Javascript моментално е оневозможен во вашиот прелистувач. Кога Javascript е оневозможен, некои функции на оваа веб-страница нема да работат.
Регистрирајте ги вашите специфични податоци и специфични лекови што ве интересираат, а ние ќе ги споиме информациите што ги давате со статиите во нашата обемна база на податоци и ќе ви испратиме PDF копија преку е-пошта навремено.
Контролирајте го движењето на магнетните наночестички од железен оксид за целна 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 Подјачева,1 Камил Гареев,2 Алексеј Багров,5 Олег Демидов6,71 Национален медицински истражувачки центар „Алмазов“ при Министерството за здравство на Руската Федерација, Санкт Петербург, 197341, Руска Федерација; 2 Електротехнички универзитет „ЛЕТИ“ во Санкт Петербург, Санкт Петербург, 197376, Руска Федерација; 3 Центар за персонализирана медицина, Државен медицински истражувачки центар „Алмазов“, Министерство за здравство на Руската Федерација, Санкт Петербург, 197341, Руска Федерација; 4ФСБИ „Институт за истражување на грип именуван по А.А. Смородинцев“ Министерство за здравство на Руската Федерација, Санкт Петербург, Руска Федерација; 5 Институт за еволутивна физиологија и биохемија „Сеченов“, Руска академија на науките, Санкт Петербург, Руска Федерација; 6 Институт за цитологија на RAS, Санкт Петербург, 194064, Руска Федерација; 7INSERM U1231, Медицински и фармацевтски факултет, Универзитет Дижон Бургоњ-Франш Конте, Франција Комуникација: Јана Торопова Алмазов, Национален медицински истражувачки центар, Министерство за здравство на Руската Федерација, Санкт Петербург, 197341, Руска Федерација Тел. +7 981 95264800 4997069 Е-пошта [email protected] Позадина: Ветувачки пристап кон проблемот со цитостатската токсичност е употребата на магнетни наночестички (MNP) за целна испорака на лекови. Цел: Да се ​​користат пресметки за да се утврдат најдобрите карактеристики на магнетното поле што ги контролира MNP in vivo и да се процени ефикасноста на магнетронската испорака на MNP до тумори на глувци in vitro и in vivo. Се користи (MNPs-ICG). Студии за интензитет на луминисценција in vivo беа спроведени кај туморски глувци, со и без магнетно поле на местото од интерес. Овие студии беа спроведени на хидродинамичка платформа развиена од Институтот за експериментална медицина на Државниот медицински истражувачки центар „Алмазов“ при Министерството за здравство на Русија. Резултат: Употребата на неодимиумски магнети ја промовира селективната акумулација на MNP. Една минута по администрацијата на MNPs-ICG кај глувци со тумор, MNPs-ICG главно се акумулира во црниот дроб. Во отсуство и присуство на магнетно поле, ова укажува на неговиот метаболички пат. Иако е забележано зголемување на флуоресценцијата во туморот во присуство на магнетно поле, интензитетот на флуоресценцијата во црниот дроб на животното не се променил со текот на времето. Заклучок: Овој тип на MNP, во комбинација со пресметаната јачина на магнетното поле, може да биде основа за развој на магнетно контролирана испорака на цитостатски лекови до туморските ткива. Клучни зборови: флуоресцентна анализа, индоцијанин, наночестички од железен оксид, магнетронска испорака на цитостатици, таргетирање на тумор.
Туморските заболувања се една од главните причини за смрт во светот. Во исто време, динамиката на зголемување на морбидитетот и морталитетот од туморските заболувања сè уште постои. 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 нивната токсичност е употребата на нано-носачи за насочување на методите за испорака на лекови, кои можат да обезбедат локална акумулација на лекови во туморските ткива без да ја зголемат нивната акумулација во здрави органи и ткива. 2 Овој метод овозможува подобрување на ефикасноста и насочувањето на хемотерапевтските лекови врз туморските ткива, а воедно и намалување на нивната системска токсичност.
Меѓу различните наночестички што се разгледуваат за целна испорака на цитостатски агенси, магнетните наночестички (MNP) се од особен интерес поради нивните уникатни хемиски, биолошки и магнетни својства, што ја обезбедува нивната разновидност. Затоа, магнетните наночестички можат да се користат како систем за греење за лекување на тумори со хипертермија (магнетна хипертермија). Тие исто така можат да се користат како дијагностички агенси (магнетна резонантна дијагноза). 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 целни фармацевтски препарати отвора можност за создавање на мултифункционален магнетронски систем за насочување на цитостатици кон местото на туморот. Таквиот систем би вклучувал MNP и магнетни полиња за контрола на нивното движење во телото. Во овој случај, како извор на магнетното поле можат да се користат и надворешни магнетни полиња и магнетни импланти поставени во областа на телото што го содржи туморот. 6 Првиот метод има сериозни недостатоци, вклучувајќи ја потребата од користење специјализирана опрема за магнетно насочување на лекови и потребата од обука на персонал за извршување на хируршки зафати. Покрај тоа, овој метод е ограничен од високата цена и е погоден само за „површни“ тумори блиску до површината на телото. Алтернативниот метод на користење 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 магнетите интегрирани во интралуминалниот стент можат да се користат како импланти за оштетување на туморот во шупливите органи за да се обезбеди нивната проодност. Сепак, според нашето сопствено необјавено истражување, тие не се доволно магнетни за да обезбедат задржување на MNP од крвотокот.
Ефективноста на испораката на магнетронски лекови зависи од многу фактори: карактеристиките на самиот магнетен носач и карактеристиките на изворот на магнетното поле (вклучувајќи ги геометриските параметри на перманентните магнети и јачината на магнетното поле што го генерираат). Развојот на успешна технологија за испорака на магнетно водена клеточна инхибиторка треба да вклучува развој на соодветни магнетни наноразмерни носачи на лекови, 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 контрола на магнетниот нано-носач на лекови во телото. Можноста за задржување на MNP низ ѕидот на крвниот сад под влијание на применето магнетно поле со овие пресметковни карактеристики беше проучена и кај изолирани крвни садови кај стаорци. Покрај тоа, синтетизиравме конјугати на MNP и флуоресцентни агенси и развивме протокол за нивна визуелизација in vivo. Под in vivo услови, кај глувци модел на тумор, беше проучена ефикасноста на акумулација на MNP во туморските ткива кога се администрираат системски под влијание на магнетно поле.
Во студијата in vitro, го користевме референтниот MNP, а во студијата in vivo, го 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 MNP се опишани детално на друго место. 7,8
За да се синтетизираат MNPs-ICG, прво беа произведени PLA-ICG конјугати. Користена е прашкаста рацемична смеса од PLA-D и PLA-L со молекуларна тежина од 60 kDa.
Бидејќи PLA и ICG се киселини, за да се синтетизираат PLA-ICG конјугати, прво треба да се синтетизира амино-завршен спејсер на PLA, кој помага ICG да се хемисорбира кон спејсерот. Спејсерот е синтетизиран со употреба на етилен диамин (EDA), карбодиимид метод и карбодиимид растворлив во вода, 1-етил-3-(3-диметиламинопропил) карбодиимид (EDAC). PLA-EDA спејсерот се синтетизира на следниов начин. Додадете 20-кратен моларен вишок на EDA и 20-кратен моларен вишок на EDAC во 2 mL раствор од 0,1 g/mL PLA хлороформ. Синтезата е извршена во 15 mL полипропиленска епрувета на тресење со брзина од 300 min-1 во тек на 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 во тек на 5 минути за да се отстрани вишокот таложени полиетиленски деривати. Потоа, во растворот од 2 мл се додаваат 2 мл раствор од ICG од 0,5 мг/мл во диметилсулфоксид (DMSO). Мешалката се фиксира со брзина на мешање од 300 мин-1 во тек на 2 часа. Шематскиот дијаграм на добиениот конјугат е прикажан на Слика 2.
Во 200 mg MNP, додадовме 4 mL PLA-EDA-ICG конјугат. Користејќи тресење LS-220 (LOIP, Русија) за да ја мешаме суспензијата 30 минути со фреквенција од 300 min-1. Потоа, таа беше измиена со изопропанол три пати и подложена на магнетно одвојување. Користете UZD-2 ултразвучен дисперзер (FSUE NII TVCH, Русија) за да додадете IPA во суспензијата 5-10 минути под континуирано ултразвучно дејство. По третото миење со IPA, талогот беше измиен со дестилирана вода и ресуспендиран во физиолошки раствор со концентрација од 2 mg/mL.
За проучување на распределбата на големината на добиениот MNP во водениот раствор беше користена опремата ZetaSizer Ultra (Malvern Instruments, Велика Британија). За проучување на обликот и големината на MNP беше користен трансмисионен електронски микроскоп (TEM) со катода со емисионо поле JEM-1400 STEM (JEOL, Јапонија).
Во оваа студија, користиме цилиндрични перманентни магнети (оддел N35; со заштитен слој од никел) и следните стандардни големини (должина на долгата оска × дијаметар на цилиндерот): 0,5×2 mm, 2×2 mm, 3×2 mm и 5×2 mm.
Студијата in vitro за транспортот на MNP во моделниот систем беше спроведена на хидродинамичка скела развиена од Институтот за експериментална медицина на Државниот медицински истражувачки центар „Алмазов“ при Министерството за здравство на Русија. Волуменот на циркулирачката течност (дестилирана вода или раствор на Кребс-Хенселајт) е 225 mL. Аксијално магнетизирани цилиндрични магнети се користат како трајни магнети. Поставете го магнетот на држач оддалечен 1,5 mm од внатрешниот ѕид на централната стаклена цевка, со неговиот крај свртен кон насоката на цевката (вертикално). Брзината на проток на течност во затворената јамка е 60 L/h (што одговара на линеарна брзина од 0,225 m/s). Растворот на Кребс-Хенселајт се користи како циркулирачка течност бидејќи е аналог на плазмата. Коефициентот на динамичка вискозност на плазмата е 1,1–1,3 mPa∙s. 9 Количината на MNP адсорбирана 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 механика на флуиди за да се утврди релативната пропустливост на крвните садови. Главните компоненти на хидродинамичката потпора се прикажани на Слика 3. Главните компоненти на хидродинамичкиот стент се затворена јамка што го симулира пресекот на моделниот васкуларен систем и резервоар за складирање. Движењето на моделната течност по контурата на модулот на крвниот сад е обезбедено со перисталтична 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 поставеноста што се користи за проучување на пропустливоста на ѕидот на каротидната артерија. 1-резервоар за складирање, 2-перисталтична 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 сад, 8-извор на магнетно поле, 9-балон со јаглеводороди.
Комората што го содржи садот се состои од три сада: надворешен голем сад и два мали сада, низ кои минуваат краците на централното коло. Канулата се вметнува во малиот сад, садот е нанижан на малиот сад, а врвот на канулата е цврсто врзан со тенка жица. Просторот помеѓу големиот сад и малиот сад е исполнет со дестилирана вода, а температурата останува константна поради поврзувањето со разменувачот на топлина. Просторот во малиот сад е исполнет со раствор Кребс-Хенселајт за да се одржи одржливоста на клетките на крвните садови. Резервоарот е исто така исполнет со раствор Кребс-Хенселајт. 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 садот. 1-Канила за спуштање на крвните садови, 2-Надворешна комора, 3-Мала комора. Стрелката ја означува насоката на моделната течност.
За да се одреди индексот на релативна пропустливост на ѕидот на крвниот сад, беше користена каротидната артерија од стаорец.
Воведувањето на суспензија од MNP (0,5 mL) во системот има следниве карактеристики: вкупниот внатрешен волумен на резервоарот и цевката за поврзување во јамката е 20 mL, а внатрешниот волумен на секоја комора е 120 mL. Изворот на надворешно магнетно поле е перманентен магнет со стандардна големина од 2×3 ​​mm. Тој е инсталиран 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 ролер пумпата е поставена на 50%, што одговара на брзина од 17 cm/s. Како контрола, примероците се земени во ќелија без перманентни магнети.
Еден час по администрацијата на дадена концентрација на MNP, од комората беше земен течен примерок. 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 на MNP, мерењето беше извршено на 450 nm.
Според упатствата Rus-LASA-FELASA, сите животни се одгледуваат и одгледуваат во специфични објекти 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 истражувачки центар „Алмазов“ (IACUC). Животните пиеја вода ad libitum и се хранеа редовно.
Студијата е спроведена на 10 анестезирани 12-неделни машки имунодефициентни NSG глувци (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 трансплантатот. Лековите од различни кафези биле случајно распределени во експерименталната група и биле ко-одгледувани или систематски изложени на постелнината на други групи за да се обезбеди еднаква изложеност на заедничката микробиота.
Линијата на клетки на рак кај луѓето HeLa се користи за воспоставување на модел на ксенографт. Клетките се 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 е љубезно обезбедена од Лабораторијата за регулирање на генската експресија на Институтот за клеточно истражување на Руската академија на науките. Пред инјектирањето, клетките HeLa се отстранети од културната пластика со раствор од трипсин:версен 1:1 (Biolot, Русија). По миењето, клетките се суспендирани во комплетен медиум до концентрација од 5×106 клетки на 200 μL и се разредуваат со матрица на базална мембрана (LDEV-FREE, MATRIGEL® CORNING®) (1:1, на мраз). Подготвената клеточна суспензија се инјектира поткожно во кожата на бутот на глушецот. Користете електронски калипери за следење на растот на туморот на секои 3 дена.
Кога туморот достигна 500 mm3, во мускулното ткиво на експерименталното животно во близина на туморот беше имплантиран перманентен магнет. Во експерименталната група (MNPs-ICG + тумор-M), беше инјектирана 0,1 mL суспензија од MNP и изложена на магнетно поле. Нетретирани цели животни беа користени како контролни групи (позадина). Дополнително, беа користени животни на кои им беше инјектирана 0,1 mL MNP, но не им беа имплантирани магнети (MNPs-ICG + тумор-BM).
Флуоресцентната визуелизација на in vivo и in vitro примероци беше извршена на био-сликачот IVIS Lumina LT серија III (PerkinElmer Inc., САД). За in vitro визуелизација, во бунарите на плочата беше додаден волумен од 1 mL синтетички PLA-EDA-ICG и MNP-PLA-EDA-ICG конјугат. Земајќи ги предвид карактеристиките на флуоресценцијата на ICG бојата, беше избран најдобриот филтер што се користи за одредување на светлосната јачина на примерокот: максималната бранова должина на возбудување 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 флуоресценцијата и акумулацијата на MNP-PLA-EDA-ICG конјугатот беа мерени кај глувци со туморски модел in vivo, без присуство и примена на магнетно поле на местото од интерес. Глувците беа анестезирани со изофлуран, а потоа 0,1 mL MNP-PLA-EDA-ICG конјугат беше инјектиран преку опашката. Нетретираните глувци беа користени како негативна контрола за да се добие флуоресцентна позадина. По интравенска администрација на конјугатот, ставете го животното на грејна фаза (37°C) во комората на флуоресцентниот снимач IVIS Lumina LT серија III (PerkinElmer Inc.) додека се одржува инхалација со анестезија со 2% изофлуран. Користете го вградениот филтер на ICG (745–815 nm) за детекција на 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 туморските области 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 избраната област од интерес. За секое животно беа земени три мерења (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 перманентни магнети со различни форми. Покрај тоа, не го оценивме долгорочниот ефект на магнетното поле врз задржувањето на наночестичките во туморските ткива.
Наночестичките доминираат, со просечна големина од 195,4 nm. Покрај тоа, суспензијата содржеше агломерати со просечна големина од 1176,0 nm (Слика 5А). Последователно, делот беше филтриран низ центрифугален филтер. Зета потенцијалот на честичките е -15,69 mV (Слика 5Б).
Слика 5 Физички својства на суспензијата: (A) распределба на големината на честичките; (B) распределба на честичките при зета потенцијал; (C) TEM фотографија на наночестички.
Големината на честичките 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.
Кај перманентните магнети, кога магнетизацијата е концентрирана во волуменот V, интегралниот израз е поделен на два интеграла, имено волуменот и површината:
Во случај на примерок со константна магнетизација, густината на струјата е нула. Тогаш, изразот на векторот на магнетна индукција ќе го има следниот облик:
За нумеричко пресметување користете ја програмата MATLAB (MathWorks, Inc., САД), академска лиценца на ETU „LETI“ број 40502181.
Како што е прикажано на Слика 7 Слика 8 Слика 9 Слика-10, најсилното магнетно поле се генерира од магнет ориентиран аксијално од крајот на цилиндарот. 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, кај пар цилиндри со поголем сооднос на ширина и должина (дијаметар и должина) адсорпцијата на MNP е најефикасна.
Сл. 7 Компонентата на интензитетот на магнетната индукција Bz по должината на 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 магнетната индукција Br е нормална на оската на магнетот Oz; стандардна големина на магнетот: црна линија 0,5×2mm, сина линија 2×2mm, зелена линија 3×2mm, црвена линија 5×2mm.
Слика 9 Интензитетот на магнетната индукција Bz компонента на растојанието 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 на магнетна индукција долж радијалната насока; стандардна големина на магнет: црна линија 0,5×2 mm, сина линија 2×2 mm, зелена линија 3×2 mm, црвена линија 5×2 mm.
Специјални хидродинамички модели можат да се користат за проучување на методот на испорака на MNP до туморските ткива, концентрирање на наночестички во целната област и одредување на однесувањето на наночестичките под хидродинамички услови во циркулаторниот систем. Перманентните 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 дипол-дипол апроксимација.
Каде што m е магнетниот момент на магнетот, r е векторот на радиусот на точката каде што се наоѓа наночестичката, а k е системскиот фактор. Во диполната апроксимација, полето на магнетот има слична конфигурација (Слика 11).
Во униформно магнетно поле, наночестичките ротираат само по линиите на силата. Во неуниформно магнетно поле, силата дејствува врз нив:
Каде е изводот на дадена насока l. Покрај тоа, силата ги влече наночестичките во најнерамните области на полето, односно се зголемува закривеноста и густината на линиите на сила.
Затоа, пожелно е да се користи доволно силен магнет (или магнетен ланец) 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 заробување и задржување на MNP во васкуларниот слој на полето на апликација.