Javascript е моментално оневозможен во вашиот прелистувач.Кога javascript е оневозможен, некои функции на оваа веб-локација нема да работат.
Регистрирајте ги вашите специфични детали и специфичните лекови од интерес, а ние ќе ги усогласиме информациите што ги давате со написите во нашата обемна база на податоци и ќе ви испратиме PDF копија преку е-пошта навремено.
Контролирајте го движењето на наночестичките на магнетниот железен оксид за насочена испорака на цитостатици
Автор Торопова Ј, Королев Д, Истомина М, Шулмејстер Г, Петухов А, Мишанин В, Горшков А, Подијачева Е, Гареев К, Багров А, Демидов О
Јана Торопова, 1 Дмитриј Королев, 1 Марија Истомина, 1,2 Галина Шулмејстер, 1 Алексеј Петухов, 1,3 Владимир Мишанин, 1 Андреј Горшков, 4 Екатерина Подијачева, 1 Камил Гареев, 2 Алексеј Багров, 5 Олег Демидов6,71 Алмазов Национален медицински Истражувачки центар на Министерството за здравство на Руската Федерација, Санкт Петербург, 197341 година, Руска Федерација;2 Електротехнички универзитет во Санкт Петербург „ЛЕТИ“, Санкт Петербург, 197376 година, Руска Федерација;3 Центар за персонализирана медицина, Државен медицински истражувачки центар Алмазов, Министерство за здравство на Руската Федерација, Санкт Петербург, 197341 година, Руска Федерација;4ФСБИ „Институт за истражување на инфлуенца именуван по А.А. Смородинцев“ Министерство за здравство на Руската Федерација, Санкт Петербург, Руска Федерација;5 Сеченов Институт за еволутивна физиологија и биохемија, Руска академија на науките, Санкт Петербург, Руска Федерација;6 Институт за цитологија РАС, Санкт Петербург, 194064 година, Руска Федерација;7INSERM U1231, Медицински и Фармацевтски факултет, Бургоњ-Франш Комте Универзитет во Дижон, Франција Комуникација: Јана ТороповаАлмазов Национален медицински истражувачки центар, Министерство за здравство на Руската Федерација, Санкт Петербург, 197341, Руска Федерација Тел +7 29949 [email protected] Позадина: ветувачки пристап кон проблемот со цитостатичката токсичност е употребата на магнетни наночестички (MNP) за насочена испорака на лекови.Цел: Да се ​​користат пресметки за да се утврдат најдобрите карактеристики на магнетното поле кое ги контролира MNP in vivo и да се оцени ефикасноста на испораката на магнетрони на MNP на тумори на глувци in vitro и in vivo.(MNPs-ICG) се користи.Ин виво студии за интензитетот на луминисценцијата беа изведени кај туморски глувци, со и без магнетно поле на местото на интерес.Овие студии беа спроведени на хидродинамичко скеле развиено од Институтот за експериментална медицина на Државниот медицински истражувачки центар Алмазов на руското Министерство за здравство.Резултат: Употребата на неодимиумски магнети промовираше селективна акумулација на MNP.Една минута по администрацијата на MNPs-ICG на глувци кои носат тумор, MNPs-ICG главно се акумулира во црниот дроб.Во отсуство и присуство на магнетно поле, ова укажува на неговиот метаболички пат.Иако зголемувањето на флуоресценцијата во туморот беше забележано во присуство на магнетно поле, интензитетот на флуоресценција во црниот дроб на животното не се промени со текот на времето.Заклучок: Овој тип на МНП, во комбинација со пресметаната јачина на магнетното поле, може да биде основа за развој на магнетно контролирана испорака на цитостатични лекови до туморските ткива.Клучни зборови: флуоресцентна анализа, индоцијанин, наночестички од железен оксид, магнетронска испорака на цитостатици, таргетирање тумор
Туморските болести се една од главните причини за смрт во светот.Во исто време, сè уште постои динамиката на зголемување на морбидитетот и морталитетот од туморските заболувања.1 Хемотерапијата што се користи денес е сè уште еден од главните третмани за различни тумори.Во исто време, развојот на методи за намалување на системската токсичност на цитостатиците е сè уште релевантен.Ветувачки метод за решавање на проблемот со токсичноста е да се користат носачи со нано размери за да се насочат методите за испорака на лекови, кои можат да обезбедат локална акумулација на лекови во ткивата на туморот без зголемување на нивната акумулација во здравите органи и ткива.концентрација.2 Овој метод овозможува да се подобри ефикасноста и таргетирањето на хемотерапевтските лекови на туморските ткива, притоа намалувајќи ја нивната системска токсичност.
Помеѓу различните наночестички кои се сметаат за насочена испорака на цитостатски агенси, магнетните наночестички (MNP) се од особен интерес поради нивните уникатни хемиски, биолошки и магнетни својства, кои ја обезбедуваат нивната разновидност.Затоа, магнетните наночестички може да се користат како систем за греење за лекување на тумори со хипертермија (магнетна хипертермија).Може да се користат и како дијагностички средства (дијагностика со магнетна резонанца).3-5 Користејќи ги овие карактеристики, во комбинација со можноста за акумулација на MNP во одредена област, преку употреба на надворешно магнетно поле, испораката на насочени фармацевтски препарати го отвора создавањето на мултифункционален магнетронски систем за насочување на цитостатиците кон местото на туморот Изгледите.Таквиот систем би вклучувал MNP и магнетни полиња за контрола на нивното движење во телото.Во овој случај, и надворешните магнетни полиња и магнетните импланти поставени во областа на телото што го содржи туморот може да се користат како извор на магнетното поле.6 Првиот метод има сериозни недостатоци, вклучувајќи ја потребата од употреба на специјализирана опрема за магнетно таргетирање на лековите и потребата да се обучи персонал за извршување на операција.Покрај тоа, овој метод е ограничен со високата цена и е погоден само за „површни“ тумори блиску до површината на телото.Алтернативниот метод на користење на магнетни импланти го проширува опсегот на примена на оваа технологија, олеснувајќи ја нејзината употреба кај тумори лоцирани во различни делови од телото.И индивидуалните магнети и магнети интегрирани во интралуминалниот стент може да се користат како импланти за оштетување на туморот во шупливи органи за да се обезбеди нивната проодност.Сепак, според нашите сопствени необјавени истражувања, тие не се доволно магнетни за да обезбедат задржување на МНП од крвотокот.
Ефективноста на испораката на лекот со магнетрон зависи од многу фактори: карактеристиките на самиот магнетен носач и карактеристиките на изворот на магнетното поле (вклучувајќи ги геометриските параметри на постојаните магнети и јачината на магнетното поле што тие го генерираат).Развојот на успешна технологија за испорака на клеточни инхибитори со магнетно насочување треба да вклучи развој на соодветни носачи на лекови со магнетна наноскала, проценка на нивната безбедност и развој на протокол за визуелизација што овозможува следење на нивните движења во телото.
Во оваа студија, математички ги пресметавме оптималните карактеристики на магнетното поле за да го контролираме магнетниот носач на лекови во нано размери во телото.Можноста за задржување на MNP низ ѕидот на крвниот сад под влијание на применетото магнетно поле со овие пресметковни карактеристики беше проучувана и во изолирани крвни садови на стаорец.Покрај тоа, ние синтетизиравме конјугати на MNP и флуоресцентни агенси и развивме протокол за нивна визуелизација in vivo.Под ин виво услови, кај глувци со модел на тумор, беше проучувана ефикасноста на акумулацијата на MNP во туморските ткива кога се администрираат системски под влијание на магнетно поле.
Во студијата in vitro, ја користевме референтната MNP, а во студијата in vivo, користевме MNP обложен со полиестер на млечна киселина (полилактична киселина, PLA) што содржи флуоресцентен агенс (индолецијанин; ICG).MNP-ICG е вклучен во Во случај, користете (MNP-PLA-EDA-ICG).
Синтезата и физичките и хемиските својства на МНП се детално опишани на друго место.7,8
Со цел да се синтетизираат MNPs-ICG, прво беа произведени PLA-ICG конјугати.Искористена е прашкаста прашкаста смеса од PLA-D и PLA-L со молекуларна тежина од 60 kDa.
Бидејќи PLA и ICG се двете киселини, за да се синтетизираат конјугатите на PLA-ICG, прво треба да се синтетизира амино-терминиран диспедер на PLA, што му помага на ICG да се хемисорбира до разделувачот.Спејсерот беше синтетизиран со користење на етилен диамин (EDA), метод на карбодиимид и карбодиимид растворлив во вода, 1-етил-3-(3-диметиламинопропил) карбодиимид (EDAC).Распоредувачот PLA-EDA се синтетизира на следниов начин.Додадете 20-кратен моларен вишок на EDA и 20-кратен моларен вишок на EDAC на 2 mL од 0,1 g/mL раствор на PLA хлороформ.Синтезата беше спроведена во епрувета од полипропилен од 15 mL на шејкер со брзина од 300 мин-1 за 2 часа.Шемата за синтеза е прикажана на слика 1. Повторете ја синтезата со 200-кратен вишок на реагенси за да ја оптимизирате шемата за синтеза.
На крајот од синтезата, растворот се центрифугира со брзина од 3000 мин-1 за 5 минути за да се отстрани вишокот на таложени деривати на полиетилен.Потоа, 2 mL од 0,5 mg/mL ICG раствор во диметил сулфоксид (DMSO) се додадени во растворот од 2 mL.Агитаторот се фиксира со брзина на мешање од 300 мин-1 за 2 часа.Шематскиот дијаграм на добиениот конјугат е прикажан на слика 2.
Во 200 mg MNP, додадовме 4 mL PLA-EDA-ICG конјугат.Користете шејкер LS-220 (LOIP, Русија) за мешање на суспензијата 30 минути на фреквенција од 300 мин-1.Потоа, три пати беше измиен со изопропанол и подложен на магнетно одвојување.Користете UZD-2 Ultrasonic Disperser (FSUE NII TVCH, Русија) за да додадете IPA на суспензијата 5-10 минути под континуирано ултразвучно дејство.По третото IPA миење, талогот беше измиен со дестилирана вода и повторно суспендиран во физиолошки солен раствор во концентрација од 2 mg/mL.
Опремата ZetaSizer Ultra (Malvern Instruments, UK) беше искористена за проучување на дистрибуцијата на големината на добиениот MNP во водениот раствор.Преносниот електронски микроскоп (TEM) со JEM-1400 STEM емисиона катода на полето (JEOL, Јапонија) беше користен за проучување на обликот и големината на MNP.
Во оваа студија, ние користиме цилиндрични постојани магнети (одделение N35; со заштитна обвивка од никел) и следните стандардни големини (должина на долга оска × дијаметар на цилиндар): 0,5×2 mm, 2×2 mm, 3×2 mm и 5×2 мм.
Ин витро студијата на транспортот на МНП во моделскиот систем беше спроведена на хидродинамичко скеле развиено од Институтот за експериментална медицина на Државниот медицински истражувачки центар Алмазов на руското Министерство за здравство.Волуменот на циркулирачката течност (дестилирана вода или раствор на Krebs-Henseleit) е 225 mL.Аксијално магнетизирани цилиндрични магнети се користат како постојани магнети.Ставете го магнетот на држач оддалечен 1,5 mm од внатрешниот ѕид на централната стаклена цевка, со неговиот крај свртен кон насоката на цевката (вертикално).Стапката на проток на течност во затворената јамка е 60 L/h (што одговара на линеарна брзина од 0,225 m/s).Растворот Krebs-Henseleit се користи како циркулирачка течност бидејќи е аналог на плазмата.Коефициентот на динамичка вискозност на плазмата е 1,1-1,3 mPa∙s.9 Количеството на MNP што се адсорбира во магнетното поле се одредува со спектрофотометрија од концентрацијата на железо во циркулирачката течност по експериментот.
Дополнително, спроведени се експериментални студии на подобрена табела за механичка течност за да се одреди релативната пропустливост на крвните садови.Главните компоненти на хидродинамичката поддршка се прикажани на слика 3. Главните компоненти на хидродинамичкиот стент се затворена јамка која го симулира пресекот на моделот васкуларен систем и резервоар за складирање.Движењето на течноста од моделот долж контурата на модулот на крвните садови е обезбедено со перисталтичка пумпа.За време на експериментот, одржувајте го испарувањето и потребниот температурен опсег и следете ги параметрите на системот (температура, притисок, брзина на проток на течност и pH вредност).
Слика 3 Блок дијаграм на поставувањето што се користи за проучување на пропустливоста на ѕидот на каротидната артерија.1-резервоар за складирање, 2-перисталтичка пумпа, 3-механизам за воведување суспензија што содржи MNP во јамката, 4-мерач на проток, 5-сензор за притисок во јамката, 6-разменувач на топлина, 7-комора со контејнер, 8-извор на магнетното поле, 9-балонот со јаглеводороди.
Комората што го содржи контејнерот се состои од три контејнери: надворешен голем сад и два мали контејнери, низ кои минуваат краците на централното коло.Канилата се вметнува во малиот сад, контејнерот се нанижува на малиот сад, а врвот на канилата е цврсто врзан со тенка жица.Просторот помеѓу големиот сад и малиот сад се полни со дестилирана вода, а температурата останува константна поради поврзувањето со разменувачот на топлина.Просторот во малиот контејнер е исполнет со раствор Krebs-Henseleit за одржување на одржливоста на клетките на крвните садови.Резервоарот исто така се полни со раствор Krebs-Henseleit.Системот за снабдување со гас (јаглерод) се користи за испарување на растворот во малиот сад во резервоарот за складирање и комората што го содржи садот (Слика 4).
Слика 4 Комората каде што е поставен контејнерот.1-Канила за спуштање на крвните садови, 2-Надворешна комора, 3-Мала комора.Стрелката ја означува насоката на течноста на моделот.
За да се одреди индексот на релативна пропустливост на ѕидот на крвниот сад, се користеше каротидна артерија на стаорец.
Воведувањето на суспензијата MNP (0,5mL) во системот ги има следните карактеристики: вкупниот внатрешен волумен на резервоарот и цевката за поврзување во јамката е 20mL, а внатрешниот волумен на секоја комора е 120mL.Надворешниот извор на магнетно поле е постојан магнет со стандардна големина од 2×3 ​​mm.Се поставува над една од малите комори, на 1 cm оддалеченост од контејнерот, со едниот крај свртен кон ѕидот на контејнерот.Температурата се одржува на 37°C.Моќноста на пумпата со валјак е поставена на 50%, што одговара на брзина од 17 cm/s.Како контрола, примероците беа земени во ќелија без постојани магнети.
Еден час по администрацијата на дадена концентрација на MNP, земен е течен примерок од комората.Концентрацијата на честичките беше измерена со спектрофотометар користејќи Unico 2802S UV-Vis спектрофотометар (United Products & Instruments, САД).Земајќи го предвид спектарот на апсорпција на суспензијата MNP, мерењето е извршено на 450 nm.
Според упатствата Рус-ЛАСА-ФЕЛАСА, сите животни се одгледуваат и одгледуваат во специфични установи без патогени.Оваа студија е во согласност со сите релевантни етички прописи за експерименти и истражувања со животни и доби етичко одобрение од Националниот медицински центар за медицински истражувања Алмазов (IACUC).Животните пиеле вода ad libitum и редовно се хранеле.
Студијата беше спроведена на 10 анестезирани машки NSG глувци со имунодефициенција на возраст од 12 недели (NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/Szj, Џексон Лабораторија, САД) 10, со тежина од 22 g ± 10%.Бидејќи имунитетот на глувците со имунодефициенција е потиснат, глувците со имунодефициенција од оваа линија овозможуваат трансплантација на човечки клетки и ткива без отфрлање на трансплантацијата.Детниците од различни кафези беа по случаен избор доделени во експерименталната група и тие беа заеднички одгледани или систематски изложени на постелнината на другите групи за да се обезбеди еднаква изложеност на заедничката микробиота.
Човечката клеточна линија на рак HeLa се користи за да се воспостави модел на ксенографт.Клетките беа култивирани во DMEM што содржи глутамин (PanEco, Русија), дополнет со 10% фетален говедски серум (Hyclone, САД), 100 CFU/mL пеницилин и 100 μg/mL стрептомицин.Клеточната линија беше љубезно обезбедена од Лабораторијата за регулација на изразување на гени на Институтот за истражување на клетките на Руската академија на науките.Пред инјектирањето, клетките HeLa беа отстранети од културната пластика со раствор од трипсин:Версен 1:1 (Биолот, Русија).По миењето, клетките беа суспендирани во целосна средина до концентрација од 5×106 клетки на 200 μL и разредена со базална мембранска матрица (LDEV-FREE, MATRIGEL® CORNING®) (1:1, на мраз).Подготвената клеточна суспензија беше инјектирана субкутано во кожата на бутот на глувчето.Користете електронски дебеломер за следење на растот на туморот на секои 3 дена.
Кога туморот достигнал 500 mm3, траен магнет бил вграден во мускулното ткиво на експерименталното животно во близина на туморот.Во експерименталната група (MNPs-ICG + тумор-M), 0,1 mL MNP суспензија беше инјектирана и изложена на магнетно поле.Нетретираните цели животни беа користени како контроли (позадина).Дополнително, користени се животни инјектирани со 0,1 mL MNP, но не имплантирани со магнети (MNPs-ICG + тумор-BM).
Визуелизацијата на флуоресценција на in vivo и in vitro примероците беше изведена на биомиџерот IVIS Lumina LT од серијата III (PerkinElmer Inc., САД).За ин витро визуелизација, волумен од 1 mL синтетички конјугат PLA-EDA-ICG и MNP-PLA-EDA-ICG беше додаден во бунарите на плочата.Земајќи ги предвид флуоресцентните карактеристики на ICG бојата, се избира најдобриот филтер што се користи за одредување на светлосниот интензитет на примерокот: максималната бранова должина на возбудувањето е 745 nm, а брановата должина на емисијата е 815 nm.Софтверот Living Image 4.5.5 (PerkinElmer Inc.) беше користен за квантитативно мерење на интензитетот на флуоресценција на бунарите што го содржат конјугатот.
Интензитетот на флуоресценција и акумулацијата на конјугатот MNP-PLA-EDA-ICG беа измерени кај глувци со модел на тумор in vivo, без присуство и примена на магнетно поле на местото на интерес.Глувците беа анестезирани со изофлуран, а потоа 0,1 mL конјугат MNP-PLA-EDA-ICG беше инјектиран низ опашката вена.Нетретираните глувци беа користени како негативна контрола за да се добие флуоресцентна позадина.По интравенска администрација на конјугатот, ставете го животното на стадиум на загревање (37°C) во комората на флуоресцентниот снимач IVIS Lumina LT од серијата III (PerkinElmer Inc.) додека се одржува инхалација со 2% анестезија со изофлуран.Користете го вградениот филтер на ICG (745–815 nm) за откривање сигнал 1 минута и 15 минути по воведувањето на MNP.
За да се процени акумулацијата на конјугатот во туморот, перитонеалната област на животното беше покриена со хартија, што овозможи да се елиминира светлата флуоресценција поврзана со акумулацијата на честички во црниот дроб.По проучувањето на биодистрибуцијата на MNP-PLA-EDA-ICG, животните беа хумано еутанизирани со предозирање со изофлуранска анестезија за последователно одвојување на областите на туморот и квантитативна проценка на флуоресцентното зрачење.Користете го софтверот Living Image 4.5.5 (PerkinElmer Inc.) за рачно да ја обработите анализата на сигналот од избраниот регион од интерес.Беа земени три мерења за секое животно (n = 9).
Во оваа студија, не го квантифициравме успешното вчитување на ICG на MNPs-ICG.Покрај тоа, не ја споредивме ефикасноста на задржување на наночестичките под влијание на постојани магнети со различни форми.Дополнително, не го проценивме долгорочниот ефект на магнетното поле врз задржувањето на наночестичките во туморските ткива.
Доминираат наночестичките, со просечна големина од 195,4 nm.Дополнително, суспензијата содржела агломерати со просечна големина од 1176,0 nm (Слика 5А).Последователно, делот се филтрира преку центрифугален филтер.Зета потенцијалот на честичките е -15,69 mV (Слика 5Б).
Слика 5 Физички својства на суспензијата: (А) распределба на големината на честичките;(Б) дистрибуција на честички при зета потенцијал;(В) ТЕМ фотографија од наночестички.
Големината на честичката е во основа 200 nm (слика 5C), составена од еден MNP со големина од 20 nm и PLA-EDA-ICG конјугирана органска обвивка со помала густина на електрони.Формирањето на агломерати во водени раствори може да се објасни со релативно нискиот модул на електромоторната сила на поединечните наночестички.
За постојаните магнети, кога магнетизацијата е концентрирана во волуменот V, интегралниот израз е поделен на два интеграли, имено волуменот и површината:
Во случај на примерок со постојана магнетизација, густината на струјата е нула.Потоа, изразот на векторот на магнетна индукција ќе ја има следната форма:
Користете ја програмата MATLAB (MathWorks, Inc., САД) за нумеричка пресметка, ETU „LETI“ академска лиценца број 40502181.
Како што е прикажано на Слика 7 Слика 8 Слика 9 Слика-10, најсилното магнетно поле се создава од магнет ориентиран аксијално од крајот на цилиндерот.Ефективниот радиус на дејство е еквивалентен на геометријата на магнетот.Кај цилиндричните магнети со цилиндар чија должина е поголема од неговиот дијаметар, најсилното магнетно поле се забележува во аксијално-радијална насока (за соодветната компонента);затоа, пар цилиндри со поголем сооднос (дијаметар и должина) MNP адсорпција е најефективна.
Сл. 7 Компонентата на интензитетот на магнетната индукција Bz долж оската Oz на магнетот;стандардна големина на магнетот: црна линија 0,5×2mm, сина линија 2×2mm, зелена линија 3×2mm, црвена линија 5×2mm.
Слика 8 Компонентата на магнетна индукција Br е нормална на магнетната оска Oz;стандардна големина на магнетот: црна линија 0,5×2mm, сина линија 2×2mm, зелена линија 3×2mm, црвена линија 5×2mm.
Слика 9 Компонента Bz со интензитет на магнетна индукција на растојание r од крајната оска на магнетот (z=0);стандардна големина на магнетот: црна линија 0,5×2mm, сина линија 2×2mm, зелена линија 3×2mm, црвена линија 5×2mm.
Слика 10 Компонента за магнетна индукција долж радијалната насока;стандардна големина на магнет: црна линија 0,5×2mm, сина линија 2×2mm, зелена линија 3×2mm, црвена линија 5×2mm.
Специјални хидродинамички модели може да се користат за проучување на начинот на испорака на MNP до туморските ткива, концентрирање на наночестички во целната област и одредување на однесувањето на наночестичките во хидродинамички услови во циркулаторниот систем.Постојаните магнети можат да се користат како надворешни магнетни полиња.Ако ја игнорираме магнетостатската интеракција помеѓу наночестичките и не го земеме предвид моделот на магнетна течност, доволно е да се процени интеракцијата помеѓу магнетот и една наночестичка со приближување дипол-дипол.
Каде што m е магнетниот момент на магнетот, r е вектор на радиус на точката каде што се наоѓа наночестичката, а k е системски фактор.Во приближувањето на диполот, полето на магнетот има слична конфигурација (Слика 11).
Во еднообразно магнетно поле, наночестичките ротираат само по линиите на сила.Во нерамномерно магнетно поле, сила делува на него:
Каде е изводот на дадена насока l.Покрај тоа, силата ги влече наночестичките во најнерамномерните области на полето, односно се зголемува заобленоста и густината на линиите на сила.
Затоа, пожелно е да се користи доволно силен магнет (или магнет синџир) со очигледна аксијална анизотропија во областа каде што се наоѓаат честичките.
Табела 1 ја покажува способноста на еден магнет како доволен извор на магнетно поле за фаќање и задржување на MNP во васкуларното корито на полето за апликација.