόκολλο για την απεικόνισή τους in vivo. Υπό συνθήκες in vivo, σε ποντίκια-μοντέλα όγκου, μελετήθηκε η αποτελεσματικότητα συσσώρευσης MNP σε ιστούς όγκου όταν χορηγούνται συστηματικά υπό την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου.
Στη μελέτη in vitro, χρησιμοποιήσαμε το MNP αναφοράς, και στη μελέτη in vivo, χρησιμοποιήσαμε το MNP επικαλυμμένο με πολυεστέρα γαλακτικού οξέος (πολυγαλακτικό οξύ, PLA) που περιείχε έναν φθορίζοντα παράγοντα (ινδολεκυανίνη· ICG). Το MNP-ICG περιλαμβάνεται στο Στην περίπτωση, χρησιμοποιήστε (MNP-PLA-EDA-ICG).
Η σύνθεση και οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του MNP έχουν περιγραφεί λεπτομερώς αλλού. 7,8
Για τη σύνθεση των MNPs-ICG, αρχικά παράχθηκαν συζεύγματα PLA-ICG. Χρησιμοποιήθηκε ένα ρακεμικό μείγμα PLA-D και PLA-L σε μορφή σκόνης με μοριακό βάρος 60 kDa.
Δεδομένου ότι το PLA και το ICG είναι και τα δύο οξέα, για να συντεθούν συζεύγματα PLA-ICG, πρέπει πρώτα να συντεθεί ένας διαχωριστής με αμινοτελικό άκρο στο PLA, ο οποίος βοηθά την ICG να προσροφηθεί χημικά στον διαχωριστή. Ο διαχωριστής συντέθηκε χρησιμοποιώντας αιθυλενοδιαμίνη (EDA), μέθοδο καρβοδιιμιδίου και υδατοδιαλυτό καρβοδιιμίδιο, 1-αιθυλο-3-(3-διμεθυλαμινοπροπυλ) καρβοδιιμίδιο (EDAC). Ο διαχωριστής PLA-EDA συντίθεται ως εξής. Προσθέστε 20πλάσια μοριακή περίσσεια EDA και 20πλάσια μοριακή περίσσεια EDAC σε 2 mL διαλύματος χλωροφορμίου PLA 0,1 g/mL. Η σύνθεση πραγματοποιήθηκε σε δοκιμαστικό σωλήνα πολυπροπυλενίου των 15 mL σε αναδευτήρα με ταχύτητα 300 min-1 για 2 ώρες. Το σχήμα σύνθεσης φαίνεται στο Σχήμα 1. Επαναλάβετε τη σύνθεση με 200πλάσια περίσσεια αντιδραστηρίων για να βελτιστοποιήσετε το σχήμα σύνθεσης.
Στο τέλος της σύνθεσης, το διάλυμα φυγοκεντρήθηκε με ταχύτητα 3000 min-1 για 5 λεπτά για την απομάκρυνση της περίσσειας των καθιζάνοντων παραγώγων πολυαιθυλενίου. Στη συνέχεια, προστέθηκαν 2 mL διαλύματος ICG 0,5 mg/mL σε διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO) στο διάλυμα των 2 mL. Ο αναδευτήρας σταθεροποιήθηκε με ταχύτητα ανάδευσης 300 min-1 για 2 ώρες. Το σχηματικό διάγραμμα του ληφθέντος συζυγούς φαίνεται στο Σχήμα 2.
Σε 200 mg MNP, προσθέσαμε 4 mL συζυγούς PLA-EDA-ICG. Χρησιμοποιήστε έναν αναδευτήρα LS-220 (LOIP, Ρωσία) για να αναδεύσετε το εναιώρημα για 30 λεπτά με συχνότητα 300 min-1. Στη συνέχεια, πλύθηκε με ισοπροπανόλη τρεις φορές και υποβλήθηκε σε μαγνητικό διαχωρισμό. Χρησιμοποιήστε υπερηχητικό διασκορπιστή UZD-2 (FSUE NII TVCH, Ρωσία) για να προσθέσετε IPA στο εναιώρημα για 5-10 λεπτά υπό συνεχή υπερηχητική δράση. Μετά την τρίτη πλύση με IPA, το ίζημα πλύθηκε με απεσταγμένο νερό και επαναιωρήθηκε σε φυσιολογικό ορό σε συγκέντρωση 2 mg/mL.
Ο εξοπλισμός ZetaSizer Ultra (Malvern Instruments, Ηνωμένο Βασίλειο) χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της κατανομής μεγέθους του ληφθέντος MNP στο υδατικό διάλυμα. Για τη μελέτη του σχήματος και του μεγέθους του MNP χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διέλευσης (TEM) με κάθοδο εκπομπής πεδίου JEM-1400 STEM (JEOL, Ιαπωνία).
Σε αυτήν τη μελέτη, χρησιμοποιούμε κυλινδρικούς μόνιμους μαγνήτες (ποιότητας N35· με προστατευτική επίστρωση νικελίου) και τα ακόλουθα τυποποιημένα μεγέθη (μήκος μεγάλου άξονα × διάμετρος κυλίνδρου): 0,5×2 mm, 2×2 mm, 3×2 mm και 5×2 mm.
Η in vitro μελέτη της μεταφοράς MNP στο μοντέλο συστήματος πραγματοποιήθηκε σε υδροδυναμικό ικρίωμα που αναπτύχθηκε από το Ινστιτούτο Πειραματικής Ιατρικής του Κρατικού Ιατρικού Ερευνητικού Κέντρου Almazov του Ρωσικού Υπουργείου Υγείας. Ο όγκος του κυκλοφορούντος υγρού (απεσταγμένο νερό ή διάλυμα Krebs-Henseleit) είναι 225 mL. Ως μόνιμοι μαγνήτες χρησιμοποιούνται αξονικά μαγνητισμένοι κυλινδρικοί μαγνήτες. Τοποθετήστε τον μαγνήτη σε μια βάση 1,5 mm μακριά από το εσωτερικό τοίχωμα του κεντρικού γυάλινου σωλήνα, με το άκρο του στραμμένο προς την κατεύθυνση του σωλήνα (κάθετα). Ο ρυθμός ροής του υγρού στον κλειστό βρόχο είναι 60 L/h (που αντιστοιχεί σε γραμμική ταχύτητα 0,225 m/s). Το διάλυμα Krebs-Henseleit χρησιμοποιείται ως κυκλοφορούν υγρό επειδή είναι ανάλογο του πλάσματος. Ο συντελεστής δυναμικού ιξώδους του πλάσματος είναι 1,1–1,3 mPa∙s. 9 Η ποσότητα MNP που προσροφάται στο μαγνητικό πεδίο προσδιορίζεται με φασματοφωτομετρία από τη συγκέντρωση σιδήρου στο κυκλοφορούν υγρό μετά το πείραμα.
Επιπλέον, έχουν διεξαχθεί πειραματικές μελέτες σε έναν βελτιωμένο πίνακα μηχανικής ρευστών για τον προσδιορισμό της σχετικής διαπερατότητας των αιμοφόρων αγγείων. Τα κύρια εξαρτήματα της υδροδυναμικής υποστήριξης φαίνονται στο Σχήμα 3. Τα κύρια εξαρτήματα του υδροδυναμικού στεντ είναι ένας κλειστός βρόχος που προσομοιώνει τη διατομή του αγγειακού συστήματος του μοντέλου και μια δεξαμενή αποθήκευσης. Η κίνηση του υγρού του μοντέλου κατά μήκος του περιγράμματος της μονάδας αιμοφόρου αγγείου παρέχεται από μια περισταλτική αντλία. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, διατηρείται η εξάτμιση και το απαιτούμενο εύρος θερμοκρασίας και παρακολουθούνται οι παράμετροι του συστήματος (θερμοκρασία, πίεση, ρυθμός ροής υγρού και τιμή pH).
Σχήμα 3 Μπλοκ διάγραμμα της διάταξης που χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της διαπερατότητας του τοιχώματος της καρωτιδικής αρτηρίας. 1-δεξαμενή αποθήκευσης, 2-περισταλτική αντλία, 3-μηχανισμός εισαγωγής εναιωρήματος που περιέχει MNP στον βρόχο, 4-μετρητής ροής, 5-αισθητήρας πίεσης στον βρόχο, 6-εναλλάκτης θερμότητας, 7-θάλαμος με δοχείο, 8-η πηγή του μαγνητικού πεδίου, 9-το μπαλόνι με υδρογονάνθρακες.
Ο θάλαμος που περιέχει το δοχείο αποτελείται από τρία δοχεία: ένα εξωτερικό μεγάλο δοχείο και δύο μικρά δοχεία, μέσω των οποίων διέρχονται οι βραχίονες του κεντρικού κυκλώματος. Η κάνουλα εισάγεται στο μικρό δοχείο, το δοχείο στερεώνεται στο μικρό δοχείο και η άκρη της κάνουλας δένεται σφιχτά με ένα λεπτό σύρμα. Ο χώρος μεταξύ του μεγάλου και του μικρού δοχείου γεμίζεται με απεσταγμένο νερό και η θερμοκρασία παραμένει σταθερή λόγω της σύνδεσης με τον εναλλάκτη θερμότητας. Ο χώρος στο μικρό δοχείο γεμίζεται με διάλυμα Krebs-Henseleit για να διατηρηθεί η βιωσιμότητα των κυττάρων των αιμοφόρων αγγείων. Η δεξαμενή γεμίζεται επίσης με διάλυμα Krebs-Henseleit. Το σύστημα τροφοδοσίας αερίου (άνθρακα) χρησιμοποιείται για την εξάτμιση του διαλύματος στο μικρό δοχείο στη δεξαμενή αποθήκευσης και στον θάλαμο που περιέχει το δοχείο (Σχήμα 4).
Σχήμα 4 Ο θάλαμος όπου τοποθετείται το δοχείο. 1-Κάνουλα για την καθοδική ροή των αιμοφόρων αγγείων, 2-Εξωτερικός θάλαμος, 3-Μικρός θάλαμος. Το βέλος υποδεικνύει την κατεύθυνση του υγρού του μοντέλου.
Για τον προσδιορισμό του δείκτη σχετικής διαπερατότητας του τοιχώματος του αγγείου, χρησιμοποιήθηκε η καρωτιδική αρτηρία αρουραίου.
Η εισαγωγή εναιωρήματος MNP (0,5 mL) στο σύστημα έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: ο συνολικός εσωτερικός όγκος της δεξαμενής και του σωλήνα σύνδεσης στον βρόχο είναι 20 mL και ο εσωτερικός όγκος κάθε θαλάμου είναι 120 mL. Η εξωτερική πηγή μαγνητικού πεδίου είναι ένας μόνιμος μαγνήτης με τυπικό μέγεθος 2×3 mm. Είναι εγκατεστημένος πάνω από έναν από τους μικρούς θαλάμους, 1 cm μακριά από το δοχείο, με το ένα άκρο στραμμένο προς το τοίχωμα του δοχείου. Η θερμοκρασία διατηρείται στους 37°C. Η ισχύς της αντλίας κυλίνδρων έχει ρυθμιστεί στο 50%, που αντιστοιχεί σε ταχύτητα 17 cm/s. Ως έλεγχος, ελήφθησαν δείγματα σε κυψελίδα χωρίς μόνιμους μαγνήτες.
Μία ώρα μετά τη χορήγηση μιας δεδομένης συγκέντρωσης MNP, ελήφθη ένα δείγμα υγρού από τον θάλαμο. Η συγκέντρωση των σωματιδίων μετρήθηκε με φασματοφωτόμετρο χρησιμοποιώντας το φασματοφωτόμετρο Unico 2802S UV-Vis (United Products & Instruments, ΗΠΑ). Λαμβάνοντας υπόψη το φάσμα απορρόφησης του εναιωρήματος MNP, η μέτρηση πραγματοποιήθηκε στα 450 nm.
Σύμφωνα με τις οδηγίες Rus-LASA-FELASA, όλα τα ζώα εκτρέφονται και μεγαλώνουν σε συγκεκριμένες εγκαταστάσεις απαλλαγμένες από παθογόνα. Η παρούσα μελέτη συμμορφώνεται με όλους τους σχετικούς δεοντολογικούς κανονισμούς για πειράματα και έρευνα σε ζώα και έχει λάβει δεοντολογική έγκριση από το Εθνικό Κέντρο Ιατρικών Ερευνών Almazov (IACUC). Τα ζώα έπιναν νερό ad libitum και τρέφονταν τακτικά.
Η μελέτη διεξήχθη σε 10 αναισθητοποιημένα αρσενικά ποντίκια NSG ηλικίας 12 εβδομάδων με ανοσοανεπάρκεια (NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/Szj, Jackson Laboratory, ΗΠΑ) 10, βάρους 22 g ± 10%. Δεδομένου ότι η ανοσία των ποντικών με ανοσοανεπάρκεια είναι κατασταλμένη, τα ποντίκια με ανοσοανεπάρκεια αυτής της σειράς επιτρέπουν τη μεταμόσχευση ανθρώπινων κυττάρων και ιστών χωρίς απόρριψη μοσχεύματος. Τα συνομήλικα από διαφορετικά κλουβιά ανατέθηκαν τυχαία στην πειραματική ομάδα και συνεκτέθηκαν ή εκτέθηκαν συστηματικά στο στρώμα άλλων ομάδων για να διασφαλιστεί η ισότιμη έκθεση στο κοινό μικροβίωμα.
Η κυτταρική σειρά ανθρώπινου καρκίνου HeLa χρησιμοποιείται για τη δημιουργία ενός μοντέλου ξενομοσχεύματος. Τα κύτταρα καλλιεργήθηκαν σε DMEM που περιείχε γλουταμίνη (PanEco, Ρωσία), συμπληρωμένο με 10% εμβρυϊκό ορό βοοειδών (Hyclone, ΗΠΑ), 100 CFU/mL πενικιλίνη και 100 μg/mL στρεπτομυκίνη. Η κυτταρική σειρά παραχωρήθηκε ευγενικά από το Εργαστήριο Ρύθμισης Γονιδιακής Έκφρασης του Ινστιτούτου Κυτταρικής Έρευνας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών. Πριν από την ένεση, τα κύτταρα HeLa αφαιρέθηκαν από το πλαστικό καλλιέργειας με διάλυμα θρυψίνης:Versene 1:1 (Biolot, Ρωσία). Μετά το πλύσιμο, τα κύτταρα εναιωρήθηκαν σε πλήρες μέσο σε συγκέντρωση 5×106 κύτταρα ανά 200 μL και αραιώθηκαν με μήτρα βασικής μεμβράνης (LDEV-FREE, MATRIGEL® CORNING®) (1:1, σε πάγο). Το παρασκευασμένο κυτταρικό εναιώρημα εγχύθηκε υποδορίως στο δέρμα του μηρού του ποντικού. Χρησιμοποιήστε ηλεκτρονικούς παχύμετρους για την παρακολούθηση της ανάπτυξης του όγκου κάθε 3 ημέρες.
Όταν ο όγκος έφτασε τα 500 mm3, ένας μόνιμος μαγνήτης εμφυτεύτηκε στον μυϊκό ιστό του πειραματόζωου κοντά στον όγκο. Στην πειραματική ομάδα (MNPs-ICG + tumor-M), εγχύθηκε 0,1 mL εναιωρήματος MNP και εκτέθηκε σε μαγνητικό πεδίο. Ολόκληρα ζώα που δεν είχαν υποβληθεί σε θεραπεία χρησιμοποιήθηκαν ως ομάδα ελέγχου (υπόβαθρο). Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκαν ζώα στα οποία εγχύθηκε 0,1 mL MNP αλλά δεν είχαν εμφυτευτεί μαγνήτες (MNPs-ICG + tumor-BM).
Η οπτικοποίηση φθορισμού δειγμάτων in vivo και in vitro πραγματοποιήθηκε στον βιοαπεικονιστή IVIS Lumina LT series III (PerkinElmer Inc., ΗΠΑ). Για την οπτικοποίηση in vitro, προστέθηκε στα φρεάτια της πλάκας όγκος 1 mL συνθετικού συζυγούς PLA-EDA-ICG και MNP-PLA-EDA-ICG. Λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά φθορισμού της χρωστικής ICG, επιλέχθηκε το καλύτερο φίλτρο που χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της φωτεινής έντασης του δείγματος: το μέγιστο μήκος κύματος διέγερσης είναι 745 nm και το μήκος κύματος εκπομπής είναι 815 nm. Το λογισμικό Living Image 4.5.5 (PerkinElmer Inc.) χρησιμοποιήθηκε για την ποσοτική μέτρηση της έντασης φθορισμού των φρεατίων που περιείχαν το συζυγές.
Η ένταση και η συσσώρευση φθορισμού του συζυγούς MNP-PLA-EDA-ICG μετρήθηκαν σε ποντίκια με μοντέλα όγκων in vivo, χωρίς την παρουσία και εφαρμογή μαγνητικού πεδίου στην περιοχή ενδιαφέροντος. Τα ποντίκια αναισθητοποιήθηκαν με ισοφλουράνιο και στη συνέχεια εγχύθηκαν 0,1 mL συζυγούς MNP-PLA-EDA-ICG μέσω της ουραίας φλέβας. Τα μη υποβληθέντα σε αγωγή ποντίκια χρησιμοποιήθηκαν ως αρνητικός έλεγχος για να ληφθεί φθορίζον υπόβαθρο. Μετά την ενδοφλέβια χορήγηση του συζυγούς, τοποθετήστε το ζώο σε θερμαντικό στάδιο (37°C) στον θάλαμο του απεικονιστή φθορισμού IVIS Lumina LT σειράς III (PerkinElmer Inc.) διατηρώντας παράλληλα την εισπνοή με αναισθητοποίηση 2% ισοφλουρανίου. Χρησιμοποιήστε το ενσωματωμένο φίλτρο του ICG (745–815 nm) για ανίχνευση σήματος 1 λεπτό και 15 λεπτά μετά την εισαγωγή του MNP.
Για την αξιολόγηση της συσσώρευσης συζυγούς στον όγκο, η περιτοναϊκή περιοχή του ζώου καλύφθηκε με χαρτί, γεγονός που κατέστησε δυνατή την εξάλειψη του έντονου φθορισμού που σχετίζεται με τη συσσώρευση σωματιδίων στο ήπαρ. Μετά τη μελέτη της βιοκατανομής του MNP-PLA-EDA-ICG, τα ζώα υποβλήθηκαν σε ευθανασία με ανώδυνη μέθοδο με υπερβολική δόση ισοφλουρανίου για τον επακόλουθο διαχωρισμό των περιοχών του όγκου και την ποσοτική αξιολόγηση της ακτινοβολίας φθορισμού. Χρησιμοποιήστε το λογισμικό Living Image 4.5.5 (PerkinElmer Inc.) για την χειροκίνητη επεξεργασία της ανάλυσης σήματος από την επιλεγμένη περιοχή ενδιαφέροντος. Ελήφθησαν τρεις μετρήσεις για κάθε ζώο (n = 9).
Σε αυτήν τη μελέτη, δεν ποσοτικοποιήσαμε την επιτυχή φόρτωση ICG σε MNPs-ICG. Επιπλέον, δεν συγκρίναμε την αποτελεσματικότητα συγκράτησης νανοσωματιδίων υπό την επίδραση μόνιμων μαγνητών διαφορετικών σχημάτων. Επιπλέον, δεν αξιολογήσαμε τη μακροπρόθεσμη επίδραση του μαγνητικού πεδίου στη συγκράτηση νανοσωματιδίων σε ιστούς όγκων.
Τα νανοσωματίδια κυριαρχούν, με μέσο μέγεθος 195,4 nm. Επιπλέον, το εναιώρημα περιείχε συσσωματώματα με μέσο μέγεθος 1176,0 nm (Σχήμα 5Α). Στη συνέχεια, το τμήμα διηθήθηκε μέσω φυγοκεντρικού φίλτρου. Το δυναμικό ζήτα των σωματιδίων είναι -15,69 mV (Σχήμα 5Β).
Σχήμα 5 Οι φυσικές ιδιότητες του εναιωρήματος: (Α) κατανομή μεγέθους σωματιδίων· (Β) κατανομή σωματιδίων στο δυναμικό ζήτα· (Γ) Φωτογραφία TEM των νανοσωματιδίων.
Το μέγεθος των σωματιδίων είναι βασικά 200 nm (Σχήμα 5C), αποτελούμενο από ένα μόνο MNP μεγέθους 20 nm και ένα συζευγμένο οργανικό κέλυφος PLA-EDA-ICG με χαμηλότερη πυκνότητα ηλεκτρονίων. Ο σχηματισμός συσσωματωμάτων σε υδατικά διαλύματα μπορεί να εξηγηθεί από το σχετικά χαμηλό μέτρο της ηλεκτροκινητικής δύναμης των μεμονωμένων νανοσωματιδίων.
Για τους μόνιμους μαγνήτες, όταν η μαγνήτιση συγκεντρώνεται στον όγκο V, η ολοκληρωτική έκφραση διαιρείται σε δύο ολοκληρώματα, δηλαδή τον όγκο και την επιφάνεια:
Στην περίπτωση ενός δείγματος με σταθερό μαγνήτιση, η πυκνότητα ρεύματος είναι μηδέν. Τότε, η έκφραση του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής θα έχει την ακόλουθη μορφή:
Χρησιμοποιήστε το πρόγραμμα MATLAB (MathWorks, Inc., ΗΠΑ) για αριθμητικούς υπολογισμούς, ακαδημαϊκή άδεια ETU “LETI” αριθμός 40502181.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 7 Σχήμα 8 Σχήμα 9 Σχήμα-10, το ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο παράγεται από έναν μαγνήτη προσανατολισμένο αξονικά από το άκρο του κυλίνδρου. Η ενεργός ακτίνα δράσης είναι ισοδύναμη με τη γεωμετρία του μαγνήτη. Σε κυλινδρικούς μαγνήτες με κύλινδρο του οποίου το μήκος είναι μεγαλύτερο από τη διάμετρό του, το ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο παρατηρείται στην αξονικά-ακτινική κατεύθυνση (για το αντίστοιχο εξάρτημα). Επομένως, ένα ζεύγος κυλίνδρων με μεγαλύτερη αναλογία διαστάσεων (διάμετρος και μήκος) η προσρόφηση MNP είναι η πιο αποτελεσματική.
Σχήμα 7 Η συνιστώσα της έντασης μαγνητικής επαγωγής Bz κατά μήκος του άξονα Oz του μαγνήτη· το τυπικό μέγεθος του μαγνήτη: μαύρη γραμμή 0,5×2mm, μπλε γραμμή 2×2mm, πράσινη γραμμή 3×2mm, κόκκινη γραμμή 5×2mm.
Σχήμα 8 Η συνιστώσα μαγνητικής επαγωγής Br είναι κάθετη στον άξονα του μαγνήτη Oz. το τυπικό μέγεθος του μαγνήτη: μαύρη γραμμή 0,5×2mm, μπλε γραμμή 2×2mm, πράσινη γραμμή 3×2mm, κόκκινη γραμμή 5×2mm.
Σχήμα 9 Η συνιστώσα έντασης μαγνητικής επαγωγής Bz στην απόσταση r από τον ακραίο άξονα του μαγνήτη (z=0). το τυπικό μέγεθος του μαγνήτη: μαύρη γραμμή 0,5×2mm, μπλε γραμμή 2×2mm, πράσινη γραμμή 3×2mm, κόκκινη γραμμή 5×2mm.
Σχήμα 10 Στοιχείο μαγνητικής επαγωγής κατά μήκος της ακτινικής κατεύθυνσης· τυπικό μέγεθος μαγνήτη: μαύρη γραμμή 0,5×2mm, μπλε γραμμή 2×2mm, πράσινη γραμμή 3×2mm, κόκκινη γραμμή 5×2mm.
Ειδικά υδροδυναμικά μοντέλα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη της μεθόδου χορήγησης MNP σε ιστούς όγκων, τη συγκέντρωση νανοσωματιδίων στην περιοχή-στόχο και τον προσδιορισμό της συμπεριφοράς των νανοσωματιδίων υπό υδροδυναμικές συνθήκες στο κυκλοφορικό σύστημα. Οι μόνιμοι μαγνήτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως εξωτερικά μαγνητικά πεδία. Εάν αγνοήσουμε τη μαγνητοστατική αλληλεπίδραση μεταξύ των νανοσωματιδίων και δεν λάβουμε υπόψη το μοντέλο μαγνητικού ρευστού, αρκεί να εκτιμήσουμε την αλληλεπίδραση μεταξύ του μαγνήτη και ενός μόνο νανοσωματιδίου με προσέγγιση διπόλου-διπόλου.
Όπου m είναι η μαγνητική ροπή του μαγνήτη, r είναι το διάνυσμα ακτίνας του σημείου όπου βρίσκεται το νανοσωματίδιο και k είναι ο συντελεστής συστήματος. Στην προσέγγιση διπόλου, το πεδίο του μαγνήτη έχει παρόμοια διαμόρφωση (Σχήμα 11).
Σε ένα ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο, τα νανοσωματίδια περιστρέφονται μόνο κατά μήκος των γραμμών δύναμης. Σε ένα μη ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο, ασκείται δύναμη σε αυτό:
Όπου είναι η παράγωγος μιας δεδομένης κατεύθυνσης l. Επιπλέον, η δύναμη έλκει τα νανοσωματίδια στις πιο ανώμαλες περιοχές του πεδίου, δηλαδή, η καμπυλότητα και η πυκνότητα των γραμμών δύναμης αυξάνονται.
Επομένως, είναι επιθυμητό να χρησιμοποιηθεί ένας επαρκώς ισχυρός μαγνήτης (ή αλυσίδα μαγνητών) με εμφανή αξονική ανισοτροπία στην περιοχή όπου βρίσκονται τα σωματίδια.
Ο Πίνακας 1 δείχνει την ικανότητα ενός μόνο μαγνήτη ως επαρκούς πηγής μαγνητικού πεδίου να συλλαμβάνει και να συγκρατεί MNP στην αγγειακή κοίτη του πεδίου εφαρμογής.