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Gli agenti di contrasto ad ultrasuoni (UCA) stanno rapidamente crescendo in popolarità per le applicazioni di imaging e terapia. Le microbolle, gli UCA originali, sono attualmente gli agenti principali utilizzati nelle applicazioni diagnostiche cliniche. Le microbolle sono sfere piene di gas, tipicamente di 1-10 μm di diametro, circondate da gusci lipidici, proteici o polimerici1. Tuttavia, le loro dimensioni e la stabilità in vivo possono limitare la loro funzionalità in molte applicazioni. Le nanogoccioline a sfasamento, che contengono un nucleo liquido surriscaldato, possono superare alcune di queste limitazioni a causa delle loro dimensioni più ridotte e della migliore durata della circolazione2. Se esposto al calore o all'energia acustica, il nucleo liquido surriscaldato vaporizza per formare una microbolletta di gas2,3,4,5. Poiché la soglia di vaporizzazione è direttamente correlata alla dimensione delle goccioline5,6, la formulazione di sospensioni di goccioline con dimensioni uniformi sarebbe altamente auspicabile per raggiungere soglie di attivazione coerenti. I metodi di formulazione che producono dimensioni uniformi delle goccioline sono spesso complessi e costosi, mentre approcci più convenienti si traducono in soluzioni polidisperse7. Un'altra limitazione è la capacità di generare goccioline stabili a sfasamento con gas perfluorocarburi (PFC) a basso punto di ebollizione, che è fondamentale per un'attivazione efficiente in vivo8. In questo manoscritto, viene descritto un protocollo per la generazione di goccioline a sfasamento vaporizzabili a basso punto di ebollizione filtrate stabili per applicazioni di imaging e terapia in vivo.
Esistono molti metodi per produrre goccioline a sfasamento submicroniche monodisperse7. Uno dei metodi più robusti per controllare le dimensioni è l'uso di dispositivi microfluidici. Questi dispositivi possono essere costosi, avere tassi lenti di produzione di goccioline (~ 104-106 goccioline / s) 7 e richiedono una formazione approfondita. Anche i dispositivi microfluidici richiedono generalmente gas ad alto punto di ebollizione per evitare la vaporizzazione spontanea e l'intasamento del sistema7. Tuttavia, un recente studio di de Gracia Lux et al.9 dimostra come il raffreddamento di un microfluidizzatore possa essere utilizzato per generare alte concentrazioni di sfasamento sub-micron (1010-1012 / mL) utilizzando decafluorobutano a basso punto di ebollizione (DFB) o ottafluoropropano (OFP).
In generale, i gas a basso punto di ebollizione come DFB o OFP sono più facili da gestire utilizzando bolle di gas preformate. Le goccioline vaporizzabili possono essere prodotte da bolle precursori stabilizzate ai lipidi condensando il gas utilizzando basse temperature e pressione elevata5,10. La concentrazione di goccioline prodotte con questo metodo dipende dalla concentrazione di microbolle precursori e dall'efficienza di conversione delle bolle in goccioline. Microbolle concentrate sono state riportate da una sonicazione della punta che si avvicina > 1010 MB / mL11, mentre uno studio separato ha riportato concentrazioni di goccioline che vanno da ~ 1-3 x1011 goccioline / mL da bolle condensate OFP e DFP12. Quando le goccioline monodisperse non sono un problema, i metodi di condensazione sono i metodi più semplici e più economici per generare goccioline a sfasamento stabilizzate con lipidi utilizzando PFC a basso punto di ebollizione. I metodi per generare bolle di dimensioni uniformi prima della condensazione possono aiutare a creare più popolazioni monodisperse di goccioline. Tuttavia, anche la generazione di bolle precursori monodisperse è difficile, richiedendo approcci più costosi come la microfluidica o tecniche di centrifugazione differenziale ripetuta11. Un approccio alternativo alla produzione di nanogoccioline DFB e OFB è stato recentemente pubblicato utilizzando la nucleazione spontanea di goccioline nei liposomi13. Questo metodo, che utilizza un effetto "Ouzo", è un modo semplice per generare goccioline PFC a basso punto di ebollizione senza dover condensare bolle. La distribuzione dimensionale delle goccioline PFC può essere controllata mediante una delicata titolazione e miscelazione di componenti PFC, lipidi ed etanolo utilizzati per avviare la nucleazione delle goccioline. Vale anche la pena notare che la miscelazione di perfluorocarburi può essere utilizzata per controllare la stabilità e le soglie di attivazione delle nanogoccioline14,15. Un lavoro più recente di Shakya et al. dimostra come l'attivazione delle nanogoccioline possa essere sintonizzata emulsionando PFC ad alto punto di ebollizione all'interno di un endoscheletro di idrocarburi per facilitare la nucleazione eterogenea all'interno del nucleo di goccioline16, che è un approccio che può essere considerato insieme ad altre forme di filtrazione delle dimensioni delle goccioline.
Una volta formate, le goccioline a sfasamento possono essere estruse dopo la formazione per creare più popolazioni monodisperse. In effetti, un protocollo simile al metodo qui descritto è stato pubblicato in precedenza da Kopechek et al.17 utilizzando il dodecofluorpentano ad alto punto di ebollizione (DDFP) come nucleo di goccioline. I lettori che cercano di utilizzare goccioline a sfasamento con perfluorocarburi ad alto punto di ebollizione (stabili a temperatura ambiente) dovrebbero invece fare riferimento all'articolo sopra. Generare ed estrudere goccioline con gas a basso punto di ebollizione, come DFB e OFP, è più complicato e si avvicina meglio condensando bolle di gas preformate.
In questo protocollo, viene descritto un metodo comune per generare microbolle lipidiche preformate con un nucleo di gas DFB utilizzando la sonicazione della punta della sonda. Successivamente, un estrusore commerciale viene utilizzato per condensare microbolle preformate in nanogoccioline a sfasamento submicroniche (Figura 1). Le goccioline risultanti sono quindi attivabili dal calore e dagli ultrasuoni. Questo metodo può produrre volumi maggiori di soluzione di nanogoccioline rispetto ai metodi di condensazione convenzionali con distribuzioni dimensionali più strette senza la necessità di costosi dispositivi microfluidici. La produzione di soluzioni di nanogoccioline con distribuzioni di dimensioni ridotte può probabilmente generare soglie di vaporizzazione più uniformi. Ciò massimizzerà il loro potenziale per numerose applicazioni come l'imaging, l'ablazione, la somministrazione di farmaci e l'embolizzazione1,3,4,6.

Figura 1: Schema di configurazione dell'estrusione ad alta pressione per condensare microbolle preformate in nanogoccioline a sfasamento. La soluzione di microbolle viene aggiunta e contenuta nella camera dell'estrusore e 250 psi, dal serbatoio dell'azoto, vengono applicati attraverso la valvola di ingresso della camera. Il gas azoto spingerà la soluzione di microbolle attraverso il filtro alla base della camera, condensando il campione in nanogoccioline. La soluzione viene infine spinta fuori dall'estrusore attraverso il tubo di uscita del campione e raccolta. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.