$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Ultradźwiękowe środki kontrastowe (UCA) szybko zyskują na popularności w zastosowaniach obrazowych i terapeutycznych. Mikropęcherzyki, pierwotne UCA, są obecnie głównymi środkami stosowanymi w klinicznych zastosowaniach diagnostycznych. Mikropęcherzyki to wypełnione gazem kule, zwykle o średnicy 1-10 μm, otoczone otoczkami lipidowymi, białkowymi lub polimerowymi1. Jednak ich rozmiar i stabilność in vivo mogą ograniczać ich funkcjonalność w wielu zastosowaniach. Nanokropelki z przesunięciem fazowym, które zawierają przegrzany płynny rdzeń, mogą przezwyciężyć niektóre z tych ograniczeń ze względu na ich mniejszy rozmiar i lepszą żywotność krążenia2. Pod wpływem ciepła lub energii akustycznej przegrzany rdzeń cieczy odparowuje, tworząc mikropęcherzyk gazu2,3,4,5. Ponieważ próg parowania jest bezpośrednio związany z rozmiarem kropli5,6, formułowanie zawiesin kropel o jednolitej wielkości byłoby wysoce pożądane dla osiągnięcia spójnych progów aktywacji. Metody formulacji, które dają jednolite rozmiary kropel, są często skomplikowane i kosztowne, podczas gdy bardziej opłacalne podejścia prowadzą do roztworów polidyspersyjnych7. Kolejnym ograniczeniem jest zdolność do generowania stabilnych kropel z przesunięciem fazowym za pomocą gazów perfluorowęglowodorowych (PFC) o niskiej temperaturze wrzenia, co ma kluczowe znaczenie dla efektywnej aktywacji in vivo8. W tym manuskrypcie opisano protokół generowania stabilnych, filtrowanych, odparowujących kropel o niskiej temperaturze wrzenia, z przesunięciem fazowym, do zastosowań w obrazowaniu in vivo i terapii.
Istnieje wiele metod wytwarzania monorozproszonych submikronowych kropel z przesunięciem fazowym7. Jedną z najbardziej niezawodnych metod kontrolowania wielkości jest użycie urządzeń mikroprzepływowych. Urządzenia te mogą być kosztowne, mają powolne tempo produkcji kropel (~104-10 6 kropli/s)7 i wymagają intensywnego szkolenia. Urządzenia mikroprzepływowe zazwyczaj wymagają również gazów o wysokiej temperaturze wrzenia, aby uniknąć spontanicznego parowania i zatykania systemu7. Jednak niedawne badanie przeprowadzone przez de Gracia Lux i wsp.9 pokazuje, w jaki sposób chłodzenie mikrofluidyzatora może być wykorzystane do generowania wysokich stężeń submikronowego przesunięcia fazowego (1010-10 12/ml) przy użyciu dekafluorobutanu o niskiej temperaturze wrzenia (DFB) lub oktafluoropropanu (OFP).
Ogólnie rzecz biorąc, gazy o niskiej temperaturze wrzenia, takie jak DFB lub OFP, są łatwiejsze w obsłudze przy użyciu wstępnie uformowanych pęcherzyków gazu. Kropelki do odparowania mogą być wytwarzane z prekursorów stabilizowanych lipidami pęcherzyków poprzez kondensację gazu przy użyciu niskich temperatur i podwyższonego ciśnienia5,10. Stężenie kropelek wytwarzanych tą metodą zależy od stężenia mikropęcherzyków prekursora i skuteczności konwersji pęcherzyków w kropelki. Skoncentrowane mikropęcherzyki zostały zgłoszone z sonikacji końcówki zbliżającej się do >10 10 MB/mL11, podczas gdy inne badanie wykazało stężenia kropelek w zakresie od ~1-3 x1011 kropel/ml ze skondensowanych pęcherzyków OFP i DFP12. Gdy monorozproszone kropelki nie stanowią problemu, metody kondensacji są najprostszymi i najtańszymi metodami generowania stabilizowanych lipidami kropel przesunięcia fazowego przy użyciu niskowrzących PFC. Metody generowania pęcherzyków o jednolitej wielkości przed kondensacją mogą pomóc w tworzeniu bardziej monodyspersyjnych populacji kropel. Jednak generowanie monodyspersyjnych pęcherzyków prekursorowych jest również trudne, co wymaga bardziej kosztownych podejść, takich jak mikrofluidyka lub techniki wielokrotnego wirowania różnicowego11. Alternatywne podejście do wytwarzania nanokropel DFB i OFB zostało niedawno opublikowane przy użyciu spontanicznego zarodkowania kropel w liposomach13. Ta metoda, wykorzystująca efekt "Ouzo", jest prostym sposobem na generowanie kropelek PFC o niskiej temperaturze wrzenia bez konieczności kondensacji pęcherzyków. Rozkład wielkości kropelek PFC można kontrolować za pomocą delikatnego miareczkowania i mieszania składników PFC, lipidów i etanolu stosowanych do inicjacji zarodkowania kropel. Warto również zauważyć, że mieszanie perfluorowęglowodorów może być stosowane do kontrolowania stabilności i progów aktywacji nanokropel14,15. Nowsze prace Shakya i in. pokazują, w jaki sposób można dostroić aktywację nanokropel poprzez emulgowanie PFC o wysokiej temperaturze wrzenia w endoszkielecie węglowodorowym, aby ułatwić heterogeniczne zarodkowanie w rdzeniu kropli16, co jest podejściem, które można rozważyć wraz z innymi formami filtracji wielkości kropel.
Po uformowaniu, krople przesunięcia fazowego mogą być wytłaczane po utworzeniu, aby stworzyć więcej monorozproszonych populacji. W rzeczywistości podobny protokół do opisanej tutaj metody został wcześniej opublikowany przez Kopechek et al.17 przy użyciu dodekofluorpentanu o wysokiej temperaturze wrzenia (DDFP) jako rdzenia kropli. Czytelnicy chcący użyć kropel z przesunięciem fazowym z perfluorowęglowodorami o wysokiej temperaturze wrzenia (stabilnymi w temperaturze pokojowej) powinni zamiast tego zapoznać się z powyższym artykułem. Wytwarzanie i wytłaczanie kropel z gazami o niskiej temperaturze wrzenia, takimi jak DFB i OFP, jest bardziej skomplikowane i najlepiej podejść do niego poprzez kondensację wstępnie uformowanych pęcherzyków gazu.
W tym protokole opisana jest powszechna metoda generowania wstępnie uformowanych mikropęcherzyków lipidowych z rdzeniem gazowym DFB za pomocą sonikacji końcówki sondy. Następnie komercyjna wytłaczarka jest używana do kondensacji wstępnie uformowanych mikropęcherzyków w submikronowe nanokropelki z przesunięciem fazowym (Rysunek 1). Powstałe kropelki są następnie aktywowane przez ciepło i ultradźwięki. Metoda ta może wytwarzać większe objętości roztworu nanokropel niż konwencjonalne metody kondensacji z węższymi rozkładami wielkości bez konieczności stosowania drogich urządzeń mikroprzepływowych. Produkcja roztworów nanokropel o wąskim rozkładzie wielkości może prawdopodobnie generować bardziej jednolite progi parowania. Pozwoli to zmaksymalizować ich potencjał w wielu zastosowaniach, takich jak obrazowanie, ablacja, dostarczanie leków i embolizacja1,3,4,6.

Rysunek 1: Schemat konfiguracji wytłaczania pod wysokim ciśnieniem do kondensacji wstępnie uformowanych mikropęcherzyków w nanokropelki z przesunięciem fazowym. Roztwór mikropęcherzyków jest dodawany i przechowywany w komorze wytłaczarki, a 250 psi ze zbiornika azotu jest podawane przez zawór wlotowy komory. Gazowy azot przepchnie roztwór mikropęcherzyków przez filtr u podstawy komory, kondensując próbkę do nanokropel. Roztwór jest ostatecznie wypychany z ekstrudera przez rurkę wylotową próbki i zbierany. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.