Syntese av fase-shift nanoemulsions med smale størrelse Distribusjoner for Acoustic Droplet Fordamping og Bubble-forbedret ultralyd-mediert Ablasjon
Summary
Phase-shift nanoemulsions (PSNE) kan fordampet ved hjelp av høy intensitet fokusert ultralyd for å forbedre lokal oppvarming og bedre termisk ablasjon i svulster. I denne rapporten er utarbeidelse av stabile PSNE med en smal størrelsesfordeling beskrevet. Videre er effekten av fordampede PSNE på ultralyd-mediert ablasjon demonstrert i vev-etterligne fantomer.
Abstract
Høy intensitet fokusert ultralyd (HIFU) brukes klinisk til termisk ablate svulster. For å forbedre lokal oppvarmning og forbedre termisk ablasjon i tumorer, har lipid-belagt perfluorocarbon dråper blitt utviklet som kan fordampes ved HIFU. Blodkar i mange svulster er unormalt lekk på grunn av sin raske vekst, og nanopartikler er i stand til å trenge gjennom fenestrations og passivt akkumuleres i svulster. Således kan kontrollere størrelsen av dråpene resultere i bedre akkumulering i tumorer. I denne rapporten er utarbeidelse av stabile dråper i en fase-shift nanoemulsion (PSNE) med en smal størrelsesfordeling beskrevet. PSNE ble syntetisert ved sonicating en lipidoppløsningen i nærvær av flytende perfluorkarbonene. En smal størrelsesfordeling ble oppnådd ved å ekstrudere de PSNE flere ganger ved hjelp av filtre med porestørrelser på 100 eller 200 nm. Størrelsesfordelingen ble målt over en 7-dagers periode ved hjelp av dynamisk lysspredning. Polyacrylamide hydrogeler inneholder PSNE var forberedt på in vitro eksperimenter. PSNE dråper i hydrogeler ble fordampet med ultralyd og de resulterende bobler forbedret lokalisert oppvarming. Fordampede PSNE muliggjør raskere oppvarming og reduserer også ultralyd intensitet er nødvendig for termisk ablasjon. Dermed er PSNE forventes å øke termisk ablasjon i svulster, potensielt forbedre terapeutiske utfall av HIFU-medierte termisk ablasjon behandlinger.
Protocol
Discussion
Høyintensitets fokusert ultralyd (HIFU) brukes klinisk til termisk ablate svulster. 1 For å forbedre lokal oppvarmning og forbedre termisk ablasjon i tumorer, har lipid-belagt perfluorocarbon dråper blitt utviklet som kan fordampes ved HIFU. Blodkar i mange tumorer er unormalt utett på grunn av deres raske vekst. 2 Dermed nanopartikler er i stand til å trenge gjennom fenestrations og passivt akkumuleres i tumorer, en prosess kjent som forbedret permeabilitet og retensjon (EPR) effekt. 3</…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av en BU / CIMIT Applied Healthcare Engineering Predoctoral Fellowship, en National Science Foundation Utvide Deltakelse Forskning 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).
