Summary
Insonation de microbulles est une stratégie prometteuse pour l'ablation de tumeurs à réduire les délais de moyenne puissances acoustiques, ainsi que pour l'administration ciblée de médicaments. Le but de la présente étude est de développer des stratégies à faible rapport cyclique échographie pulsation et de maximiser l'ablation nanovecteurs microvasculaires non-thermique et la livraison de charge utile au-cutanée C6 gliomes.
Abstract
Nous développons minimalement invasif agent de contraste microbulles approches thérapeutiques dans lesquelles la perméabilisation et / ou l'ablation de la microvascularisation sont contrôlés par des paramètres variables échographie pulsation. Plus précisément, nous testons si de telles approches peuvent être utilisées pour traiter les tumeurs malignes du cerveau grâce à l'administration de médicaments et de l'ablation microvasculaires. Des études préliminaires ont été effectués pour déterminer si la livraison ciblée des nanoparticules drogue roulement peut être facilitée par la destruction médiée par ultrasons du «composite» des agents de prestation composée de 100nm poly (lactide-co-glycolide) (PLAGA) des nanoparticules qui sont respectées à l'albumine microbulles décortiquées . Nous notons que ces agents de microbulles-nanoparticule agents composites (MNCAs). Lorsque ciblées pour sous-cutanée C6 gliomes avec des ultrasons, nous avons observé une immédiate augmentation de 4,6 fois dans la livraison des nanoparticules dans les tumeurs traitées au cours Monica tumeurs traitées avec microbulles co-administré avec des nanoparticules et une augmentation de 8,5 fois plus que les tumeurs non traitées. En outre, dans de nombreuses applications du cancer, nous pensons qu'il peut être souhaitable d'effectuer la livraison de médicaments ciblés en collaboration avec l'ablation de la microcirculation tumorale, ce qui conduira à l'hypoxie tumorale et l'apoptose. À cette fin, nous avons testé l'efficacité de la non-theramal cavitation induite par l'ablation microvasculaires, en montrant que cette approche suscite la réduction de la perfusion tumorale, l'apoptose, inhibition de la croissance significative, et la nécrose. Pris ensemble, ces résultats indiquent que notre ultrasons ciblés approche a le potentiel d'augmenter l'efficacité thérapeutique en créant de nécrose tumorale par ablation microvasculaires et / ou améliorant simultanément la charge utile de drogue dans les gliomes.
Protocol
1. La production des microbulles
- Pour préparer des microbulles d'albumine (MBS), placer une solution à 1% d'albumine sérique dans une solution saline normale dans un ballon avec une couverture de gaz (octafluoropropane) au-dessus de la phase aqueuse. Brièvement soniquer la solution (30 sec) avec un désintégrateur à ultrasons équipé d'une étendue ½ "sonde en titane. Cette formulation est semblable à Optison (GE Heathcare), qui est fourni dans une gamme de concentration de 0,5 à 1,2 x 10 9 Mo / ml. Déterminer le diamètre moyen des Mo avec un compteur Coulter Multisizer. Le diamètre moyen d'albumine Mo utilisés dans cette étude était 1.93um ± 1.63um.
- Pour fabriquer Mo de lipides, de préparer une dispersion aqueuse de 1 mg / ml polyéthylèneglycol-40 stéarate (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO) et 2 mg / ml de phosphatidylcholine distéaroyl (Avanti Polar Lipids, Alabaster, AL) et sonciate comme précédemment décrit (1.1) avec un gaz decafluorobutane. Déterminer le diamètre moyen des Mo avec un compteur Coulter Multisizer. Le diamètre des lipides signifie Mo utilisés dans cette étude était 2.01um ± 1.29um.
2. Fabrication de nanoparticules
- Ces méthodes ont été adaptées de l'eau dans huile dans eau technique de l'émulsion d'évaporation du solvant décrit par Davda (2002) et Chappell (2008).
- Préparer un 2% de poly (alcool vinylique) solution de PVA en dissolvant 20g de PVA dans 1000 ml d'eau désionisée (DI). Laisser la solution pour dissoudre complètement sur une plaque d'agitation pendant la nuit. Solution Centrifuger à 1000 rpm pendant 10 minutes et filtrer avec un filtre 0.22μm stérile pour enlever tout résidu non dissous PVA.
- Pour fabriquer la sérum albumine bovine (BSA), chargés de poly (lactique-co-acide glycolique) (PLAGA) nanoparticules (NP), dissoudre 180mg de non plafonnés 85:15 PLAGA dans 6ml de chlorure de méthylène (MC) dans un flacon à scintillation en verre. Vortex la solution MC / PLAGA pendant 2 minutes.
- Dissoudre la charge utile désirée (15mg de BSA) dans 1,5 ml de PBS. Ajouter la solution de PBS / BSA en deux parties à la solution PLAGA / MC avec vortex intermittente. Placer la solution sur la glace pendant 5 minutes et soniquer à 45W pour 120 secondes.
- Ajouter le MC / PLAGA / charge utile / solution de PBS à 24ml de 2% de PVA, en deux portions avec des vortex intermédiaires.
- Placer la solution sur la glace pendant 5 minutes et soniquer à 45W pour 120.
- Incorporer l'émulsion NP pendant 12 heures sur une plaque d'agitation dans une hotte pour permettre l'évaporation de MC et NP stabilisation.
- Centrifuger la suspension pour 25 minutes à 20.000 rpm à 4 ° C deux fois pour isoler les IP et éliminer les résidus de PVA. Reprendre le culot dans 8ml d'eau DI et centrifuger pendant 10 minutes à 1000 rmp à 4 ° C afin d'isoler la population 100nm des IP.
- Isoler le surnageant et flash, il gèle à -80 ° C. lyophiliser l'échantillon congelé pendant 48 heures. Stocker les particules lyophilisées dans un dessiccateur à -80 ° C jusqu'au moment de leur utilisation.
3. Composite de fabrication de véhicules de livraison (protocole adapté à partir de Notes Chimie VISEN)
- Conversion des VivoTag680 à la fonctionnalité de surface carboxy
- Combinez un flacon de VivoTag680 avec 50 ul de 1,0 M HEPES, pH 7 et l'anhydride succinique (2,5 mg, 25 ìmol) dans 25 ul de DMSO. Ajouter 50 ul de 1,0 M NaOH à cette solution, bien mélanger; laisser la solution agir pendant 2 heures à température ambiante à l'abri de la lumière. Purifier les particules à l'aide de Bio-Rad BioGel (P100, moyen) en éluant avec 0,1 M de tampon MES, pH 6,0. Recueillir la bande verte.
- L'activation du carboxy-modifiés VivoTag680
- Combinez-carboxy modifiés VivoTag680 obtenus dans 0,1 M de tampon MES, pH 6, avec 1 mg de 1-éthyl-3-(3-diméthylaminopropyl)-carbodiimide (EDC) et de 2,2 mg de N-hydroxysulfosuccinimide (sulfo-NHS). Laisser réagir pendant 2 h à température ambiante.
- Purifier particules activées par agent activant excès (EDC) par filtration sur gel en utilisant Bio-Rad BioGel (P100, moyen) en éluant avec 0,1 M de tampon MES, pH 6,0 et recueillir la bande verte. Immédiatement conjuguer les particules activées contenant des amines molécules (ex-chargé de nanoparticules BSA). Laisser la solution réagir pendant 2 heures à température ambiante. Amine IP conjugués ont été purifiés à partir de l'excès d'EDC par centrifugation à 20000 rpm pour 60min à 4 ° C, décanter le surnageant après centrifugation et resuspension dans 0,1 tampon MES.
- Arrêtez-vous ici pour fabriquer VivoTag680 IP marqués pour les études de livraison de drogue.
- Conjugaison du carboxy-modifiés PLGA-BSA-VivoTag680 nanoparticules (NP680) pour microbulles d'albumine
- Combinez NP680 obtenus dans 0,1 M de tampon MES, pH 6 avec 1 mg de 1-éthyl-3-(3 diméthylaminopropyl)-carbodiimide (EDC) et de 2,2 mg de N-hydroxy-sulfosuccinimide (sulfo-NHS). Laisser la solution agir pendant 1 heure à température ambiante.
- Purifier nanoparticules activé à partir de l'excès d'EDC par centrifugation à 20000 rpm pour 60min à 4 ° C, décanter le surnageant après centrifugation. Resuspendre nanoparticules dans 0,1 tampon MES.
- Lavez Mo albumine à trois reprises en dégazé PBS pour éliminer l'excès de BSA de la solution.
- Immédiatement conjuguer les particules activées contenant des amines molécules (par exemple microbulles d'albumine). Autoriser NP680 solution à réagir pendant 2 heures à température ambiante. Purifier NP680 microbulles conjugué (Monica) de NP680s non lié par lavage trois fois avec du PBS dégazée.
- Déterminer la concentration de l'aide MNCAs un compteur Coulter.
Modèle de tumeur 4.
Toutes les expériences sur les animaux étaient en conformité avec un protocole approuvé par les animaux de l'Université de Virginie et de protection des animaux Comité utilisation.
- C6 de rats Giloma la lignée cellulaire tumorale a été fourni par le Dr Jason Sheehan des UVA (Charlottesville, VA).
- Ligne de cellules a été testé afin de s'assurer cellules ont été mycoplasmes libre.
- Maintenir la lignée cellulaire de F-12K mélange nutritif complété avec 16% de sérum de chevaux, de 3% de sérum bovin fœtal (FBS) et 1% de Pen-Strep, (Gibco, USA) à 37 ° C et 5% de CO 2.
- Inoculer C57BLJ6/Rag1 souris (Jackson) avec 3 x 10 6 cellules tumorales C6 Giloma en suspension dans 300 ul de PBS sous-cutanée dans la patte arrière gauche. Autoriser la tumeur de croître pendant 12 jours pour atteindre un diamètre maximum de 8-10mm.
5. En application échographie in vivo
- Anesthetize souris avec une injection de combinaison (IP) par voie intrapéritonéale de chlorhydrate de kétamine (60 mg / kg) et de xylazine (0,1 mg / kg) avant le traitement.
- Préparer un entretien de chlorhydrate de kétamine anesthésique (20 mg / kg) et de xylazine (0,3 mg / kg). Administrer, au besoin.
- Cathétériser la veine caudale de chaque animal pour la voie intraveineuse (IV) l'administration d'une Mo, Mo / NP ou une solution Monica.
- Mesures de perfusion tumorale
- IV insuffler une solution lipidique Mo (1x10 8 Mo / g de poids corporel dans 0,3 ml de solution saline à 0,9%) à un taux de 15μl/min avec une pompe à perfusion continue (Harvard Apparatus PHD 2000; Harvard Apparatus, Holliston, MA).
- Une échographie Acuson Sequoia 512 système (Siemens Medical Solutions, Mountain View, CA) équipé d'un 8 13 MHz sonde linéaire 15L8 a été utilisée dans cette étude pour quantifier la perfusion tumorale contraste amélioré. Couple de la sonde 15L8 de la tumeur avec un gel à ultrasons à base d'eau (Parker Laboratories Aquasonic 100; Laboratoires Parker, Inc, Fairfield, NJ). Balayage de la tumeur dans le mode B pour obtenir le meilleur avion de l'imagerie.
- En revanche séquence d'impulsions (CPS), le mode d'acquérir une vidéo en continu capturer l'intensité du signal des microbulles 5 secondes avant, et 20 suivants, la grande amplitude "burst" impulsions à une cadence de 13Hz. Répéter les mesures dans quatre plans d'imagerie.
- Attendez dix minutes pour infuser Mo albumine et d'initier un traitement thérapeutique à basse fréquence pour permettre Mo de lipides pour effacer de la circulation.
- Traitement par ultrasons thérapeutiques
- Dix minutes après les mesures perfusion tumorale (5,3) d'un couple par 0,75''de diamètre 1 capteur MHz floue (A314S; Panametrics, Waltham, MA) à la peau au-dessus de la tumeur du flanc. IV insuffler une albumine Mo (1 x 10 5 Mo / g de poids corporel dans 0,3 ml de solution saline à 0,9%), Mo / NP (1 x10 5 Mo / g et 0,2 PN ug / g de poids corporel dans 0,3 ml de saline à 0,9%) ou Monica solution (1 x10 5 poids corporel MNCAs / g dans 0,3 ml de solution saline à 0,9%).
- Traitement Drug Delivery
- Insonate pendant soixante minutes avec la séquence d'impulsions "1-Burst" (5.4.2.2) lors d'une perfusion continue de PN, une co-injection de MBS et IP, ou MNCAs (5.4.1).
- Le "1-Burst" séquence se compose de 100 pulsations consécutives une sinusoïdes MHz (cycle = 0,00002) chacun des pics 1V à-pic d'amplitude à partir d'un générateur de forme d'onde (AFG-310; Tektronix, Inc, Beaverton, OR). Amplifier le signal de forme d'onde par une RF 55 dB avec un amplificateur de puissance (ENI 3100LA; Electronic Industries Navigation, Richardson, TX).
- Traitement ablatif
- Identique à 5.4.2.1, cependant insonate avec le «5-Burst-moyen» ou «5-Burst - Extended" séquence pulsation
- La séquence «5-Burst-Medium" pulsation se compose de sinusoïdes MHz 5000 1 (cycle = 0,005) chacun des pics 1V à-pic d'amplitude. La séquence «5-Burst-Exteneded« pulsation se compose de sinusoïdes MHz 10000 1 (cycle = 0,01) chacune des pics 1V à-pic d'amplitude.
- Pendant le cours du temps de la température de suivre expérimentation tumeur en insérant une aiguille sonde thermocouple (Omega T-type, HYP1-30-1/2-TG-60-SMPW-M) de 2cm dans la tumeur. Mesures de température toutes les cinq minutes d'enregistrement.
- Répéter les mesures perfusion tumorale telle que décrite au paragraphe 5.3 dix minutes après le traitement thérapeutique.
6. Quantification perfusion tumorale
- Utilisation du programme de la SCP sur le Sequoia, entrer en mode ACQ. Sélectionnez èmee la région d'intérêt englobe le volume tumoral complet. Courbes de récupération de perfusion sera généré de la forme y = A (1 - e-βt) + C (Sadlowski 2002; Chromas 2001; Yeh 2004) qui sont adaptés aux données de la SCP. Évaluer β, une mesure relative de la vitesse des globules rouges, de pré-traitement et post-traitement.
- Exporter des fichiers de la SCP pour l'analyse hors ligne. Convertir les données en fichiers AVI. Pause fichiers AVI en séquences d'images trame par trame. En utilisant Compaq Visual Fortan, ou un logiciel similaire, générer une image de temps en moyenne tous les cadres de l'impulsion destructrice à 8 secondes suivant l'impulsion destructrice.
- Pour déterminer perfusé zone tumorale, en utilisant le logiciel ImageJ, appliquer un seuil de 247 à l'heure en moyenne 8-mordent l'image de la SCP et de quantifier les pixels pour cent renforcée dans le volume de la tumeur. Superposition des correspondants en mode B image avec le temps en moyenne image seuillée pour définir précisément la tumeur.
- Moyenne de la région pour cent perfusé pour un minimum de clips CPS quatre pour obtenir une surface finale perfusé à un instant donné pour une tumeur particulière.
- Prenez le produit de la superficie pour cent perfusé (6,4) et β (0,1) pour déterminer relative de l'écoulement sanguin tumoral.
7. Biodistribution des nanoparticules dans la tumeur
- Douze jours avant le traitement par marquage fluorescent souris endroit des IP sur un régime alimentaire faible alfasprot (Harlan, Indianapolis IN) pour réduire l'autofluorescence causée par la souris normale chow lorsque l'imagerie.
- Rasez le site d'imagerie (flanc au foie) pour enlever tous les cheveux.
- Enlever les poils résiduels avec un agent de l'élimination chimique des cheveux, tels que Nair.
- Rincez tous épilateur chimiques résiduels ou une brûlure chimique peut se produire.
- Souris d'image sur le système FMT (VISEN médical) avant le traitement et les heures 0, 1, 4, et 24 après le traitement tel que décrit au paragraphe 5.4.2.
- Avant d'imagerie souris anesthésier par une injection IP combinaison de chlorhydrate de kétamine (60 mg / kg) et de xylazine (0,1 mg / kg). Placez la souris sur l'unité d'imagerie. Acquérir les images de réflectance en lumière blanche et les modes fluorescents. Effectuer fluorescentes imagerie tomographique dans le canal de VT680.
- Employer le FMT logiciel pour générer des reconstructions 3D des données d'imagerie utilisant une équation normalisée Born. Après la reconstruction, sélectionner les volumes d'intérêt (VOI) par le dessin d'une région d'intérêt (ROI) dans les 3 plans d'imagerie (X, Y, Z). Une valeur moyenne fluorescentes et le volume total des VOI et la concentration fluorochrome, en raison de fluorescence taggés BSA IP, sera généré pour VOI a englobant les pieds et le foie.
8. Taux de croissance tumorale
- Évaluer le volume tumoral en prenant des mesures quotidiennes en utilisant des calibres numérique. Calculer des volumes tumoraux en utilisant une approximation ellipsoïde; V = 1 / 6 π abc. Où a, b et c sont les diamètres maximum de la tumeur mesurée dans trois plans orthogonaux.
9. Traitement de la tumeur et d'analyse
- Sept jours après le traitement des animaux euthanasier. Cathétériser le ventricule gauche et le sang avec 10ml être exsangue de 2% hépariné Tris Buffer CaCl 2 (0,68 mM) de perfusion, suivie par 10ml Tris Buffer CaCl 2 (0,68 mm), chacune pendant 10 minutes à 100 mmHg.
- Perfusion-fix tissu avec une perfusion de paraformaldéhyde 4% dans du PBS (4 ° C) pendant 10 minutes à 100 mmHg. Laisser l'échantillon de fixer pendant 60 minutes.
- Spécimens d'accise, incorporer dans de la paraffine et coupé en sections de 5 microns.
- Effectuer la norme hématoxyline-éosine pour évaluer les modifications histologiques qui ont pu survenir à la suite de l'exposition à ultrasons.
- Pour détecter des cellules apoptotiques, l'utilisation d'un terminal désoxynucléotidyl désoxyuridine triphosphate transférase médiatisée fin étiquetage Nick (TUNEL) dosage (ApoptTag kit, Intergen Co., Norcross, GA, USA).
10. Les résultats représentatifs
1. Fabrication de nanoparticules (2,0)
- Si ce protocole est préformée correctement les IP seront de forme sphérique, tel que déterminé par microscopie électronique à balayage (MEB), et ont une distribution gaussienne autour de 100nm, tel que déterminé par les techniques de diffusion de la lumière. Les résultats représentatifs sont présentés dans la figure 1.
2. Administration ciblée des médicaments (5.4.1)
- Basé sur des études publiées réalisées dans notre laboratoire (Chanson 2002, Chappell 2008) et des résultats inédits présents dans la figure 2, la destruction des microbulles ultrasons des résultats de la prestation améliorée des nanoparticules intravasculaire au tissu tumoral. Nous avons aussi montré que nos résultats Monica technique de la livraison de la prestation des nanoparticules accrue immédiatement après le traitement.
3. Ablation d'une tumeur (5.4.3)
- Nous avons montré que la destruction prolongée ultrasons microbulles, à cycles relativement faible (0,005 à 0,01), les résultats de l'ablation mécanique de lamicrovascularisation tumorale et la régression de la croissance tumorale. Si ce protocole est effectué correctement on devrait s'attendre à des changements dans (i) le taux de croissance de la tumeur (figure 3), (ii) l'hémodynamique tumeur (figure 4), (iii) zone nécrosée, et (iv) l'apoptose.
Caractérisation Figure 1. PLAGA des nanoparticules portant BSA. (A) image MEB de nanoparticules fabriquées adéquatement. (B) image MEB de nanoparticules fabriquées incorrectement.
Figure 2 (A). Fluorescence médiée par tomographie (FMT) des images de l'échographie traitées (en haut) et le contrôle traitées (en bas) sous-cutanée gliomes immédiatement après le traitement avec un MNCAs, où des nanoparticules (NP) portent 680 signaux de fluorescence sont superposées sur gris planaire image lumineuse d'excitation.
Figure 3. Représentant fold change dans la croissance tumorale suivantes insonation microbulles avec les cinq éclaté protocole de pulsation prolongée.
Figure 4. B-mode (A, C) et renforcement du contraste échographie (B, D) des images d'une tumeur sous-cutanée gliome C6 dans une souris. Dans l'image de prétraitement initiale (A) la limite de la tumeur souvent hypoéchogènes a été tracée en bleu. Amélioration moyenne de temps après l'injection intraveineuse d'un agent de contraste est montré dans (B) avant le traitement. Post-traitement, avant l'injection de contraste, la tumeur est encore souvent hypoéchogènes (D). Après injection de contraste, il ya beaucoup moins de valeur dans la tumeur.
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Discussion
Étapes critiques
Canulation de la veine caudale de souris:
L'injection intraveineuse dans la veine de la queue de la souris peut être une procédure difficile. Toutefois, un cathéter dans la veine caudale peut grandement améliorer les chances d'une injection réussie. Pour rendre le cathéter, à plusieurs reprises pliez-et-vient d'une aiguille de calibre 25 jusqu'à ce qu'il casse du moyeu. Insérez l'extrémité émoussée dans l'extrémité du tube PE 20 et sceller le lien avec de la colle silicone. Pour préparer le cathéter pour canulation, joignez une seringue remplie avec 1% hépariné saline pour l'Cather et laisser infuser liquide dans l'espace mort du cathéter. Position d'une souris anesthésiée sur le côté afin de la veine latérale de la queue est en vue. Dilater la queue à l'eau chaude (105 ° - 110 ° F). Insérez l'aiguille dans la veine. Si le sang réussie entrent habituellement dans le cathéter. Vérifiez que l'aiguille est dans la veine par le défrichement de la veine avec une petite quantité de solution saline. Fixez le cathéter en place avec du ruban adhésif avant de fixer la seringue de la pompe à perfusion.
Remise en suspension de nanoparticules:
Les nanoparticules peuvent s'agréger lyophilisation suivant. Particules Resuspendre dans du PBS, brièvement reprises vortex et soniquer (10 sec) dans un bain d'eau sonique. Il est essentiel de bien resuspendre l'échantillon lyophilisé. Caractériser la suspension par microscopie MEB et les techniques de diffusion de lumière suivant la lyophilisation et la remise en suspension.
Modifications possibles:
En termes de réglage du protocole de fabrication de nanoparticules, BSA sert comme un médicament de substitution et peuvent être échangés pour une multitude d'agents thérapeutiques. Selon la solubilité de l'agent thérapeutique, les nanoparticules peuvent être fabriqués dans une émulsion huile dans eau ou une émulsion huile dans eau dans huile. L'efficacité de chargement et la libération de l'agent thérapeutique à partir PLAGA IP, peut également être ajustée considérablement si désiré. Pour augmenter l'efficacité de chargement, d'augmenter le chargement en poids / poids de la drogue chez les porteurs polymère via l'optimisation des paramètres de fabrication NP. Afin d'adapter le taux de libération de l'agent thérapeutique, varier le taux d'hydrolyse constante via les changements de poids moléculaire et le ratio lactique / glycolique de PLAGA. Par talioring la fois l'efficacité de chargement et de taux de libération de l'agent thérapeutique, dans et à partir PLAGA IP, la concentration souhaitée locales peuvent être livrés aux tissus. En termes de réglage du protocole de livraison, les facteurs les plus importants sont le degré de destruction par ultrasons et Monica perméabilisation microvasculaires. Il a été rapporté que l'albumine microbulles ont bombardé une demi-vie de 1,3 ± 0,69 minutes (moyenne ± écart type) (Optison 2008). Nous supposons que l'agent perfusion continue et l'application prolongée échographie va augmenter l'ampleur de la perméabilisation des microvaisseaux. En augmentant le temps de traitement nous visons à accroître transitoirement perméabilisation de la microvascularisation.
Le protocole de non-thermique ablation mécanique peut être ajustée en changeant la concentration Mo ou la pression de crête à ultrasons. Il est prévu que l'augmentation de la concentration Mo et / ou la pression de pointe échographie va augmenter le degré d'endommagement de la vascularisation tumorale.
Applications:
Nous développons des techniques pour réduire la puissance acoustique requis par ultrasons focalisés de haute intensité transcrânienne (HIFU) pour atteindre l'effet thérapeutique souhaité.
En partie, en raison de complications associées au traitement à travers le crâne et l'importance du tissu environnant, ablation thermique de tissus tumoraux avec des ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) n'a pas encore atteint utilisation répandue comme une option thérapeutique pour le cancer du cerveau. Les conclusions préliminaires des trois premiers patients d'un train cliniques ont indiqué cérébrale profonde HIFU traitement à des sous-ablatif résultats températures de chauffage central au crâne (McDannold 2009). La clé du succès des HIFU dans le traitement clinique pour le traitement des tumeurs cérébrales transcrânienne est la capacité à localiser la livraison de l'énergie acoustique à une région bien délimitée. La capacité à fournir de l'énergie acoustique est compliquée par les interfaces os ou de l'air, tels que le crâne et les résections chirurgicales antérieures, qui génèrent des aberrations de phase et de puissance que l'énergie ultrasonore est atténué le long du chemin de propagation (Tanter, 1998). Ces aberrations contribuent souvent à pré-focale de chauffage (McDonnald 2009) et la cavitation dans les tissus sains.
Au cours des dernières années, l'utilisation de microbulles pour abaisser la puissance acoustique pour cible, BBB perturbations réversibles et ablation de la tumeur a suscité l'intérêt de nombreuses recherches (Hynynen 2001, Sheikov 2004, McDannold 2006a, 2006b, Meairs 2005). McDannold et al. (2006a) ont démontré que l'injection de microbulles intravasculaires au moment du traitement HIFU a entraîné une réduction de 91% dans lemoyenne temporelle seuil de puissance acoustique pour les dommages mécaniques par rapport aux témoins dans laquelle aucune des microbulles étaient présents, montrant le potentiel pour générer des lésions avec élévation de la température réduite. Réduire le seuil thermique pour la formation des lésions à son tour, réduit la probabilité d'accumulation de chaleur dans les tissus cibles hors ou en os. Par ailleurs, il a été démontré que l'administration intraveineuse de microbulles au moment des résultats du traitement par ultrasons dans les transitoires, localisées, l'ouverture BBB avec des puissances d'environ deux ordres de grandeur inférieures à celles requises pour la formation de la lésion.
C'est le but de ce travail pour développer l'échographie-microbulles techniques pour diminuer à la fois la puissance acoustique requis par transcrânienne HIFU et contrôler le degré de perméabilisation microvasculaires. Les deux applications thérapeutiques spécifiques de ce travail dans le cerveau sont ciblées livraison de médicaments et non thermiques d'ablation. Les niveaux relatifs de perméabilité accrue et l'ablation permanente peut être contrôlée en ajustant les niveaux de puissance acoustique selon que l'accent est mis sur l'administration de médicaments améliorés, l'ablation permanente microvasculaires, ou une combinaison de livraison de médicaments et d'ablation microvasculaires permanente. Cette capacité potentielle à contrôler la façon dont réagissent les microvaisseaux crée une occasion de développer différentes permutations de notre stratégie de traitement pour des applications thérapeutiques transcrânienne. Nous croyons que cette approche a le potentiel de radicalement transformer la façon dont les tumeurs du cerveau sont traitées.
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Disclosures
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Acknowledgments
Soutenu par le NIH R01 HL74082, la Fondation Hartwell, et la Fondation ultrasons focalisés chirurgie.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ApoptTag kit | Intergen Co. | S7110 | |
| un-capped 85:15 poly(lactic-co-glycolic acid) (PLAGA) | Lakeshore Biomaterials | Custom | |
| Vivo Tag 680 | VisEn Medical | 10120 | Used to Tag BSA |
| Poly(vinyl alcohol) | Sigma-Aldrich | 363136 | |
| MicroTip Sonicator | Misonix | S-4000 | |
| Sequoia | Simons Medical | P.O.A | Equipped with CPS |
| FreeZone 2.5 | Labconco Corp. | 7670020 | Equipped with Nitrogen Trap |
| Methylene chloride (CH2Cl2) | Fisher Scientific | D37-500 | |
| FMT 250 | VisEn Medical | P.O.A | |
| F-12K Nutrient Mixture | GIBCO, by Life Technologies | 21127-022 | |
| polyethyleneglycol-40 stearate | Sigma-Aldrich | 9004-99-3 | |
| distearoyl phosphatidylcholine | Avanti Polar Lipid, Inc | 770365 | |
| Multisizer Coulter Counter | Beckman Coulter Inc. | P.O.A | |
| Waveform Generator | Tektronix, Inc. | AFG-310 | |
| water-based ultrasound gel | Parker Laboratories Inc. | Aquasonic 100 | |
| Infusion pump | Harvard Apparatus | Harvard Apparatus PHD 2000 | |
| 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide (EDC) | Pierce, Thermo Scientific | 25952-53-8 | |
| N-hydroxysulfosuccinimide (Sulfo-NHS) | Pierce, Thermo Scientific | 106627-54-7 | |
| Succinic anhydride | Sigma-Aldrich | 603902 | |
| Power Amplifier | Electronic Navigation Industries | ENI 3100LA | |
| Needle Thermocouple Probe | Omega Engineering, Inc. | HYP1-30-1/2-T-G-60-SMPW-M | |
| BioGel (P100, medium) | Bio-Rad | 150-4170 | |
| .75’’ diameter 1 MHz unfocused transducer | Panametrics | A314S |
References
- Chappell, J., Song, J., Burke, C., Klibanov, A., Price, R. Targeted delivery of nanoparticles bearing fibroblast growth factor-2 by ultrasonic microbubble destruction for therapeutic arteriogenesis. Small. 10, 1769-1777 (2008).
- Chomas, J. E., Pollard, R., Wisner, E., Ferrara, K. Subharmonic Phase-Inversion for Tumor Perfusion Estimation. IEEE. 2, 1713-1716 (2001).
- Davda, J., Labhasetwar, V. Characterization of nanoparticle uptake by endothelial cells. Int J Pharm. 233, 51-51 (2002).
- Hynynen, K., McDannolod, N. Noninvasive MR imaging-guided focal opening of the blood-brain barrier in rabbits. Radiology. 220, 640-646 (2001).
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