관류의 공간 측정, 고체 종양에 삽입 유체 압력과 리포좀 축적
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
리포좀의 이종 종양 내 축적 효능의 중요한 결정 인자이다. 혼돈 종양 미세하고 IFP 상승 모두는 나노 리포좀 계 약물 전달 시스템의 이종 종양 내 분포에 연결된다. 본 연구에서 종양 미세 상승 IFP 및 나노 입자의 축적이 관계는 생체 내 실험을 통해 조사 하였다. 이것은 동적 전산화 단층 촬영 (DCE-CT) 강화 된 콘트라스트 및 종양 IFP 측정 마이크로 CT 스캐너에 접속 된 새로운 영상 유도 로보트 바늘 배치 시스템을 사용하여 사용하여 종양 미세 평가함으로써 수행 하였다. 리포솜의 종양 내 축적 안정적 조영제 iohexol (CT-리포좀)를 캡슐화하는 나노 입자 리포좀 제제의 CT 이미지 기반의 평가에 의해 결정 하였다. CT 영상에서의 공간 분포의 공동 지역화 허용종양 혈역학 유방암의 각각의 피하 이종 이식 마우스 모델에서 IFP 및 CT-축적 리포솜. 측정 관류 플라즈마 부피 분율은 리포솜의 종양 내 분포의 강한 매개체이다 발견되었다. 또한, 결과는 IFP 혈류를 변조를 통해 리포좀 분포 매개 간접적 인 역할을 제안한다.
Introduction
나노 입자 약물 전달 시스템의 종양 내 축적을 측정하면, 세포 독성 약물의 적절한 농도는 종양 내에서 달성되었는지 확인하기위한 중요한 도구를 제공 할 수있다. "화상 수"리포좀 시스템의 개발이 비 침습성 정량을 허용 생체 같은 양전자 방출 단층 촬영 (PET) 한 광학 형광 2, 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 3 등의 영상 방식을 이용하여 약물 전달 비히클의 검출, (4) 및 자기 공명 영상 (MRI) 5. 이미징 약동학 및 리포좀 전달 시스템의 생체 분포를 결정하기 위해 나노 입자 축적 -6,7- 인 인터 피사체 내 종양 이질성의 정도를 나타 내기 위해 사용되었다. 그러나, 나노 입자의 영상은 혼자 자신의 가난한 축적 및 유통에 기여 생물학적 장벽을 식별하지 않습니다. 이 지식은 연구에 매우 중요합니다ational 더 효과적인 제제의 개발 및 전략을 내 종양 축적 (8)을 향상시킬 수 있습니다. 치료 전략이 향상된 나노 반송 구 결과 특정 생물학적 장벽을 변조하는데 적용될 수 있음을 증명하고있다. 또한, 나노 입자 제제는 특히 특정 생물학적 전송 배리어 (10)를 극복하기 위해 개발되었다. 두 시나리오에서, 생물학적 장벽 측정 적합한 나노 입자 약물 전달 전략의 사용을 유도하는데 사용될 수있다.
종양 미세과 높은 IFP 고체 종양 9,11 이러한 리포좀으로 나노 입자의 내 종양 축적의 두 가지 주요 결정 요인이 될 것으로 생각된다. 그러나 가난한 리포좀 축적에 기여할 수있는 다른 장벽은 조밀 한 세포 외 기질, 불 침투성 혈관, 고체 조직 압력 (12)을 포함한다. 이 장벽은 시공간에 관련방법 비정상적인 혈류 상승 간질 유체의 압력은 나노 입자의 초기 전달 및 혈관 외 유출 구동 두 가지 중요한 요인으로되고. 전술 한 바와 같이, 종양 미세 상승 IFP 및 리포좀 내 종양 축적 간의 관계를 확립하는 리포솜 촬상 데이터의 적절한 해석에 필수적이다. 여기서 정량 방법은 고형 종양에서 종양 미세 상승 IFP 및 나노 입자의 축적의 관계를 측정하는 것이 제시되어있다. 이것은 동적 콘트라스트 컴퓨터 단층 촬영을 개선하여 부피 CT 영상 종양 미세을 이용한 CT 리포좀 조영제 인트라 종양 분포 공동화 측정을 수행함으로써 달성하고, 영상 유도 로보트 침 위치 확인 시스템을 이용하여 종양 IFP는 불린다 중부 표준시 – IFP 로봇 13.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기에 제공된 이미지 기반의 측정 방법은 종양 미세 속성, IFP, 및 CT-리포좀 축적의 공간 분포의 결정을 할 수 있습니다. 이러한 속성에 관한 이전의 시도는 다수의 종양 함유 동물 걸쳐 대량 측정을 수행에 의존하기 때문에 일반적으로 나노 크기의 약물 전달 시스템 (15)에 대해 관찰 된 인트라 종양 축적 이질성을 담당 메커니즘을 밝히기 감도 부족했다. DCE-CT는 종양 미세 특성의 내 종양 …
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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