Syntese af Phase-shift nanoemulsions med smalle størrelse distributioner til Akustisk Droplet fordampning og Bubble-forstærket Ultralyd-medieret Ablation
Summary
Phase-shift nanoemulsions (PSNE) kan fordampes ved hjælp af høj intensitet fokuseret ultralyd til at forbedre lokal opvarmning og forbedre termisk ablation i tumorer. I denne rapport, er fremstillingen af stabile PSNE med en snæver størrelsesfordeling beskrevet. Endvidere er effekten af fordampet PSNE på ultralyd-medieret ablation påvist i væv der efterligner fantomer.
Abstract
Høj intensitet fokuseret ultralyd (HIFU) anvendes klinisk til termisk ablatere tumorer. At øge lokal opvarmning og forbedre termisk ablation i tumorer, er lipid-overtrukne perfluorcarbongasser smådråber blevet udviklet, som kan fordampes ved HIFU. Vaskulaturen i mange tumorer er unormalt utæt på grund af deres hurtige vækst og nanopartikler kan trænge ind i fenestrationer og passivt akkumuleres i tumorer. Således kan styring af størrelsen af smådråberne resultere i bedre akkumulering i tumorer. I denne rapport er fremstillingen af stabile dråber i en faseforskydning nanoemulsion (PSNE) med en snæver størrelsesfordeling beskrevet. PSNE blev syntetiseret ved sonikering af en lipidopløsning i nærværelse af flydende carbonperfluorid. En snæver størrelsesfordeling blev fremstillet ved at ekstrudere de PSNE flere gange under anvendelse af filtre med porestørrelser på 100 eller 200 nm. Størrelsesfordelingen blev målt over en periode på 7 dage ved hjælp af dynamisk lysspredning. Polyacrylamide hydrogeler indeholdende PSNE blev fremstillet til in vitro forsøg. PSNE smådråber i hydrogelerne blev fordampet med ultralyd og de resulterende bobler forbedret lokal opvarmning. Fordampet PSNE muliggør hurtigere opvarmning og reducerer også ultralyd intensitet nødvendig for termisk ablation. Således er PSNE forventes at forbedre termisk ablation i tumorer, potentielt forbedre terapeutiske resultater af HIFU-medierede termisk ablation behandlinger.
Protocol
Discussion
Høj intensitet fokuseret ultralyd (HIFU) anvendes klinisk til termisk ablatere tumorer. 1 For at forbedre lokal opvarmning og forbedre termisk ablation i tumorer, har lipid-belagt perfluorcarbongasser dråber blevet udviklet, som kan fordampes ved HIFU. Vaskulaturen i mange tumorer er unormalt utæt på grund af deres hurtige vækst. 2 således nanopartikler er i stand til at trænge ind i fenestrationer og passivt akkumuleres i tumorer, en proces kendt som den forøgede permeabilitet og retention…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af en BU / CIMIT Applied Healthcare Engineering Predoctoral Fellowship, en National Science Foundation udvide deltagelsen Research Initiation Grant i Engineering (Brige), og National Institutes of Health (R21EB0094930).
Materials
| Common Name | Manufacturer | Cat. Number | Full Name / Description |
| DPPC | Avanti Lipids, Alabaster, AL, USA | 850355P | 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine |
| DSPE-PEG2000 | Avanti Lipids, Alabaster, AL, USA | 880120P | 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (ammonium salt) |
| DDFP | Fluoromed, Round Rock, TX, USA | CAS: 138495-42-8 | Dodecafluoropentane (C5F12) |
| PBS | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | P2194 | Phosphate-buffered saline |
| Chloroform | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 372978 | Chloroform |
| Acrylamide | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | A9926 | 40% 19:1 acrylamide/bis-acrylamide |
| Tris buffer | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | T2694 | 1M, pH 8, trizma hydrochloride and trizma base |
| BSA | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | A3059 | Bovine serum albumin |
| APS | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | A3678 | Ammonium persulfate solution |
| TEMED | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA | 87689 | N,N,N’,N’-Tetramethylethylenediamine |
| Equipment | |||
| Sonicator (3 mm tip) | Sonics & Materials, Inc., Newtown, CT, USA | Vibra-Cell | |
| Water bath | Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA | Neslab EX-7 | |
| Extruder | Northern Lipids, Burnaby, BC, Canada | LIPEX | |
| Extruder Filters | Whatman, Piscataway, NJ, USA | Nuclepore #110605 and #110606 | |
| Extruder Drain Disc | Sterlitech Corporation, Kent, WA, USA | #PETEDD25100 | |
| Plastic chamber | U.S. Plastic Corporation, Lima, OH, USA | #55288, 1 3/16″x1 3/16″x2 7/16″ |
References
- Hynynen, K., Darkazanli, A., Unger, E., Schenck, J. F. MRI-guided noninvasive ultrasound surgery. Med. Phys. 20, 107-115 (1993).
- Baban, D. F., Seymour, L. W. Control of tumour vascular permeability. Adv. Drug Deliv. Rev. 34, 109-119 (1998).
- Maeda, H., Wu, J., Sawa, T., Matsumura, Y., Hori, K. Tumor vascular permeability and the EPR effect in macromolecular therapeutics: a review. J. Control. Release. 65, 271-284 (2000).
- Schadlich, A. Tumor accumulation of NIR fluorescent PEG-PLA nanoparticles: impact of particle size and human xenograft tumor model. ACS Nano. 5, 8710-8720 (2011).
- Williams, R. Convertible perfluorocarbon droplets for cancer detection and therapy. 2010 IEEE Ultrasonics Symposium. , (2010).
- Martz, T. D., Sheeran, P. S., Bardin, D., Lee, A. P., Dayton, P. A. Precision manufacture of phase-change perfluorocarbon droplets using microfluidics. Ultrasound Med. Biol. 37, 1952-1957 (2011).
- Giesecke, T., Hynynen, K. Ultrasound-mediated cavitation thresholds of liquid perfluorocarbon droplets in vitro. Ultrasound Med. Biol. 29, 1359-1365 (2003).
- Sheeran, P. S., Luois, S., Dayton, P. A., Matsunaga, T. O. Formulation and Acoustic Studies of a New Phase-Shift Agent for Diagnostic and Therapeutic Ultrasound. Langmuir. 27, 10412-10420 (2011).
- Sheeran, P. S. Decafluorobutane as a phase-change contrast agent for low-energy extravascular ultrasonic imaging. Ultrasound Med. Biol. 37, 1518-1530 (2011).
- Zhang, P. . The Application of Phase-Shift Nanoemulsion in High Intensity Focused Ultrasound: An In Vitro Study [Doctoral Dissertation]. , (2011).
- Allen, T. M., Hansen, C., Martin, F., Redemann, C., Yau-Young, A. Liposomes containing synthetic lipid derivatives of poly(ethylene glycol) show prolonged circulation half-lives in vivo. Biochim. Biophys. Acta. 1066, 29-36 (1991).
- Klibanov, A. L., Maruyama, K., Beckerleg, A. M., Torchilin, V. P., Huang, L. Activity of amphipathic poly(ethylene glycol) 5000 to prolong the circulation time of liposomes depends on the liposome size and is unfavorable for immunoliposome binding to target. Biochim. Biophys. Acta. 1062, 142-148 (1991).
- Klibanov, A. L., Maryama, K., Torchilin, V. P., Huang, L. Amphipathic polyethyleneglycols effectively prolong the circulation time of liposomes. FEBS Lett. 268, 235-237 (1990).
- Gabizon, A. Prolonged circulation time and enhanced accumulation in malignant exudates of Doxorubicin encapsulated in polyethylene-glycol coated liposomes. Cancer Res. 54, 987-992 (1994).
- Awasthi, V. D., Garcia, D., Goins, B. A., Philips, W. T. Circulation and biodistribution profiles of long-circulating PEG-liposomes of various sizes in rabbits. Int. J. Pharm. 253, 121-132 (2003).
- Zhang, P., Porter, T. An in vitro study of a phase-shift nanoemulsion: a potential nucleation agent for bubble-enhanced HIFU tumor ablation. Ultrasound Med. Biol. 36, 1856-1866 (2010).
- Lafon, C. Gel phantom for use in high-intensity focused ultrasound dosimetry. Ultrasound Med. Biol. 31, 1383-1389 (2005).
