Yöntem makalesi

Akustik Damlacık buharlaşması ve Bubble-gelişmiş Ultrason aracılı Ablasyon için dar Boyut Dağılımları ile Faz-shift Nanoemulsions sentezi

10.7K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/4308

⸱

13 Eylül 2012

 ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, Boston University

Bu makalede

Özet

Faz kaydırmalı nanoemulsions (PSNE) lokalize ısıtma geliştirmenize ve tümörlerde termal ablasyon geliştirmek için yüksek yoğunluklu odaklanmış ultrason kullanarak buharlaşmış olabilir. Bu yazıda, dar bir boyut dağılımı ile kararlı PSNE hazırlanması tarif edilmektedir. Ayrıca, ultrason aracılı ablasyonu konusunda buharlaşmış PSNE etkisini doku taklidi hayaletleri gösterilmiştir.

Özet

Yüksek yoğunluklu odaklanmış ultrason (HIFU) termal tümörleri baskılamak için klinik olarak kullanılmaktadır. Lokal ısıtma artırmak ve tümörlerin termal ablasyon artırmak için, lipid-kaplı perfluorokarbonlar damlacıkları HIFU buharlaştınlabilen geliştirilmiştir. Birçok tümörün damar nedeniyle hızlı büyüme anormal sızdıran ve nanopartiküller fenestrasyonlar nüfuz ve pasif tümörler içinde birikir edebiliyoruz. Böylece, damlacıkların boyutunu denetlemek tümörler içinde daha iyi bir birikim neden olabilir. Bu yazıda, dar bir boyut dağılımı ile bir faz kayması nanoemulsion (PSNE) içinde kararlı damlacıklarının hazırlanması tarif edilmektedir. PSNE sıvı perfluorokarbon varlığında, bir lipid çözelti sonicating sentezlendi. Dar bir büyüklük dağılımı 100 veya 200 nm gözenek boyutlarına sahip filtreler kullanılarak PSNE birçok kez ekstrüzyon ile elde edilmiştir. Boyut dağılımı dinamik ışık saçılımı ile 7 günlük bir süre boyunca ölçüldü. PolyacPSNE içeren rylamide hidrojeller in vitro deneyler için hazırlanmıştır. Hidrojellerde PSNE damlacıkları ultrason ve lokalize ısıtma geliştirilmiş çıkan kabarcıkları ile buharlaştırılır edildi. Buharlaşan PSNE daha hızlı ısıtma sağlar ve ayrıca termal ablasyon için gerekli ultrason yoğunluğunu azaltır. Böylece, PSNE potansiyel HIFU-aracılı termal ablasyon tedavisi terapötik sonuçların iyileştirilmesi, tümörlerde termal ablasyon geliştirmek için bekleniyor.

Protokol

1. Faz kaydırmalı Nanoemulsion hazırlanması (PSNE)

  1. 11 mg DPPC ve kloroform içinde 1.68 mg DSPE-PEG2000 eritilir
  2. Bir cam yuvarlak tabanlı şişeye kuru bir lipid film oluşturmak için organik çözücü buharlaştırılır
  3. Gecede lipid filmi Dessicate
  4. Fosfat-tamponlu salin (PBS) ve 5.5 ml lipid filmi rehidrate
  5. 45 ° C su banyosunda Isı çözümü lipid filmi periyodik vorteks, eriyene kadar
  6. 7 ml flakon içine lipid çözümü aktarın
  7. % 20 genlik 2 dakika süreyle lipid çözelti sonikasyon
  8. 2.5 ml'lik iki şişe içine çözümü bölün, her (kalan 0.5 ml atmak)
  9. Her flakon 2.5 ml PBS ekleyin
  10. A 0 ° C'de buz-su banyosu içinde her şişeye yerleştirin
  11. Her bir şişeye 50 ul ekle DDFP
  12. % 25 genlik, pulsed (50 sn kapalı 10 sn), zaman 60 sn toplam: Aşağıdaki ayarları kullanarak buz-su banyosunda her flakon sonikasyon
  13. Tr20 ml sintilasyon şişeleri için ansfer PSNE çözümler
  14. 10 ml nihai hacim ile sonuçlanan, her şişeye 5 ml PBS ekleme
  15. Üretici tarafından sağlanan ekstruder aşağıdaki tarifi birleştirin
    1. Deiyonize su ile her bir kısım Durulama
    2. Filtre destek tabanının merkezinde, paslanmaz çelik destek diski yerleştirin
    3. Paslanmaz çelik destek diski üzerinde paslanmaz çelik elek yerleştirin
    4. Cımbız kullanarak, paslanmaz çelik hasır üzerine bir ekstrüder tahliye diski membran (parlak tarafı yukarı) yerleştirin
    5. Cımbız kullanarak, drenaj disk membran üzerindeki ekstruder filtresi (parlak tarafı yukarı) yerleştirin
    6. Dikkatlice filtre üzerinde küçük O-ring yerleştirin ve destek tabanı yukarıda thermobarrel ve ekstruder üst yerleştirin
    7. Kısmen olanlar her kanat somunu sıkın, sonra tamamen bir alternatif moda elle kanat somunlarını
    8. Için ekstrüder bağlanBir azot gazı hattı
    9. En iyi numune portu içine ekstruder, 10 ml deiyonize su hazırlamak için, açılış kap ve havalandırma valfı sıkıştırmak
    10. Yavaşça zarından örnek zorlayarak, basıncı artırmak için azot gazı hattı açın ve çıkış borudan numune
    11. Kullanımdan sonra, ters sırada sökülmesi deiyonize su ile ekstruder parçalar durulama ve bir membran filtre, membran boşaltma disk atmak
  16. 200 nm filtresi aracılığıyla 10 kez çekilerek 100 nm damlacıkları için sadece ön koşul PSNE
  17. Filtre 100 nm veya 200 nm ile Extrude PSNE 16 kez dar boyut dağılımı elde etmek için

2. PSNE İçeren Poliakrilamid Hidrojel hazırlanması

  1. 5 ml deiyonize su içinde 1.2 g BSA, toz seyreltilerek% 24 BSA çözeltisi hazırlayın
  2. 1 mL deiyonize Su sağlama içinde seyreltilmiş 0.1 g APS toz% 10 APS çözelti hazırlayınr
  3. Aşağıdaki sırada, 2.1 ml akrilamid çözeltisi, 1.2 ml Tris tamponu, 0.1 ml% 10 APS, 4,5 ml% 24 BSA çözeltisi ve plastik bölme içinde 3.6 ml deiyonize su karışımı
  4. 40 ° Isı, 1 saat boyunca vakum altına C ve yer
  5. PSNE 480 ul ekleyin ve iyice yavaşça plastik odasına dönen tarafından karıştırın.
  6. 12 ul TEMED ilave edin ve 2 saat için bir 12 ° C su banyosu içinde oda yerleştirmek

3. Temsilcisi Sonuçlar

Doku taklit eden hidrojel fantom ile ultrason deneyler için bir düzeneğin şematik Şekil 1 'de gösterilmiştir. Bu protokol, en azından bir hafta için çözelti içinde kararlı olan dar bir boyut dağılımı ile kaplanmış perfluorokarbonlar lipid damlacıkları ile sonuçlanır. Dinamik ışık saçılımı (90Plus Parçacık Boyutu Analiz Cihazı, Brookhaven Instruments, Holtsville, NY) ile ölçülen büyüklük dağılımı PSNE ekstrüde 100 ve 200 kullanımı için, Şekil 2 'de gösterilmiştirnm filtreler. Dinamik ışık saçılımı kullanılarak ölçülen zamanla PSNE etkin çapı, PSNE en az bir hafta boyunca istikrarlı olduğunu gösteren Tablo 1'de listelenmiştir. Bir poliakrilamid hidrojel içinde buharlaştırma önce ve sonra PSNE B-mod görüntü Şekil 3 'de gösterilmiştir. Ayrıca, bir lezyon albümin ve PSNE Şekil 4 de gösterilmiştir içeren bir poliakrilamid hidrojel HIFU-aracılı ısıtma 15 saniye ile oluşmuştur. Lezyonun asimetrik şekli ultrason yol içinde kabarcık bulut varlığı nedeniyle oluşur prefocal ısıtma bir sonucudur. Bu iletilen akustik güç azaltarak minimize edilebilir prefocal ısıtma ve baloncuklar gelen dağılım nedeniyle lezyon oluşumu dikkat etmek önemlidir.

figure-protocol-1
Şekil 1. Doku-mim ile ultrason deneyler için deney düzeneği şematik diyagramıhidrojeller Icking.

figure-protocol-2
Şekil 2. Boyut 100 nm veya 200 nm filtreler aracılığıyla çekilmiş PSNE dağıtımı, dinamik ışık saçılımı kullanılarak ölçülür. Ordinat eksenlerinin birimleri numuneden toplam dağınık ışık yoğunluğuna göre belli bir boyuttaki parçacıklar gelen dağınık ışık yoğunluğunu dayanmaktadır.

figure-protocol-3
Şekil 3,. B-mod görüntüleri bir poliakrilamid hidrojel PSNE buharlaşma (a) daha önce ve (b) sonra. Ok bir baloncuk bulut PSNE buharlaşma tarafından kuruldu fokal bir bölgenin gösterir.

figure-protocol-4
Polyacr Şekil 4. Görüntüleralbümin ve PSNE içeren ilamit hidrojel (a) 'HIFU buharlaştırma ve sonikasyon önce ve (b) sonra, ultrason ile endüklenen ısıtma sonucu olarak lezyon oluşumu ortaya koydu. Ultrason merkez frekansı 3.3 MHz idi. Ultrason sinyali ilk 30 döngü oluşuyordu, 6.4 W darbe PSNE buharlaştırmak için hemen W. 0.77 sürekli ultrason 15 sn izledi

Ekstrüzyon sonra gün 200 nm filtreli Ekstrüde 100 nm filtreli Ekstrüde
Dia ortalama. (Nm) Std. Dev. (Nm) Dia ortalama. (Nm) Std. Dev. (Nm)
1 182.9 4.9 118.0 0.9
7 177.7 2.5 124.8 3.1

Tablo 1. 100 nm ve 200 nm filtreler ile ekstrüzyon ardına ve yedi gün de çapı ve PSNE standart sapma.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Yüksek yoğunluklu odaklanmış ultrason (HIFU) termal tümörleri baskılamak için klinik olarak kullanılmaktadır. 1 lokalize ısıtma geliştirmenize ve tümörlerde termal ablasyon artırmak için, lipid kaplı perflorokarbon damlacıkları HIFU buharlaştınlabilen geliştirilmiştir. Birçok tümörün damar nedeniyle hızlı büyüme anormal sızıntılı olduğunu. Böylece 2, nanopartiküller fenestrasyonlar nüfuz ve pasif tümörler içinde birikir edebiliyoruz, gelişmiş geçirgenlik ve saklama (EPR) etkisi olarak bilinen bir s...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Çıkar çatışması ilan etti.

Teşekkürler

Bu çalışma bir BU / CIMIT Uygulamalı Sağlık Mühendisliği predoctoral Bursu, Mühendislik Katılımı Araştırma Başlatma Grant (Brige) genişleten bir Ulusal Bilim Vakfı ve Ulusal Sağlık Enstitüleri (R21EB0094930) tarafından desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Ortak Ad Üretici Kedi. Numara Tam Adı / Açıklama
DPPC Avanti Lipidler, Alabaster, AL, ABD 850355P 1,2-dipalmitoil-sn-glisero-3-fosfokolin
DSPE-PEG2000 Avanti Lipidler, Alabaster, AL, ABD 880120P 1,2-distearoil-sn-glisero-3-phosphoethanolamine-N-[metoksi (polietilen glikol) -2000] (amonyum tuzu)
DDFP Fluoromed, Round Rock, Teksas, ABD CAS: 138495-42-8 Dodecafluoropentane (C 5 F 12)
PBS Sigma-Aldrich, St Louis, MO, USA P2194 Salin Fosfat-tamponlu
Kloroform Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA 372978 Kloroform
Akrilamid Sigma-Aldrich, St Louis, MO, USA A9926 % 40 19:01 akrilamid / bis-akrilamid
Tris tampon Sigma-Aldrich, St Louis, MO, USA T2694 1 M, pH 8, trizma hidroklorid ve taban trizma
BSA Sigma-Aldrich, St Louis, MO, USA A3059 Sığır serum albümini
APS Sigma-Aldrich, St Louis, MO, USA A3678 Amonyum persülfat çözümü
TEMED Sigma-Aldrich, St Louis, MO, USA 87689 N, N, N ', N'-Tetramethylethylenediamine
Ekipman
Sonikatör (3 mm uç) Sonics & Materials, Inc, Newtown, CT, ABD Vibra-Cell
Su banyosu Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA NESLAB EX-7
Extruder Kuzey Lipidler, Burnaby, BC, Kanada LIPEX
Extruder Filtreler Whatman Piscataway, NJ, ABD # 110605 ve # 110606 Nuclepore
Extruder Tahliye Disk Sterlitech Corporation, Kent, WA, ABD # PETEDD25100
Plastik odası ABD Plastik Corporation, Lima, OH, ABD # 55288, 1 3/16 "x1 3/16" x2 7/16 "

Kaynaklar

  1. Hynynen, K., Darkazanli, A., Unger, E., Schenck, J. F. MRI-guided noninvasive ultrasound surgery. Med. Phys. 20, 107-115 (1993).
  2. Baban, D. F., Seymour, L. W. Control of tumour vascular permeability. Adv. Drug Deliv. Rev. 34, 109-119 (1998).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Williams, R. Convertible perfluorocarbon droplets for cancer detection and therapy. 2010 IEEE Ultrasonics Symposium. , (2010).
  6. 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).
  7. Giesecke, T., Hynynen, K. Ultrasound-mediated cavitation thresholds of liquid perfluorocarbon droplets in vitro. Ultrasound Med. Biol. 29, 1359-1365 (2003).
  8. 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).
  9. Sheeran, P. S. Decafluorobutane as a phase-change contrast agent for low-energy extravascular ultrasonic imaging. Ultrasound Med. Biol. 37, 1518-1530 (2011).
  10. Zhang, P. The Application of Phase-Shift Nanoemulsion in High Intensity Focused Ultrasound: An In Vitro Study [Doctoral Dissertation]. , (2011).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Lafon, C. Gel phantom for use in high-intensity focused ultrasound dosimetry. Ultrasound Med. Biol. 31, 1383-1389 (2005).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Dar Boyut Da l mDinamik I k Sa lmasEkstr zyon ProtokolLipid Kapl Damlac klarKabarc kla G lendirilmi Is tmaHIFU Termal AblasyonuPoliakrilamid Hidrojel

İlgili makaleler