Live Cell Alternating Magnetic Field exposure system for in vitro time lapse imaging (LC-AMF System)

The desire among researchers to perform in vitro time lapse imaging while exposing live cells to an alternating magnetic field has increased over the past decade. Nanotherics has now conquered the difficulties involved in performing such experiments and is launching the Live Cell AMF System for in vitro time lapse imaging. The ergonomic design of this setup enables the user to mount it on any type of microscope worldwide compatible with 6/24/96 tissue culture plate.

Figure 1: Live Cell AMF System for in vitro time lapse imaging mounted onto a Leica inverted fluorescence microscope.  The setup can be connected to any magneTherm system, both old and new, which means that all existing users can still use this unique setup. The setup enables physiological temperature control and a 5 % CO2 atmosphere so that the cells can grow uninterrupted for the required time scale. The setup allows microscope experiments with AMF exposure at frequencies ranging from 100 kHz to 1 MHz with a field amplitude of up to 20 mT. Frequencies achievable * Capacitance (nF) Frequencies (kHz) *600 128.8 *300 182.2 200 223.1 88 336.4 22 672.8 11 951.5 *Optional additional frequencies Figure 2: Complete connections for the time lapse imaging AMF exposure setup. Unique additional features allow researchers to use this setup to perform time lapse imaging on any type of microscope which replaces costly imaging setups that usually come specifically for a microscope type.  Specifications CO2 input: 5 % Recirculating water bath output: 320 ml / minute Temperature stability + /- 0.2 degrees C Highest frequency available with the system: 951.5 kHz (13.2 mT) * Lowest frequency available with the system: 128.8 kHz (20 mT) * Dimensions: 127 x 85 x 26 mm Tissue culture plate: 35mm Tissue culture dish * will slightly change depending on the inductance and capacitance tolerance.

MagneTherm?磁流體熱療分析系統 
MagneTherm? Magnetic Fluid Hyperthermia System 
 
MagneTherm?磁流體熱療分析系統是來自英國的Nanotherics公司的一種高精度磁流體熱療測試系統。該系統通過控制表面功能化的磁性納米顆粒產熱用于熱療**。MagneTherm?磁流體熱療分析系統使用交變磁場(AMF)和磁納米顆粒(MNPs)作為腫瘤和其他細胞的加熱方法，通過施加一定強度的交變磁場，磁性微粒在交變磁場作用下能吸收電磁波能量轉化為熱能，系統控制熱能局限于腫瘤組織，可導致細胞的凋亡及壞死，從而實現對腫瘤的熱療和相關研究。該系統還能控制納米磁流體運動的組織靶向性和細胞特異靶向性，進行細胞外和細胞內多重磁流體熱療分析。

圖1MagneTherm?磁流體熱療分析系統

2、系統原理 
通過控制納米尺度的磁性顆粒定位于腫瘤組織，然后施加一外部交變磁場，使材料因產生磁滯、馳豫或感應渦流而被加熱，這些熱量再傳遞到材料周邊的腫瘤組織中，使腫瘤組織溫度超過42℃并導致細胞的凋亡及壞死，從而實現對腫瘤的**。
MagneTherm?磁流體熱療測試系統殺傷腫瘤細胞的主要原理有：
（1）高溫使瘤細胞線粒體膜的流動性改變，破壞DNA合成所需的酶系導致瘤細胞死亡；受熱后腫瘤組織的pH值降低，增加了對瘤細胞的殺傷作用；
（2）腫瘤血管不規則，散熱能力低，增加了高溫作用于腫瘤組織的選擇性，增加了NK細胞的活性，NK細胞無須經腫瘤抗原激活就有殺傷腫瘤細胞活性，其殺傷作用主要通過其表面的腫瘤細胞受體與腫瘤細胞相結合，釋放溶細胞素。
（3）促進樹突狀細胞（DC）的成熟，未成熟的樹突狀細胞是成熟樹突狀細胞的前體，具有強大的抗原攝取能力。但因其表面表達低水平的MHCⅠ、Ⅱ及共刺激分子，因而不能有效地將抗原提呈給T**細胞，對T細胞的刺激能力降低。成熟的樹突狀細胞能夠顯著刺激初始樹突狀細胞細胞進行增值，因此樹突狀細胞是機體**應答的始動者。
（4）磁流體熱療還能增加腫瘤細胞表面MHCⅠ表達，從而激活了T細胞介導的抗腫瘤**反應。

圖2 不同濃度的磁流體 (Fe3O4)在交流磁場中的加熱性能對比

3、系統亮點概述 
該magneTherm ?有超過**和可耐受的磁場劑量，而且具有很大的靈活性，方便研究者根據要求改變頻率和場強來應用不同的細胞和組織體系?？梢詫毎ㄙN壁或懸浮液）和三維細胞培養體系進行磁流體熱療分析。

1. 10種不同的標準頻率，頻率范圍從50千赫茲至1兆赫茲

包括 110 kHz， 168 kHz， 176 kHz， 262 kHz， 335 kHz，474kHz， 523 kHz， 633 kHz， 739 kHz， 987 kHz。

1. 擁有高達25毫特斯拉（mT）的磁場強度，且磁場強度可變
2. 優良的保溫隔熱
3. 運行PCR小瓶或小管（容量從1毫升到50毫升）
4. 可運行35毫米培養皿（培養生物膜/細胞/ 三維組織 ）
5. 臺式裝置，占用較小的工作面積
6. 低溫制冷系統輕便，沒有笨重的附屬設施

4、應用領域 
腫瘤**研究 
熱療正成為繼手術、放療、化療和**療法后出現的第五種癌癥**手段。目前已在臨床上得到應用，但是由于其加熱受到部位和組織的限制，而且對腫瘤的加熱也不均勻，嚴重影響了熱療的效果。已有的研究表明，磁熱療可以起到很好的組織內靶向熱療作用，而且也不受腫瘤體積和部位的影響，特別是近年來還發現磁熱療具有“熱旁觀者”效應，從而引起人們的廣泛關注，熱療用的不同磁性材料更成為國內外的研究熱點。

S.Y. Yan, et al. Therapeutic mechanism of treating SMMC-7721 liver cancer cells with magnetic fluid hyperthermia using Fe2O3 nanoparticles. Brazilian Journal of Medical and Biological Research (2014) 47(11): 947-959

熱休克蛋白研究 
熱療聯合化療**能提高機體的**功能，避免放、化療的毒副作用。熱休克蛋白(heat shock protein ，HSP)，主要參與腫瘤抗原的加工呈遞，可作為抗原呈遞分子直接將腫瘤的抗原肽呈遞給T細胞，激發T細胞介導的細胞**，其中HSP70*為引人關注。機體**能力和腫瘤之間的作用是相互的，一方面機體**影響腫瘤的發展，另一方面腫瘤也能改變機體的**功能。對于惡性腫瘤的**，除外科手術外，化療和放療也是目前*主要的**方法。但化、放療除耐藥性及劑量受限外，它們在殺傷腫瘤的同時，正常組織和細胞也受到損傷，甚至引起致死性并發癥。

**釋放控制研究 
控制**釋放的技術可以保證**緩慢長期的效用，保持*優血液中**濃度，從而達到*佳的**效果。其優點在于利于**吸收和新陳代謝，優化療法的效果。通過控制獨特的納米微粒攜帶**輸送技術，可以更有效的**控制釋放，將**滲透到實體腫瘤，通過利用磁性納米粒藥系統結合磁流體熱療分析可以控制**釋放使得**在定點區域殺傷靶標癌細胞。

Sophie Laurent, et al. Magnetic ?uid hyperthermia: Focus on superparamagnetic iron oxide nanoparticles. Advances in Colloid and Interface Science 166 (2011) 8–23

磁性納米顆粒介導的生物膜處理 
**群落附著到表面上，通過分泌細胞外聚合物基質形成生物膜。生物膜的形成提供了病原性**對***的抗性，還會促進微生物慢性感染的發展。超順磁性氧化鐵納米顆粒（ SPIONs ）的應用可以顯著降低**的生物材料介導的感染幾率。SPIONs的磁性靶向性，可允許它們滲透到生物膜內部，通過使用交流磁場加熱降低**群落的生存能力。這種處理是非常有效的，特別是對***耐藥菌株和***抗性生物膜的**中已經顯示出其應用前景。

已經應用的磁流體納米顆粒類型包括

1. 表面官能化的磁鐵礦（ Fe3O4）
2. 涂覆有銀磁赤鐵礦（氧化鐵）
3. 磁鐵礦（ Fe3O4）
4. 鈷摻雜磁鐵礦
5. 鐵核心/鐵氧化物殼納米顆粒
6. 涂有金的磁赤鐵礦（氧化鐵）
7. 氧化鐵納米晶體（ IONCs ）
8. 膠體Greigite （ Fe3S4 ）納米片

Wei Wu, et al. Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis and Surface Functionalization Strategies, Nanoscale Res Lett (2008) 3:397–415
5、系統組成部分 
包括直流電源供應系統，函數信號發生器，示波器等 
直流電源供應系統：24cm (W) x 32cm (D) x 13cm (H)??? 重量： 6 kg 
函數信號發生器：22cm (W) x 29cm (D) x 10cm (H)??? 重量： 2.8kg 
示波器：35cm (W) x 44cm (D) x 17cm (H)??? 重量： 8 kg

主要配件 
17匝線圈
9匝線圈
帶有萬用表功能的熱電偶適配器
示波器
函數信號發生器
溫度探頭（ T型熱電偶）
直流穩壓電源
聚苯乙烯試管樣品
管線和墊片
冷卻水連接管
連接電纜
表1 系統所能提供的頻率和磁場強度

注：如果需要，所有的場強均可以由操作者從*大減小到零

圖3? 17繞圈和9繞圈的繞組方式 
選配配件：
較大的樣品線圈盒（ 60毫米） 
較低的頻率配件： 90KHz、87kHz 、70kHz、64kHz、50kHz
水夾套樣品孔徑（通常用于體內應用） 
2通道光纖信號處理器和溫度探頭。

6、工作流程案例 
（1）磁熱效應分析：先將含磁性納米顆粒的培養液在 37℃恒溫培養箱中孵育 1 h， 再在交變磁場下處理不同時間， 用精密溫度計測量溶液溫度，考察不同濃度磁納米顆粒在磁場作用下的處理時間與環境溫度的變化情況.

（2）動物實驗應用：在腫瘤四周向瘤體進行多點注射Fe2O3納米磁流體(以提高材料均勻彌散度)，用0.5%無菌****鈉溶液60mg/kg體重腹腔注射的方法進行麻醉，待完全麻醉后將上述注有Fe2O3納米磁流體的熱療組荷瘤鼠腫瘤放在輸出電流I=300 A的高頻磁感應加熱器照射1 h，用同樣方法前后共處理3次，每兩次間隔時間為24 h，從熱療后的第2天開始觀察各組荷瘤鼠及腫瘤的生長情況并分別予以記錄和拍照，至**周期結束(7周)后，用脫臼法處死荷瘤鼠并剝離出腫瘤，測量腫瘤的長徑(a)及腫瘤的短徑(b)，稱瘤重。

（3）細胞學實驗應用：光學及電子顯微鏡觀察細胞形態:細胞貼璧生長24 h，棄去各培養瓶中的培養液;對照組加入5 ml 8 g/LFe2O3納米磁流體，熱療組分別加入2、4、6、8 g/L Fe2O3納米磁流體各5 ml，熱療組分別在(200 kHZ，4 kW，輸出電流300安培)高頻交變磁場下照射各1 h;繼續培養48h，倒置顯微鏡下拍照，然后用0.25%胰酶消化細胞，800r/min離心5 min、PBS(pH7.4)洗2次、4%預冷戊二醛固定24 h，EPON812包埋、60e聚合72 h，細胞被切成60nm的超薄切片、檸檬酸鉛及醋酸鈾染色，透射電鏡下觀察細胞形態變化。

（4）MTT還原法檢測細胞增殖抑制率：在96孔培養板中每孔接種103個細胞，24 h后分別加入4、6、8、10 g/L的Fe2O3納米磁流體100uL，繼續培養，參照文獻方法進行四甲基偶氮唑藍(MTT)實驗。用自動酶標檢測儀(Thermo Labsystems-Multiskam MK3美國BD公司)在493 nm處檢測96孔的吸光度。?

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