Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

Tillverkning av Koncentrerad, Lipid-baserade Oxygen mikrobubblor Emulsioner av hög Shear Homogenisering och Serial Koncentration

doi: 10.3791/51467 Published: May 26, 2014

Summary

Vi beskriver metoder för tillverkning av stora volymer av lipidbaserade syremikrobubblor (LOM) avsedda för intravenös syreavgivning med hjälp av hög skjuvning homogenisering och seriell koncentration.

Abstract

Gasfyllda mikrobubblor har utvecklats som ultraljuds kontrast och drogleveransmedel. Mikrobubblor kan framställas genom behandling av tensider med användning av sonikering, mekanisk agitation, mikrofluidikanordningar eller homogenisering. Nyligen har lipid-baserade syremikrobubblor (LOM) utformats för att leverera syre intravenöst under medicinska akutfall, vända livshotande hypoxemi, och förhindra efterföljande organskada, hjärtstillestånd och död. Vi presenterar metoder för att skala upp produktionen av högt syresatta mikrobubblor med en sluten slinga med hög skjuvning homogenisator. Processen kan producera 2 L av koncentrerade LOM (90 volym%) i 90 min. Resulte bubblor har en medeldiameter på ~ 2 ^ m, och en reologisk profil som överensstämmer med den i blodet vid utspädning till 60 volym%. Tekniken ger LOM i hög kapacitet och med hög syrerenhet, vilket tyder på att denna teknik kan vara användbar för translationforskningslaboratorier.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Mikrobubblor som består av protein, polymer, och lipid skal har utvecklats som vektorer för drogleverans, genterapi, och ultraljudkontrastmedel 1-5. Eftersom dessa terapeutiska användningar kräver intravaskulär mikrobubblor uthållighet är sådana mikrobubblor vanligtvis fylld med inerta, hög molekylvikt gaser som perfluorkarboner 6, som har låg löslighet i blod och stabilisera bubblan 3,4.

Nyligen har lipid-baserade syremikrobubblor (LOM) utformats för att ge terapeutiska doser av syre, vilket kan bevara slutorgansyrgastillförsel och förhindrar hemodynamisk instabilitet under perioder av luftvägsobstruktion eller hypoxemi 7. Emulsioner avsedda för intravenös gastillförsel kräver olika konstruktionsegenskaper än de som används för ultraljudkontrastmedel eller målstyrning av läkemedel. Först, eftersom kroppen förbrukar stora mängder syrgas (~ 200 ml / min), LOM måste produceras ochinjiceras i stor skala. Detta kräver att tillverkningsprocessen vara effektiv. För det andra bör tillverkningsprocessen vara sluten slinga i syfte att undvika kontaminering av kväve genom exponering av LOM (som bör vara fylld med 100% syre) för omgivande luft. För det tredje, eftersom syftet med LOM är intravenös gas leverans, gas bråkdel av LOM bör maximeras, erkänner de begränsningar som emulsionsviskositeten 7. Slutligen, som med alla intravenösa injicerbara, är avgörande för att undvika mikrovaskulär obstruktion 8 exakt kontroll över partikelstorleksfördelning.

Det finns flera etablerade metoder för mikrobubblor tillverkning. Sonikering använder hög intensitet, appliceras lågfrekvent ultraljud för att luft-vätskegränsytan av en emulsion, som innefattar ett ytaktivt medel, såsom en amfipatisk fosfolipid, i närvaro av en gas som luft för att alstra mikrobubblor 7,9. Denna process kan styras genom att variera ultraljudfrekvens, makt och pulslängd, och den resulterande storleksfördelningen kan skräddarsys för att producera mikrobubblor av en viss storleksfördelning, även om ultraljudsbehandling används sällan vid tillverkning av kliniskt använda mikrobubblor. Sammanslagning är intensiv mekanisk omröring av ett ytaktivt medel och gas i ett slutet system, som också är svåra att skala upp för att rymma stora volymer 2. Droplet-baserade mikroflödes ger exakt kontroll av mikrobubblor storleksfördelning 10-13. Även traditionellt svårt att skala upp, flera kanaler, höghastighets mikrofluidik har beskrivits som ökar mikrobubblor produktionseffektivitet 13. Mikrobubblor som tillverkas med hjälp av någon av dessa metoder kan kräva efter tillverkning storleksreduktionsprocesser, såsom centrifugal fraktione 14,15 och mikrobubblor flotation 16,17.

En annan etablerad metod för framställning av mycket stabila mikrobubblor är skjuvning homogenization 6, vilket kan resultera i en stabiliserande sexkantiga fosfolipid mönstret på den mikrobubbelytan 18. Att bygga på detta koncept, beskriver vi införlivandet av en hög skjuvning sator in-line för att skapa självorganiserande LOM 19. I denna process utnyttjar homogeniseringsanordningen snabbt roterande knivar i nära anslutning till dubbla finmaskigt emulsor skärmar, skapar hög mekanisk och hydraulisk sax för att skapa mikrobubblor. Seriell koncentration av lipidemulsionen genom detta system ger en alltmer koncentrerad gasfraktion, vilket kan ytterligare koncentreras genom centrifugering.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. System Set-up

Systemet består av ett jordbruksföretag och koncentrera tank (HCT) utrustad med en enda scen blandare, en hög skjuvning sator in-line, en rullpump för att flytta vätska mellan HCT och homogenisator och en värmeväxlare (Figur 1).

  1. Placera en steriliserad, vid mynning 4 L glasuppsamlingskärl försedd med 2 bas-portar och 3 sidoportar nedanför den enda scenen blandaren. Sänk blandarhuvudet till munnen av fartyget och garantera en gastät montering med gummitätningar eller tejp (för att förhindra luften från att förorena head space).
  2. Montera en av bas-portar (Figur 1, port nr 1) i HCT med steril 3/8 "(ID) klar slang, ca 10" lång, försedd med en 3-vägskran på spetsen för insamling av den koncentrerade emulsionen .
  3. Montera den andra bas-port (figur 1, port # 2) med sterilt 3/8 "(ID) slangar, approximately 36 "i längd. Feed denna slang genom en rullpump. Montera inlopp hög skjuvning sator med ett T-rör med två portar och anslut enligt följande: Anslut slangen från port nr 2, genom rullpumpen och anslut till sidoingången av T-stycket. Fäst den andra porten till en syretank med hjälp av ett lågt flöde syrgas flödesmätare.
  4. Anslut utloppsöppningen av den högskjuvande homogenisator till inloppsporten hos en in-line värmeväxlare som hölls vid 4 ° C. Anslut utloppsöppningen hos värmeväxlaren till returporten på HCT (Figur 1, port nr 3), vilket skapar ett system med sluten slinga.
  5. Fäst en syretank (via en flödesmätare) till HCT (Figur 1, port # 4). Fäst en gassammansättning monitor som är öppen mot atmosfären för att den övre öppningen av HCT (Figur 1, port # 5).
  6. Om sterilitet önskas, sterilisera glas-och metalldelar före varje användning av autoklav. Sterilisera slangkomponenter och plast connectors från etylenoxid före varje användning. Detta är särskilt viktigt om produkten ska testas in vivo.

2. LOM Tillverkning

  1. Placera 20 g av GMP 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-fosfokolin (DSPC) och 10 g kolesterol i basen av HCT. Lägg 1 L av Plasma-Lyte A till HCT och handen rör om i 1 minut, integrera så mycket lipid som möjligt i vattenfasen.
  2. Sänk enstegs blandare i vattenfasen, se till att hela blandarhuvudet täcks av vattenfasen. Se till att den övre delen av HCT är gastät (se steg 1.1 ovan) och att det inte finns några öppna sidoöppningar. Slå på gaskälla ansluten till port nr 4 och vänta tills syre bråkdel av HCT gasutrymmet uppnår> 95%. Vid 10 l / min (LPM), bör detta ta ~ 10 min.
  3. Med användning av enstegs-blandare, blanda prekursom emulsion under 5 min vid 5000 rpm. Den resulterande blandningen bör vara bleka vita och innehåller inga synliga lipid klumpar. En gång blandade, kan oanvända blandning lipid-vatten lagras vid 4 ° C i upp till 30 dagar före engångsbruk.
  4. Prime hela det slutna systemet med föregångaren emulsion genom att vrida på rullpumpen vid 1,3 LPM. När systemet är grundmålad, håller pumpen på 1,3 LPM.
  5. Till att börja tillverkningen av LOM, slå på hög skjuvning sator till 7.500 rpm in-line. Omedelbart därefter aktiverar flödet av syre till det parti av homogenisator vid 0,5 LPM inlopp. Håll ett steg blandare (i HCT) på vid 3500 rpm. LOM bildas vid gränsytan mellan rotorbladen och emulsor skärmarna inom det in-line-homogenisator (Figur 2). Inom några minuter, ska vätskan blir synbart mer trögflytande. En mer strikt hållning är att bestämma viskositeten som funktion av tiden, vilket kan göras genom att ta bort alikvoter från Port 1 under tillverkning och analys med en viskosimeter.
    Obs: Om synliga luftbubblor är närvarande i slangen som lämnar biandaren, syreströmma till in-line-homogenisator är för hög. Titrera ned gasflödet tills vätskan är ogenomskinlig och innehåller inga synliga gasbubblor.
  6. Kör systemet i 15 minuter, och sedan stänga av hög skjuvning sator och syreinloppet till det. Fortsätt att köra ett steg blandaren i HCT tills emulsionen tas bort; Detta mildrar fasseparation och håller produkten relativt enhetlig inom HCT.
    Obs: Volymen av gasfyllda emulsion bör öka ungefär 2-3x under seriekoncentrationsfasen. Om så inte är fallet, kontrollera att syre strömmar in i hög skjuvning sator och att lipidkoncentrationer i föregångaren emulsionen är korrekta. Effektiviteten i produktionen minskar när lipid koncentration minskar.

3. Insamling, Koncentration, bedömning, och lagring av LOM

  1. Bifoga en steril, ändrad 140 ml luer-lock spruta till kranen ansluten till bas-port # 1 på uppsamlingskärlet. Rita upp 100 ml vätska. Tätt lock spruta och upprepa tills all vätska har tagits bort.
    1. Ändra sprutor genom att dra tillbaka 100 ml luft i sprutan och sedan såga av överskottet kolven och sprutmaterial ovanför 140 ml-märket. Fyll och tomma sprutor som använder tandade pincett för att dra upp kolven. Denna ändring gör att lättare centrifugering.
  2. Centrifug sprutor med den utjämnade slut orienterad nedåt i en kyld (4 ° C) skopa centrifugera vid 225 xg under 10 min.
  3. Tre lager av material som kommer att visas efter centrifugering. Häll det nedersta lagret av överskjutande grumlig vattenfasen och kasta. Det andra lagret är ljus vit och innehåller koncentrerade LOM. Överför koncentrerad skum till en spruta gastätt med användning av en trevägskran för att förhindra omgivningsförorening gas. Kasta bort det sista skiktet, som innehåller fritt syre gas från ruptured LOM.
  4. Kan bedömas skumkvalitet genom att nå ≥ 90% gas koncentrerad skum. Calculåt gaskoncentrationen enligt följande:
    Volym% gas = [(Skum vikt / skumvolym) - 1] x 100
    1. Som en andra kvalitetskontroll, till storlek mikrobubblor genom ljusförmörkelse avgöra om partikelstorleken är inom det förväntade intervallet. Det bör noteras att en förändring i homogeniseringstiden eller formuleringen kan förändra bubbelstorlek.
  5. Tätt lock glasspruta med Luer-lock koppling. Koncentrerade LOM kan spädas med Plasma-Lyte A vid tiden för användning. Sprutor kan lagras vid 22, 4, eller -20 ° C; kallare temperaturer kan ge ökad hållbarhet stabilitet 7.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Hög skjuvning homogenisering möjliggör effektiv (dvs inom en eftermiddag) produktion av tillräckliga LOM för en djurstudie och inte kräver teknisk expertis. När skicklig, kan tillverkas upp till 2 liter koncentrerade LOM i 90 min.

Mikrobubblor storlek och morfologi bedömdes genom ljusmikroskop och genom ljus förmörkelse. När ett prov av LOM 10 jil visualiserades gjordes sfäriska LOM noteras, liksom en relativ brist på lipid-rester (fig 3A). Detta är särskilt sant när GMP produkten används. När samma prov av LOM bedömdes genom ljusförmörkelse, den genomsnittliga partikeldiametern var 2,624 ± 0,332 | im (SD). Mer än 90% av LOM var <10 | im i diameter, och befolkningen var polydispersa (figur 3B).

Emulsionsviskositeten var starkt beroende av gas-fraktion (och därmed, på mikrobubblor koncentration). Två ml alikvoterav LOM av varierande gaskoncentrationer studerades med hjälp av en stationär flödes svep med hjälp av en 40 mm parallell plattgeometri som stress varierade från 0,1 till 10.000 μN · m. Alla LOM bensinfraktioner uppvisar skjuvningsförtunnande beteende, och detta fenomen var mest uttalad vid högre fraktioner gaser. LOM innehåller 60 volym% gas uppvisade en reologisk profil som liknar blod (figur 4A).

Slutligen tillsattes syrehalten (inklusive gasfraktion och fraktionerad syrekoncentration) av LOM testades genom tillsats av olika volymer av syre som finns i 60 volym% LOM till alikvoter av desaturated humant blod med känd syreunderskott. Som tidigare beskrivits, kan innehållet i LOM syre beräknas från den ökade oxyhemoglobin koncentration 7. Förhållandet mellan volymen av syre tillsätts inom LOM och volymetriska ökning innehållet i blodet syre var 1.053 ± 0,03025 (SD) (95% CI = 0,9865 till 1,120) (Figurure 4B), vilket tyder på att de testade LOM innehöll nästan 100% syre, uppvisade några fångade gasfickor (som inte effektivt överföra syre till blodet, men flyter ut snabbt), och effektivt överföra hela sin syrenyttolast på humant blod in vitro.

Figur 1
Figur 1. Tillverkningsinstallationsschemat. LOM produceras med hjälp av en in-line, med hög skjuvning sator i ett slutet system. LOM hålls inom ett jordbruksföretag och koncentrera tank (HCT) under ständig omrörning. Emulsionen förflyttas genom systemet med hjälp av en rullpump. Värme som alstras av homogeniseringsanordningen avlägsnas med hjälp av en värmeväxlare. Klicka här för att se en större version av denna siffra. </ A>

Figur 2
Figur 2. Självorganisering av LOM inom ett finmaskigt emulsor skärmen. A) en snabbt roterande bladet passerar över ett finmaskigt emulsor skärm, vilket skapar en sifoneffekt som drar i de vattenhaltiga och gas-faser. Mycket små syrebubblor bildas genom skjuvning och snabbt omgivet av de hydrofoba lipid-svansar av amfipatiska fosfolipider, vilket skapar en självsamlande gasfylld bubbla (B).

Figur 3
Figur 3. Karakterisering av LOM. A) Ett representativt mikrofotografi av sfäriska LOM uppvisar en polydispers storleksfördelning. Scale bar =10 | im. B) Storleksfördelning av LOM som bedöms av ljus förmörkelse. Data = betyder, fel = SEM.

Figur 4
Figur 4. Egenskaper för centrifugerade och koncentrerade LOM. A) Den reologiska profilen av en LOM emulsion vid 60, 70 och 90 volym% gas. Spädning av koncentrerad skum till 60 volym% gas ger en reologisk liknande den för humant blod (hematokrit 40%). Data = betyder, fel = SEM. B) Förhållandet mellan halten av LOM syresätts till blod och den uppmätta ökningen av halten i blodet syre. Data = betyder, fel = SEM, linje = linjär regression med 95% konfidensintervall för den bäst anpassade linjen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De viktigaste stegen för att skapa koncentrerade, starkt syre LOM är: 1) se till att det fria utrymmet i HCT förblir fullt syresatt; 2) se till att renheten hos de lipid hjälpämnena är optimal (inklusive villkor och användning av GMP produkter förvaring); 3) se till att de pulveriserade lipider blandas helt med vattenfasen före grundning av systemet; och 4) mycket uppmärksamma på den ökade gas-fraktionen inom HCT att volymfraktionen av gas inte överstiger 70%.

Den metod som vi beskriver här utnyttjar högskjuvande homogenisering för att skapa ihåliga mikrobubblor. Amfipatiska lipider är upphängda med vattenfasen, som används för att bära lipider in i in-line-homogenisator. GMP-grade lipider användas för in vivo-studier, och är i allmänhet föredragna, eftersom de innehåller färre lipidaggregat och föroreningar. Lipider är också föremål för lipid oxidation (speciellt vid förvaringi en syresatt vätska) och bakteriell kontamination. LOM bildas när de hydrofoba svansarna ordna runt små syrgas gasmikrobubblor skapas inom den in-line homogenisator (Figur 2). Homogenisering av LOM vid 7500 rpm utsätter mikrobubblorna till ytterligare mekaniska påkänningar som de mals mellan spetsarna av rotorbladen och den inre väggen av statorn. LOM genomgår också hydraulisk sax som de tvingas med hög hastighet genom det ultrafina mesh emulsor skärm, vilket ytterligare minskar partikelstorleken. Skjuvkrafter generera värme i in-line-homogenisator och lokalt vid enstegs mixer; en in-line värmeväxlaren före återgång till HCT är nödvändigt att avlägsna denna värme. Frånvaro av en värmeväxlare kan höja temperaturer över fasövergångstemperaturen för lipiden (55 ° C för DSPC), vilket ökar fluiditeten hos lipiden och resulterar i produktförlust. Skapande av emulsionen i en sluten, in-line-enheten säkerställer att ren oxygen införlivas i LOM kärnan genom att förhindra luftföroreningar. Vidare är LOM löpande utsatt för med den gasformiga headspace av HCT. Det är därför viktigt att se till att den sugeffekt som skapas av labbet blandaren i HCT inte skapar en återföring av luftflödet från atmosfären in i HCT (genom gasens sammansättning monitor, som är öppen för atmosfären för att förhindra trycksättning av HCT) . Syre gasflödeshastigheter som beskrivs här bör vara tillräcklig för att förhindra detta fenomen.

Återvinning av emulsionen genom in-line sator under seriekoncentrationsfasen skapar ytterligare LOM från "oanvända" fosfolipider kvar i vattenfasen, och utsätter intakta LOM till upprepad klippning, vilket ytterligare kan minska partikelstorleken också. Partikelstorlek och gaskoncentrationen kan därför skräddarsys genom att justera blandarhastigheter, emulsor skärmar, maskstorlek och körning (dvs. varaktighet serie concentration steg). Mekanisk omröring producerar en polydispers storleksfördelning. Den breda storleksfördelningen möjliggör tätare packning av mikrobubblor, vilket ökar den maximala inkapslad gasfraktion i en given volym av skum. Förändringar formulering kemi genom inkludering viskositetshöjande medel kan användas för att skapa en mer homogen storleksfördelning om så önskas. Vi har funnit att en körtid på 15 minuter är mest idealiska; som ökar mikrobubblor koncentration, blir emulsionen allt mer trögflytande. När den når en kritisk viskositet, är det inte längre pumpas effektivt med användning av en rullpump. Detta orsakar fri gas att passera genom homogenisatorn utan att införlivas i LOM och kan ses i den genomskinliga slangen. På detta stadium har vi i allmänhet väljer att stoppa den seriella koncentrationssteg, men om så önskas kan gasflödeshastigheten in i in-line-homogenisator minskas och flödeshastigheten rullpumpen kan ökas för att skapa högre fraktioner gaser. Emellertid starkt viscous emulsioner kräver mer kraft för att dra sig tillbaka in i sprutor för centrifugeringssteget, och kan minska utbytet av denna process.

Den centrifugeringssteget har underlättats genom att modifiera 140 ml sprutor för att trunkera kolven och basen i sprutan, så att injektionssprutor bilda en jämn cylinder. Detta underlättar i hög grad på-och avlastning av sprutor i centrifugen. Efter centrifugering, sprutor innehåller typiskt tre skikt. Den tätaste skiktet (nära sprutspetsen när sprutorna lastas nose-down) innehåller oanvända fosfolipider och huvuddelen av den vattenhaltiga fasen. I vissa fall kan grumlig "skräp" ses i sprutspetsen som typiskt innehåller fettklumpar. För grundläggande experiment, kan innehållet i detta "vattenfas" återanvändas för efterföljande experiment, även om vi har funnit att detta avsevärt minskar effektiviteten i processen. (För att minska detta problem, ytterligare fosfolipid hjälpämnen kanläggas till den återvunna gångare emulsion, för att bevara molförhållandet varje hjälpämne.) Det mellersta lagret i varje spruta är ljus vit och innehåller koncentrerade LOM. Det är typiskt en skarp skiljelinje mellan botten-och mellanlagren. Det mellersta lagret av varje spruta kan kombineras för ytterligare bearbetning såsom beskrivs nedan. Det övre skiktet innehåller fluffiga skum som innehåller fri gas från LOM fördelade genom hela tillverkningsprocessen. De övre och undre skikten är typiskt kastas. Under centrifugering, är det viktigt att se till att varje spruta är täckt av en tät spruta lock för att förhindra extrudering av emulsionen i centrifug under bearbetningen. Centrifugering vid högre hastigheter har begränsats av krosshållfastheten hos de sprutor som vi använde. Om det behövs för att uppnå en skarp skiljelinje mellan de nedre och mellersta skikt (oftast när emulsioner som innehåller höga gas-fraktion som centrifugeras), kan centrifugeringstiden varaförlängas. Användning av en gastät, 3-vägs kran att kombinera koncentrerade LOM är användbar för att förhindra luftföroreningar. Det är också viktigt att säkerställa att LOM-innehållande sprutor alltid hålls utjämnade och att varje omgivande luft drivs ut omedelbart. För att begränsa luftföroreningar under lagring, bör sprutor tätas med endast luer-lock mössor. Plastsprutor är kända att vara gaspermeabel, så glas eller metall sprutor är föredraget för långtidslagring.

Såsom beskrivits ovan, emulsioner exponerats för seriell koncentrationssteg i 15 min uppvisar typiskt 70% gas i volymprocent och kan koncentreras till 90% gas genom centrifugering. Även om 70 volym% emulsion önskas i slutändan, har vi funnit att centrifugering för att vara till hjälp för att avlägsna fosfolipider, som inte är införlivade LOM från koncentratet. Detta kan även åstadkommas genom att tillåta emulsioner stå över natten för att uppnå fasseparation. För experiment in vivo, vi ofta späda den koncentreradeLOM med Plasma-Lyte A, blanda försiktigt, centrifugera sedan igen för att ta bort ytterligare oanvända fosfolipider och annat skräp. Detta steg kan upprepas flera gånger som behövs för att ta bort överflödigt fett skräp. Injektionen av fosfolipider som inte ingår i LOM är oönskade på grund av den extra fettbelastningen de förmedlar i inställningen av en hög infusionshastighet.

Vi har funnit flera vanliga fallgropar att undvika i denna tillverkningsprocess. Först bör lipid hjälpämnen vara färska, förvaras vid -80 ° C, och inte användas om löpt ut. Prekursorlösningen bör inte återanvändas för in vivo-studier, som resulte emulsioner är inkonsekvent i sin storleksfördelning och maximal gas fraktion, och kan innehålla bakteriella föroreningar, oxiderade lipider eller fettklumpar. För det andra, när emulsionen når "kritisk viskositet" under tillverkningen, det kommer inte längre att effektivt pumpas genom systemet, och stora gasfickor bildas inom HCT. Den höga emulsionsviskositeten gör också emulsionen svåra att hantera och dra upp i sprutor. Dessa problem undviks bäst genom att mäta ökningen av gas-fraktionen inom HCT (genom att kvantifiera volymökningen då gas fraktionen ökar) och stoppa seriekoncentrationsprocessen när startvolymen fördubblas.

En viktig begränsning med denna teknik är den ihållande behov av ett centrifugeringssteg, vilket är önskvärt eftersom det skapar en potential för luft-och bakteriekontaminering av den slutliga produkten, och hindrar detta från att vara en kontinuerlig process. I framtiden kan det seriella koncentrationssteg modifieras i ett system i ett steg för kommersiell framställning av narkotika genom att använda ett hydrauliskt system urladdning att undanröja behovet av satsvis centrifugering. In-line-homogenisator och laboratorieblandare kan tillverkas med 3/16 av rostfritt stål och steriliseras på plats. Införandet av andra gaser i systemet kan bredda the användbarheten av denna teknik ytterligare.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Finansiering: US Army Medical Research & Materielverk (USAMRMC) och förvaltas av Telemedicine & Advanced Technology Research Center. Shunxi Ji bidrog ändring av sprutorna som beskrivs här.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC) Avanti Polar Lipids 770365 Alternate product: non-GMP from NOF America (Coatsome MC-8080)
Cholesterol Sigma Aldrich C75209
Plasma-Lyte A VWR 80089-818 Alternatively can use NaCl
Glass collection vessel Specialty Glass, Inc. Custom Contact: Pam Zurbrick - 281-595-2210
Gas composition (oxygen) monitor Precision Medical PM5900L
Sarns 8000 roller pump Calicut Medical 16407 Part of a modular perfusion system
BIOtherm Heat Exchanger Medtronic ECMOtherm-II
Verso laboratory in-line mixer Silverson Machines, Inc TH-IL-102-VERSO Use multistage workheads and front-end extension with T piece
T-piece for Silverson Verso inlet port Process Innovations Custom Contact: Brian Leavitt - 508-423-2266
L5M-A laboratory mixer Silverson Machines, Inc NC0136483 Use mesh emulsor screen (fine)
Rochester-Ochsner toothed forceps Fisher Scientific 13-812-18
140 ml syringe Kendall Healthcare Monoject 8881114030 Ensure there is a luer lock.
IX71 Inverted light microscope Olympus IX71
Retiga-2000R microscope camera QImaging RET-2000R-F-M-12
Accusizer 780A Autodilution PSS-NICOMP Particle Sizing Systems Out of production

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lentacker, I., De Smedt, S. C., Sanders, N. N. Drug loaded microbubble design for ultrasound triggered delivery. Soft Matter. 5, (11), 2161-2170 (2009).
  2. Ren, J. L., et al. A Novel Ultrasound Microbubble Carrying Gene and Tat Peptide: Preparation and Characterization. Academic Radiology. 16, (12), 1457-1465 (2009).
  3. Tinkov, S., et al. Microbubbles as Ultrasound Triggered Drug Carriers. Journal of Pharmaceutical Sciences. 98, (6), 1935-1961 (2009).
  4. Hernot, S., Klibanov, A. L. Microbubbles in ultrasound-triggered drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 60, (10), 1153-1166 (2008).
  5. Lanza, G. M., et al. A novel site-targeted ultrasonic contrast agent with broad biomedical application. Circulation. 94, (12), 3334-3340 (1996).
  6. Cavalli, R., et al. Preparation and characterization of dextran nanobubbles for oxygen delivery. International Journal of Pharmaceutics. 381, (2), 160-165 (2009).
  7. Kheir, J. N., et al. Oxygen Gas-Filled Microparticles Provide Intravenous Oxygen Delivery. Science Translational Medicine. 4, (140), (2012).
  8. Lindner, J. R., et al. Microvascular rheology of definity microbubbles after intra-arterial and intravenous administration. Journal of the American Society of Echocardiography. 15, (5), 396-403 (2002).
  9. Zhao, Y. Z., et al. Preparation, characterization and in vivo observation of phospholipid-based gas-filled microbubbles containing hirudin. Ultrasound in Medicine and Biology. 31, (9), 1237-1243 (2005).
  10. Seo, M., et al. Microfluidic Assembly of Monodisperse, Nanoparticle-Incorporated Perfluorocarbon Microbubbles for Medical Imaging and Therapy. Langmuir. 26, (17), 13855-13860 (2010).
  11. Wan, J. D., Stone, H. A. Coated Gas Bubbles for the Continuous Synthesis of Hollow Inorganic Particles. Langmuir. 28, (1), 37-41 (2012).
  12. Duncanson, W. J., et al. Monodisperse Gas-Filled Microparticles from Reactions in Double Emulsions. Langmuir. 28, (17), 6742-6745 (2012).
  13. Kendall, M. R., et al. Scaled-Up Production of Monodisperse, Dual Layer Microbubbles Using Multi-Array Microfluidic Module for Medical Imaging and Drug Delivery. Bubble Science Engineering and Technology. 4, (1), 12-20 (2012).
  14. Szijjarto, C., et al. Effects of Perfluorocarbon Gases on the Size and Stability Characteristics of Phospholipid-Coated Microbubbles: Osmotic Effect versus Interfacial Film Stabilization. Langmuir. 28, (2), 1182-1189 (2012).
  15. Rossi, S., Waton, G., Krafft, M. P. Phospholipid-Coated Gas Bubble Engineering: Key Parameters for Size and Stability Control, as Determined by an Acoustical Method. Langmuir. 26, (3), 1649-1655 (2010).
  16. Swanson, E. J., et al. Phospholipid-Stabilized Microbubble Foam for Injectable Oxygen Delivery. Langmuir. 26, (20), 15726-15729 (2010).
  17. Kvåle, S., et al. Size fractionation of gas-filled microspheres by flotation. Separations Technology. 6, (4), 219-226 (1996).
  18. Dressaire, E., et al. Interfacial polygonal nanopatterning of stable microbubbles. Science. 320, (5880), 1198-1201 (2008).
  19. Kheir, J. N., et al. Bulk Manufacture of Concentrated Oxygen Gas-Filled Microparticles for Intravenous Oxygen Delivery. Advanced Healthcare Materials. (2013).
Tillverkning av Koncentrerad, Lipid-baserade Oxygen mikrobubblor Emulsioner av hög Shear Homogenisering och Serial Koncentration
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Thomson, L. M., Polizzotti, B. D., McGowan, F. X., Kheir, J. N. Manufacture of Concentrated, Lipid-based Oxygen Microbubble Emulsions by High Shear Homogenization and Serial Concentration. J. Vis. Exp. (87), e51467, doi:10.3791/51467 (2014).More

Thomson, L. M., Polizzotti, B. D., McGowan, F. X., Kheir, J. N. Manufacture of Concentrated, Lipid-based Oxygen Microbubble Emulsions by High Shear Homogenization and Serial Concentration. J. Vis. Exp. (87), e51467, doi:10.3791/51467 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter