إحداث ارتفاع الحرارة الخفيف المستهدف في نماذج أورام الفئران من خلال التحويل الحراري الضوئي للضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء بواسطة قضبان الذهب النانوية داخل الورم

العلاج الموجه بارتفاع الحرارة هو طريقة ناشئة في علاج السرطان مصممة لرفع درجات حرارة الورم بشكل انتقائي مع تقليل الضرر الذي يلحق بالأنسجة السليمة المحيطة. تصف هذه الطريقة طريقة عالية الكفاءة ومنخفضة الموارد وقابلة للتكرار لإحداث ارتفاع الحرارة بوساطة الذهب النانوي في الأورام الصلبة. يسمح استخدام الحقن المباشر داخل الورم لقضبان الذهب النانوية متبوعا بالتعرض لضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة بتسخين دقيق وخاضع للرقابة وموضعية عالية للأورام.

يعتمد نجاح هذا البروتوكول على تنشيط الأنسجة العميقة الفعال للقضبان النانوية الذهبية باستخدام الطول الموجي المناسب لضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة ، بالإضافة إلى المراقبة الدقيقة في الوقت الفعلي لدرجة حرارة الورم الداخلية طوال الإجراء. ابدأ قياسات الورم اليومية بدءا من اليوم السابع تقريبا ، أو حقن الخلايا بعد السرطان ، أو عندما تصبح الأورام واضحة. قبل البدء في الإجراء ، قم بقياس عرض الورم وطوله وارتفاعه لحساب الحجم الكلي للورم.

اهدف إلى إجراء الإجراء بمجرد وصول الأورام إلى حجم تقريبي يبلغ 50 ملم مكعب. بالنسبة لنموذجنا ، تم تحقيق حجم الورم هذا بين اليوم 10 و 12 بعد حقن الخلايا السرطانية. في خزانة أمان بيولوجية معقمة ، استخدم حقنة سعة مل واحد بإبرة قياس 31 لرسم الحجم المناسب من قضبان الذهب النانوية بناء على حجم كل ورم.

قبل حقن قضيب الذهب النانوي ، قم بتخدير الفأر باستخدام مخروط الأنف الذي يوفر 2٪ من الأيزوفلوران بمعدل تدفق 0.8 لتر في الدقيقة. ضع مادة تشحيم العين على كلتا العينين لمنع الجفاف وتقليل أي تلف محتمل بالليزر. إذا لزم الأمر ، احلق الفراء الزائد حول الورم لضمان تعرض سطح الجلد واستخدم الإيثانول لتطهير سطح الورم ، ومسح أي فراء أو حطام.

قبل التعرض لليزر ، قم بحقن قضبان الذهب النانوية داخل الورم بتركيز ميكروغرام واحد لكل ملليمتر مكعب من حجم الورم. إذا لزم الأمر ، قم بتقسيم الحقن بين موقعين داخل الورم لضمان التوزيع الفعال للقضبان النانوية الذهبية داخل الورم. تأكد من مسح أي قضبان نانوية ذهبية زائدة على سطح الجلد بعد الحقن.

بالنسبة لفئران المجموعة الضابطة ، قم بإعطاء حقنة داخل الورم من PBS المعقم بالحجم المكافئ المستخدم لمجموعات علاج النانوية الذهبية. نظف مسبار درجة الحرارة داخل الورم بالإيثانول قبل الإدخال. أدخل مسبار درجة الحرارة برفق في منتصف كتلة الورم.

ضع طبقة موحدة من جل الصبار بسمك خمسة ملليمترات تقريبا على سطح الورم لمنع تقرح الجلد وتقليل خطر الإصابة الحرارية أثناء العلاج. اضبط الليزر ليصطف مباشرة فوق منتصف الورم. استخدم جدول البحث عن الإشعاع لتحديد أفضل ارتفاع ليزر بناء على قطر شعاع الليزر المطلوب لتغطية مساحة سطح الورم.

قم بتشغيل مصدر التبريد بالليزر والكهروحراري. ثم قم بتوصيل نظام الليزر بمصدر الطاقة. قم بتشغيل مصدر التبريد الكهروحراري.

سيضيء ضوء LED الأزرق وبعد 30 ثانية ، ستستقر درجة الحرارة عند 25 درجة مئوية. استنادا إلى جدول البحث عن الإشعاع ، اضبط خرج تيار الليزر لتحقيق إشعاع مستهدف يبلغ حوالي واط واحد لكل سنتيمتر مربع. في تجربتنا ، أدى ارتفاع الليزر البالغ 1.5 سم ، وقطر شعاع 1.3 سم ، وتيار ليزر يبلغ 1800 مللي أمبير إلى قيمة إشعاع تبلغ 0.82 واط لكل سنتيمتر مربع ، والتي تم تحسينها لنموذج الورم الخاص بنا.

من هذه النقطة فصاعدا ، تأكد من أن جميع الأفراد في غرفة عمليات الليزر يرتدون نظارات أمان ليزر معتمدة للطول الموجي للضوء المستخدم. قم بإعداد كاميرا حرارية مجاورة لمنصة الليزر الموجهة إلى الماوس لمراقبة درجة حرارة سطح الجلد أثناء إجراء الليزر. ابدأ التسجيل على برنامج تسجيل البيانات المقترن بالحرارة وتأكد من عرض الرسم البياني لدرجة حرارة الورم الداخلية مقابل الوقت في الوقت الفعلي.

أدر مفتاح أمان الليزر لتمكين إخراج المصدر. ابدأ إعطاء الليزر عن طريق الضغط على دواسة القدم في وقت بدء الليزر ، ستبدأ درجة حرارة الورم الداخلية في الزيادة ، وتستغرق حوالي 15 ثانية إلى دقيقتين للدخول في نطاق ارتفاع الحرارة المستهدف من 42 إلى 48 درجة. إذا اقتربت درجة حرارة الورم الداخلية من 48 درجة ، ارفع قدمك عن الدواسة ، مما يسمح لدرجة الحرارة بالانخفاض مرة أخرى.

يجب أن يصبح هذا الانخفاض في درجة الحرارة مرئيا في الوقت الفعلي على الرسم البياني لعرض درجة الحرارة مقابل الوقت. بمجرد انخفاض درجة حرارة الورم الداخلي إلى حوالي 43 درجة ، أعد تمكين الليزر باستخدام دواسة القدم. يجب أن تبدأ درجة الحرارة في الارتفاع مرة أخرى دون الخروج من نطاق ارتفاع الحرارة.

استمر في ذلك على إيقاف تشغيل دورة الليزر لضمان بقاء الورم في نطاق ارتفاع الحرارة. يجب أن يبدأ الرسم البياني لعرض درجة الحرارة مقابل الوقت في عكس ذلك على نمط دورة الليزر خارج الدوران. طوال فترة الحفاظ على ارتفاع حرارة الورم ، راقب باستمرار درجة حرارة سطح الجلد لضمان بقائها أقل من 50 درجة مئوية.

بعد خمس دقائق من الحفاظ على ارتفاع الحرارة ، حرر دواسة القدم لإيقاف إعطاء الليزر والسماح لدرجة حرارة الورم الداخلية بالانخفاض مرة أخرى إلى حوالي 37 درجة مئوية. بمجرد عودة الورم إلى درجة الحرارة الطبيعية ، قم بإزالة مسبار مراقبة درجة الحرارة وامسح أي جل الصبار الزائد على سطح الورم. قم بإزالة الفأر من مخدر الأنف ومراقبة إثارة قبل العودة إلى القفص للتعافي بعد الإجراء ، ضع القفص جزئيا على وسادة حرارية كما هو موضح هنا.

تأكد من عودة الفئران إلى سلوكها الطبيعي قبل إعادتها إلى منشأة السكن الخاصة بها. يوفر هذا الجدول قيم الإشعاع بالواط لكل سنتيمتر مربع لإعدادات خرج تيار الليزر المختلفة بالمللي أمبير ومسافات العمل بالسنتيمتر. يستخدم هذا الجدول لتحديد ارتفاع الليزر المناسب بناء على قطر الشعاع المطلوب لتغطية سطح الورم ولتحقيق إشعاع مستهدف يبلغ حوالي واط واحد لكل سنتيمتر مربع.

تشير القيم المميزة باللون الأخضر في هذا الجدول إلى مستويات الإشعاع المثلى بالقرب من واط واحد لكل سنتيمتر مربع. يوضح هذا الشكل ملامح درجة حرارة الورم الداخلية التمثيلية بمرور الوقت بالمللي ثانية المسجلة بواسطة مسبار درجة حرارة الورم الداخلي طوال تعرض الورم لضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة. يوضح الشكل أ نمط تشغيل دورة الليزر في فأر محقون بقضيب نانوي ذهبي مطلوب للحفاظ على درجة حرارة الورم الداخلية في نطاق ارتفاع الحرارة.

يسلط الضوء على أهمية المراقبة الدقيقة لدرجة حرارة الورم الداخلية وتدوير الليزر للحفاظ على نطاق ارتفاع الحرارة طوال العملية. يوضح الشكل ب متوسط الاختلاف في درجة حرارة الورم الداخلية بين الذهب نانارود المحقون والتحكم ، أو الفئران المحقونة PBS طوال التعرض لمدة خمس دقائق لضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة. بدون حقن قضبان الذهب النانوية ، لن تسخن الأورام المعرضة لضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة إلى نطاق ارتفاع الحرارة الخفيف.

تستقر الأورام المحقونة PBS حوالي 39 إلى 40 درجة مئوية على عكس الأورام المحقونة بالعصا النانوية الذهبية والتي تصل إلى درجات حرارة عالية من 42 إلى 48 درجة. يؤدي العلاج الفائق الحراري المستهدف بوساطة النانورود الذهبية إلى انكماش حجم الورم عبر نماذج متعددة للسرطان في غضون 48 إلى 72 ساعة بعد العلاج. يوضح الشكل أ قياسات حجم الورم في 4T1 ، وهو نموذج لسرطان الثدي يتبع العلاج المستهدف بوساطة النانورود الذهبية.

يوضح الشكل B B16 F10 ، وهو نموذج سرطان الجلد ، ويوضح الشكل C CT26 ، وهو نموذج سرطان القولون والمستقيم. يدل انخفاض أو تباطؤ نمو حجم الورم في غضون 48 إلى 72 ساعة بعد العلاج على نتيجة إيجابية. عند تنفيذ هذا البروتوكول ، تعد المراقبة الدقيقة في الوقت الفعلي لدرجة حرارة الورم الداخلية أمرا بالغ الأهمية لضمان تحقيق نطاق ارتفاع حراري خفيف ، وأن العلاج يتم تقديمه باستمرار.

بعد هذا الإجراء ، يجب إجراء قياسات يومية لحجم الورم لتسجيل التغيرات في حجم الورم. يعد انحدار الورم في غضون يومين إلى ثلاثة أيام مؤشرا إيجابيا على نجاح العلاج.