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Les agents de contraste à ultrasons (UCA) gagnent rapidement en popularité pour les applications d’imagerie et de thérapie. Les microbulles, les UCA originales, sont actuellement les agents courants utilisés dans les applications de diagnostic clinique. Les microbulles sont des sphères remplies de gaz, généralement de 1 à 10 μm de diamètre, entourées de lipides, de protéines ou de coquilles de polymères1. Cependant, leur taille et leur stabilité in vivo peuvent limiter leur fonctionnalité dans de nombreuses applications. Les nanogouttelettes à déphasage, qui contiennent un noyau liquide surchauffé, peuvent surmonter certaines de ces limitations en raison de leur plus petite taille et de leur durée de vie améliorée2. Lorsqu’il est exposé à la chaleur ou à l’énergie acoustique, le noyau liquide surchauffé se vaporise pour former une microbulle de gaz2,3,4,5. Étant donné que le seuil de vaporisation est directement lié à la taille des gouttelettes5,6, il serait hautement souhaitable de formuler des suspensions de gouttelettes de taille uniforme pour atteindre des seuils d’activation cohérents. Les méthodes de formulation qui produisent des tailles de gouttelettes uniformes sont souvent complexes et coûteuses, tandis que les approches plus rentables aboutissent à des solutions polydispersées7. Une autre limitation est la capacité de générer des gouttelettes à déphasage stables avec des gaz perfluorocarbonés (PFC) à faible point d’ébullition, ce qui est essentiel pour une activation efficace in vivo8. Dans ce manuscrit, un protocole est décrit pour générer des gouttelettes de déphasage vaporisables à point d’ébullition filtrées stables pour des applications d’imagerie et de thérapie in vivo.
Il existe de nombreuses méthodes de production de gouttelettes à déphasage submicroniques monodispersées7. L’une des méthodes les plus robustes de contrôle de la taille est l’utilisation de dispositifs microfluidiques. Ces appareils peuvent être coûteux, avoir des taux de production de gouttelettes lents (~104-106 gouttelettes/s)7, et nécessiter une formation approfondie. Les dispositifs microfluidiques nécessitent également généralement des gaz à point d’ébullition élevé pour éviter la vaporisation spontanée et le colmatage du système7. Cependant, une étude récente de de Gracia Lux et al.9 démontre comment le refroidissement d’un microfluidisateur peut être utilisé pour générer des concentrations élevées de déphasage submicronique (1010-1012 / mL) en utilisant du décafluorobutane à point d’ébullition bas (DFB) ou de l’octafluoropropane (OFP).
En général, les gaz à point d’ébullition bas tels que le DFB ou l’OFP sont plus faciles à manipuler à l’aide de bulles de gaz préformées. Des gouttelettes vaporisables peuvent être produites à partir de bulles stabilisées par les lipides précurseurs en condensant le gaz à basse température et à pression élevée5,10. La concentration de gouttelettes produites à l’aide de cette méthode dépend de la concentration en microbulles précurseurs et de l’efficacité de la conversion des bulles en gouttelettes. Des microbulles concentrées ont été rapportées à partir d’une sonication de pointe approchant > 1010 MB / mL11, tandis qu’une étude distincte a rapporté des concentrations de gouttelettes allant de ~ 1-3 x1011 gouttelettes / mL de bulles condensées OFP et DFP12. Lorsque les gouttelettes monodispersées ne sont pas préoccupantes, les méthodes de condensation sont les méthodes les plus simples et les moins coûteuses pour générer des gouttelettes à déphasage stabilisées par les lipides à l’aide de PFC à point d’ébullition bas. Les méthodes de génération de bulles de taille uniforme avant la condensation peuvent aider à créer des populations de gouttelettes plus monodispersées. Cependant, la génération de bulles précurseurs monodispersées est également difficile, nécessitant des approches plus coûteuses telles que la microfluidique ou les techniques de centrifugation différentielle répétée11. Une approche alternative pour produire des nanogouttelettes DFB et OFB a récemment été publiée en utilisant la nucléation spontanée de gouttelettes dans les liposomes13. Cette méthode, utilisant un effet « Ouzo », est un moyen simple de générer des gouttelettes de PFC à faible point d’ébullition sans avoir besoin de condenser des bulles. La distribution granulométrique des gouttelettes de PFC peut être contrôlée par un titrage délicat et un mélange de composants PFC, lipidiques et éthanol utilisés pour initier la nucléation des gouttelettes. Il convient également de noter que le mélange de perfluorocarbures peut être utilisé pour contrôler la stabilité et les seuils d’activation des nanogouttelettes14,15. Des travaux plus récents de Shakya et al. démontrent comment l’activation des nanogouttelettes peut être réglée en émulsionnant des PFC à point d’ébullition élevé dans un endosquelette d’hydrocarbures pour faciliter la nucléation hétérogène dans le noyau de gouttelettes16, ce qui est une approche qui peut être envisagée avec d’autres formes de filtration de la taille des gouttelettes.
Une fois formées, les gouttelettes à déphasage peuvent être extrudées après la formation pour créer des populations plus monodispersées. En fait, un protocole similaire à la méthode décrite ici a été publié précédemment par Kopechek et al.17 en utilisant le dodécofluorpentane à point d’ébullition élevé (DDFP) comme noyau de gouttelettes. Les lecteurs qui cherchent à utiliser des gouttelettes à déphasage avec des perfluorocarbures à point d’ébullition élevé (stables à température ambiante) devraient plutôt se référer à l’article ci-dessus. La génération et l’extrusion de gouttelettes avec des gaz à faible point d’ébullition, tels que DFB et OFP, sont plus compliquées et sont mieux approchées en condensant des bulles de gaz préformées.
Dans ce protocole, une méthode courante de génération de microbulles lipidiques préformées avec un noyau de gaz DFB à l’aide de la sonication de la pointe de la sonde est décrite. Ensuite, une extrudeuse commerciale est utilisée pour condenser des microbulles préformées en nanogouttelettes à déphasage submicroniques (Figure 1). Les gouttelettes résultantes sont ensuite activables par la chaleur et les ultrasons. Cette méthode peut produire de plus grands volumes de solution de nanogouttelettes que les méthodes de condensation conventionnelles avec des distributions de taille plus étroites sans avoir besoin de dispositifs microfluidiques coûteux. La production de solutions de nanogouttelettes avec des distributions de taille étroite peut probablement générer des seuils de vaporisation plus uniformes. Cela maximisera leur potentiel pour de nombreuses applications telles que l’imagerie, l’ablation, l’administration de médicaments et l’embolisation1,3,4,6.

Figure 1 : Schéma de la configuration d’extrusion à haute pression pour la condensation de microbulles préformées en nanogouttelettes à déphasage. Une solution de microbulles est ajoutée et contenue dans la chambre d’extrusion, et 250 psi, à partir du réservoir d’azote, sont appliqués à travers la vanne d’entrée de la chambre. L’azote gazeux poussera la solution de microbulles à travers le filtre à la base de la chambre, condensant l’échantillon en nanogouttelettes. La solution est finalement poussée hors de l’extrudeuse à travers le tube de sortie de l’échantillon et collectée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.