固形腫瘍内の灌流、間質液圧とリポソーム蓄積の空間測定
Summary
The heterogeneous intra-tumoral accumulation of liposomes has been linked to an abnormal tumor microenvironment. Herein methods are presented to measure tumor microcirculation by perfusion imaging and elevated interstitial fluid pressure (IFP) using an image-guided robotic system. Measurements are compared to the intra-tumoral accumulation of liposomes, determined using volumetric micro-CT imaging.
Abstract
リポソームの異種の腫瘍内蓄積は、それらの効力の重大な決定要因です。カオス腫瘍微小循環および高いIFP両方をリポソームなどのナノテクノロジーベースの薬物送達系の異種腫瘍内分布に連結されています。本研究では、腫瘍の微小循環との関係は、IFPは上昇し、ナノ粒子の蓄積は、インビボ実験により調査しました。これは、コンピュータ断層撮影法（DCE-CT）およびマイクロCTスキャナに接続された新規な画像誘導ロボット針配置システムを用いて腫瘍IFPを測定拡張ダイナミックコントラストを用いて腫瘍微小循環を評価することによって達成されました。リポソームの腫瘍内蓄積は安定造影剤イオヘキソール（CT-リポソーム）をカプセル化するナノ粒子、リポソーム製剤のCT画像に基づく評価によって決定しました。の空間分布の共局在のために許可されたCT画像腫瘍の血行動態、IFPおよび乳癌の個々の皮下異種移植マウスモデルにおけるCT-リポソームの蓄積。測定は、灌流および血漿体積分率は、リポソームの腫瘍内分布の強力なメディエーターであるという発見につながりました。さらに、結果は、IFPは、血流を調節を通してリポソーム分布を媒介する間接的な役割を果たしていることを示唆しています。
Introduction
ナノ粒子薬物送達系の腫瘍内蓄積を測定することは、細胞傷害性薬物の適切な濃度は、腫瘍内で達成されたかどうかを決定するための重要なツールを提供することができます。 「イメージ可能な」リポソーム系の開発は、陽電子放射断層撮影（PET）1、光学蛍光2、及びコンピュータ断層撮影（CT）3などのイメージングモダリティを使用して、薬物送達ビヒクルの検出の非侵襲的かつ定量的なin vivoでのを可能にします4及び磁気共鳴イメージング（MRI）5。イメージングは、リポソーム送達システムの薬物動態及び生体内分布を決定し、ナノ粒子の蓄積6,7に被験者間の程度と腫瘍内の不均一性を明らかにするために使用されています。しかし、ナノ粒子のイメージングは、単独で彼らの貧しい人々の蓄積と流通に貢献した生物学的障壁を特定するものではありません。この知識はrに最も重要ですationalより有効な製剤の開発、および戦略は、腫瘍内蓄積8を向上させます。治療戦略は、改善されたナノ粒子の輸送9で得られた特定の生物学的障壁を調節するために適用され得ることが実証されています。さらに、ナノ粒子製剤は、具体的には、特定の生物学的輸送障壁10を克服するために開発されてきました。両方のシナリオでは、生物学的障壁の測定は、適切なナノ粒子薬物送達戦略の使用を導くために使用することができます。
腫瘍の微小循環およびIFPの上昇は、固形腫瘍9,11におけるリポソームのようなナノ粒子の腫瘍内蓄積の二つの重要な決定因子であると考えられています。しかし、貧しい人々のリポソームの蓄積に貢献する他の障壁が密な細胞外マトリックス、不浸透性血管系、および固体組織圧12が含まれます。これらの障壁は、時空間に関連しています方法、異常な血液の流れと上昇間質液圧は、ナノ粒子の初期の配信と溢出を駆動する二つの重要な要因であると。前述のように、腫瘍の微小循環との間の関係を確立し、IFPは上昇し、リポソームの腫瘍内蓄積は、リポソームの撮像データの適切な解釈のために不可欠です。腫瘍微小循環、高架IFP、および固形腫瘍におけるナノ粒子の蓄積との関係を測定するための、本明細書に定量的方法が提示されています。これは呼ばれる、容積CTイメージングを用いCTリポソーム造影剤、画像誘導ロボット針位置決めシステムを使用して、コンピュータ断層撮影、及び腫瘍IFPを拡張ダイナミックコントラストを用いて腫瘍微小循環の腫瘍内分布の共局在の測定を行うことによって達成されます。 CT-IFPロボット13。
Protocol
Representative Results
Discussion
本明細書に提示される画像ベースの測定のための方法は、腫瘍の微小循環特性、IFP、およびCT-リポソーム蓄積の空間分布の決意を可能にします。これらのプロパティを関連付けるための以前の試みは、複数の腫瘍を有する動物全体で一括測定を行うに依存していましたので、一般的にナノサイズの薬物送達システム15のために観察された腫瘍内蓄積の不均一性に責任のメカニズムを解…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Dr. Javed Mahmood for assistance with culturing MDA-MB-231 cells and implanting the MDA-MB-231 xenografts, Linyu Fan for preparing the CT-liposomes. Shawn Stapleton is grateful for funding from the Natural Sciences and Engineering Research Postgraduate Scholarships Program and the Terry Fox Foundation Strategic Initiative for Excellence in Radiation Research for the 21st Century (EIRR21) at CIHR. This study was supported by grants from the Terry Fox New Frontiers Program (020005) and the Canadian Institutes of Health Research (102569).
Materials
| MDA-MB-231 metastatic breast adenocarcinoma tumor cells | ATCC | HTB-26 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Life Technologies | 11965-092 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Sigma-Aldrich | F1051 | |
| HyClone Penicillin-Streptomycin 100x Solution | GE Healthcare Life Sciences | SV30010 | |
| Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | ThermoFisher Scientific | 25300-054 | |
| 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) | Avanti Lipids Inc., USA | 850355P | |
| Cholesterol (CH) | Avanti Lipids Inc., USA | 700000P | |
| 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-poly(ethylene glycol) 2000 (DSPE-PEG2000) | Avanti Lipids Inc., USA | 880128P | |
| Omnipaque (Iohexol) 300 mg of iodine/mL | GE Healthcare, CA | ||
| 80 nm pore size Track-Etch polycarbonate membranes | Whatman Inc., USA | ||
| 200 nm pore size Track-Etch polycarbonate membranes | Whatman Inc., USA | ||
| 10 mL Lipex Extruder | Nothern Lipids Inc, CA | ||
| Dialysis Bag Molecular Weight Cut Off (MWCO) of 8 kDa | Spectrum Labs, USA | ||
| 750,000 Nomical Molecular Weight Cut Off (NMWC) Tangential flow column | MidGee ultrafiltration cartridge, GE Healthcare, CA | ||
| Peristaltic pump | Watson Marlow Inc., USA | ||
| UV spectrometer | Helios γ, Spectronic Unicam, USA | ||
| 90Plus particle size analyzer | Brookhaven, Holtsville, USA | ||
| eXplore Locus Ultra micro-CT system | GE Healthcare, CA | Manipulated using CT-Console Software | |
| AxRecon GPU-based Reconstruction | Acceleware Corp. CA | ||
| 27G Catheter SURFLO Winged Infusion Set | Terumo Medical Products, USA | SV*27EL | |
| PE20 polyethylyne tubing | Becton Dickinson, USA | 427406 | |
| Pen tip 25G × 3.5′′ Whitacre spinal needle | Becton Dickinson, USA | 405140 | IFP needle |
| P23XL pressure transducer | Harvard Apparatus, CA | P23XL | |
| PowerLab 4/35, Bridge Amp, with LabChart Pro 7.0 | ADInstruments Pty Ltd., USA | PL3504, FE221 | IFP acquisition system and acquisition software |
| CT-Sabre Small Animall Intervention system (CT-IFP Robot) | Parallax Innovations, CA | Manipulated using CT-IFP robot Control Software | |
| CT-IFP robot alignment software | Custom Matlab software | ||
| DCE-CT Analysis Software | Custom Matlab software | ||
| Matlab 2013b | Mathworks, USA |
References
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