توليف المرحلة تحول Nanoemulsions مع حجم التوزيعات الضيقة للتبخير القطرة الصوتية وفقاعة محسنة تذرية بوساطة الموجات فوق الصوتية

الهدف العام من التجربة التالية هو ملاحظة تأثير الفقاعات الناتجة عن تبخير المستحلبات النانوية المغلفة بالدهون صوتياً على الاستئصال بوساطة الموجات فوق الصوتية. ويتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق تشتيت المستحلبات النانوية المغلفة بالدهون في جميع أنحاء هيدروجيلات البولي أكريلاميد المحملة بالألبومين. وفي خطوة ثانية، يقوم محول طاقة بؤري بإرسال نبضات قصيرة عالية السعة إلى الهيدروجيل، مما يؤدي إلى تبخير المستحلبات النانوية موضعياً عند البؤرة، بعد ذلك، يتم دفع الفقاعات الناتجة باستمرار باستخدام الموجات فوق الصوتية، وتُمتص الطاقة الصوتية المنبعثة من الفقاعات بسرعة بواسطة الهيدروجيل، مما يسرع من معدل التسخين بوساطة الموجات فوق الصوتية.

تظهر النتائج أن وجود الفقاعات يقلل بشكل كبير من الوقت والطاقة اللازمين لتسخين الهيدروجيل بما يتجاوز درجة الحرارة العتبية لمسخ البروتين، مما يؤدي إلى استئصال بوساطة الموجات فوق الصوتية بشكل أسرع وأكثر كفاءة. ويعد حجم مستحلب النانو لتحول الطور عاملاً محدداً حاسماً في عتبة الضغط. وبالنسبة للتبخير الصوتي، فقد طورنا بروتوكولاً لإنتاج مستحلبات نانوية مستقرة لتحول الطور ذات توزيعات حجمية ضيقة وعتبات تبخير محددة جيداً، بالإضافة إلى نظام في المختبر لتقييم التأثير على الاستئصال بوساطة الموجات فوق الصوتية.

بينما تم وصف نظام في المختبر، فقد صُممت المستحلبات النانوية ذات تحول الطور لاختراق الأنسجة خارج الأوعية الدموية والأورام الصلبة باستخدام جسيمات يمكن تبخيرها صوتياً. ويمكن بعد ذلك استخدام الفقاعات المتكونة في تطبيقات تشخيصية أو علاجية في علاج السرطان. لبدء إجراء تحضير المستحلب النانوي ذو تحول الطور أو PSNE، اخلط أولاً الدهون معاً عن طريق إذابة 11 mg من DPPC و1.7 mg من DSPE.

ضع Peg 2000 في الكلوروفورم داخل دورق زجاجي مستدير القاعدة. ضع الدورق في حمام مائي بدرجة حرارة 50 degrees Celsius داخل خزانة استخلاص الغازات الكيميائية، واستخدم تياراً من غاز Argonne لتبخير المذيب العضوي. ولتكوين غشاء دهني جاف، ضع الدورق في مجفف واتركه تحت تفريغ هوائي طوال الليل لتجفيف الغشاء الدهني في صباح اليوم التالي.

أعد ترطيب الغشاء الليبيدي باستخدام 5.5 milliliters من PBS. سخن المحلول في حمام مائي عند درجة حرارة 45 degree Celsius حتى يذوب الغشاء الليبيدي تماماً. انقل المحلول الليبيدي دورياً إلى قارورة سعة سبعة milliliters، ثم قم بعملية السونيكة باستخدام مسبار السونيكة (probe sonicator) لمدة دقيقتين وبسعة 20%amplitude.

قسّم المحلول إلى قارورتين سعة كل منهما 2.5 milliliters. يتم التخلص من الـ 0.5 milliliters المتبقية. أضف 2.5 milliliters من PBS إلى كل قارورة، ثم ضع القارورتين في حمام مائي مثلج بدرجة صفر °C.

أضف 50 µL من الدوكا فلورو بنتان، أو DDFP، إلى كل ملف. مزيج DDFP الدهني. ويعد الحمام المائي المثلج الجزء الأكثر أهمية في هذا الإجراء.

يُستخدم حمام الماء المثلج لمنع تبخر سائل البيرفلوروكربون. خلال هذه العملية، يتم تعريض كل أنبوب إلى الموجات فوق الصوتية في حمام الماء المثلج باستخدام الإعدادات التالية: سعة 25%، والوضع النبضي، ووقت إجمالي قدره 60 ثانية. بعد عملية السونكة، يتم نقل محلول PSNE إلى أنابيب وميضية سعة 20 ملليلتر بمعدل 5 ملليلتر من PBS في كل أنبوب، مما يؤدي إلى حجم نهائي قدره 10 ملليلتر لكل أنبوب.

قم بتجميع جهاز البثق وفقاً لتعليمات الشركة المصنعة لتهيئة جهاز البثق. وباستخدام الماصة، ضع 10 milliliters من الماء منزوع الأيونات في منفذ العينة العلوي. أغلق الفتحة وأحكم إغلاق صمام التنفيس.

افتح خط غاز النيتروجين ببطء لزيادة الضغط، مما يدفع العينة عبر الأغشية. اجمع العينة من أنبوب المخرج، ثم قم ببثق PSNE 16 مرة عبر مرشح 100 nanometer أو 200 nanometer للحصول على توزيع ضيق للحجم. ابدأ هذا الإجراء بتحضير هيدروجيل بولي أكريلاميد يحتوي على PSNE.

أولاً، قم بتحضير محلول ألبومين المصل البقري (BSA) بتركيز 24% عن طريق إذابة 2.4 جرام من مسحوق BSA في 10 ميليلتر من الماء منزوع الأيونات. بعد ذلك، قم بتحضير محلول كبريتات الأمونيوم (PS) بتركيز 10% عن طريق تخفيف جرام واحد من مسحوق PS في 10 ميليلتر من الماء منزوع الأيونات. اخلط هذه الكواشف في قالب بلاستيكي بالترتيب التالي: 2.1 ميليلتر من محلول الأكريلاميد، و1.2 ميليلتر من محلول tris المنظم، و0.1 ميليلتر من محلول PS بتركيز 10%، و4.5 ميليلتر من محلول BSA بتركيز 24%، و3.6 ميليلتر من الماء منزوع الأيونات. سخن المحلول إلى 40 درجة Celsius في حمام مائي، ثم ضعه تحت vacuum لمدة ساعة واحدة لإزالة الغازات من السائل.

يعد هذا الإجراء ضرورياً لتجنب تكوين فقاعات غير مرغوب فيها داخل الهيدروجيل بعد مرور ساعة. أخرج العينة من جهاز التفريغ، ثم أضف 480 microliters من معلق PSNE واخلط جيداً عن طريق تدوير الحجرة البلاستيكية برفق. وفي خزانة استخلاص الغازات الكيميائية، أضف 12 microliters من tetraethyl ethylene diamine أو T-E-M-E-D لبلمرة الأكريلاميد، ثم ضع الحجرة في حمام مائي بدرجة حرارة 12 degree Celsius لمدة ساعتين.

تعتبر عملية البلمرة طاردة للحرارة، لذا يلزم استخدام حمام تبريد لتجنب تبخر الـ PSE أثناء البلمرة. بمجرد بلمرة الأكريلاميد، يتم وضع محول طاقة مركز ومسبار تصوير في خزان أكريليك مملوء بماء منزوع الأيونات DGAs بحيث يتداخل مستوى التصوير مع الحجم البؤري لمحول الطاقة. بعد ذلك، يتم وضع هيدروجيل البولي أكريلاميد المحمل بـ PSNE عند بؤرة محول الطاقة وتبخير الـ PSNE داخل الهيدروجيل باستخدام نبضات صوتية قصيرة، يتبعها تعريض لموجة مستمرة لمدة 15 ثانية لتعزيز الاستئصال بواسطة الفقاعات.

مع تمسخ BSA، يصبح الهيدروجيل عتيمًا بسبب امتصاص الموجات فوق الصوتية وتوليد الحرارة، مع مراقبة التبخر وتكون الفقاعات باستخدام ماسح ضوئي للموجات فوق الصوتية التشخيصية. في هذه الصورة التوضيحية، يشير السهم إلى المنطقة البؤرية حيث تشكلت سحابة من الفقاعات نتيجة تبخر PSNE. كرر التعريض الصوتي في موقع جديد في الهيدروجيل دون رفع PSNE لمقارنة وقت وحجم الاستئصال.

ينتج عن هذا البروتوكول قطيرات من بيرفلوروكربون مغلفة بالدهون ذات توزيع ضيق للحجم. يظهر هنا توزيع الحجم الذي تم قياسه باستخدام تشتت الضوء الديناميكي لـ PSNE التي تم بثقها باستخدام مرشحات بحجم 100 و 200 نانومتر. تعتمد وحدات المحاور الرأسية على شدة الضوء المشتت من الجسيمات ذات حجم معين بالنسبة لإجمالي شدة الضوء المشتت من العينة.

عند قياس متوسط القطر والانحراف المعياري لـ PSNE بعد يوم واحد وسبعة أيام من البثق باستخدام مرشحات بحجم 100 و 200 نانومتر بواسطة تشتت الضوء الديناميكي، تظهر النتائج أن PSNE تظل مستقرة لمدة أسبوع على الأقل. يوضح هذا الشكل صور وضع B لـ PSNE قبل التبخير وبعده. في هيدروجيل بولي أكريلاميد، يشير السهم إلى المنطقة البؤرية حيث تكونت سحابة فقاعات نتيجة تبخير PSNE.

هذه صور لهيدروجيل بولي أكريلاميد يحتوي على ألبومين وPSNE قبل وبعد التبخير والمعالجة الصوتية باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة أو Hy Fu. تتشكل الآفة نتيجة التسخين بوساطة Hy Fu لمدة 15 ثانية. ويعود الشكل غير المتماثل للآفة إلى التسخين ما قبل البؤري الذي يحدث بسبب وجود سحابة من الفقاعات في مسار الموجات فوق الصوتية. ويمكن تقليل التسخين ما قبل البؤري وتشكل الآفة الناتج عن التشتت من الفقاعات عن طريق تقليل القدرة الصوتية المرسلة بعد تطورها.

ستمهد هذه الطريقة لإنتاج مستحلبات نانوية مستقرة ذات إزاحة طورية الطريق أمام الباحثين في مجال العلاج بوساطة الموجات فوق الصوتية لاستكشاف الاستئصال باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة عالية الكثافة (HIFU) المعزز بالفقاعات في الأورام الصلبة. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إنتاج مستحلبات نانوية مستقرة ذات إزاحة طورية وتوزيعات حجمية ضيقة، وكيفية دراسة تنوي الفقاعات والاستئصال المعزز بوساطة الموجات فوق الصوتية.