Syntes av fasförskjutning nanoemulsioner med smala storleksfördelningar för akustiska Droplet förångning och Bubble-förstärkt ultraljud-medierad Ablation
Summary
Fasförskjutning nanoemulsioner (PSNE) kan förångas med hög intensitet fokuserat ultraljud för att förbättra lokal uppvärmning och förbättra termisk ablation i tumörer. I denna rapport beredningen av stabila PSNE med en smal storleksfördelning beskrivs. Dessutom är effekten av förångad PSNE på ultraljud-medierad ablation visats i vävnads-imitera spöken.
Abstract
Hög intensitet fokuserat ultraljud (HIFU) används kliniskt för att termiskt avlägsna tumörer. För att förbättra lokal uppvärmning och förbättra termisk ablation i tumörer har lipid-belagda perfluorkol droppar utvecklats som kan förångas av HIFU. Vaskulaturen i många tumörer är onormalt läckande grund av deras snabba tillväxt och nanopartiklar kan penetrera fenestrationer och passivt ackumuleras i tumörer. Sålunda, kan styra storleken på dropparna resultera i bättre ackumulering i tumörer. I denna rapport framställning av stabila droppar i en fasförskjutning nanoemulsion (PSNE) med en smal storleksfördelning beskrivs. PSNE syntetiserades genom sonikering en lipidlösning i närvaro av flytande perfluorkarbon. En snäv storleksfördelning erhölls genom strängsprutning av PSNE flera gånger med filter med porstorlekar av 100 eller 200 nm. Storleksfördelningen mättes under en 7-dagarsperiod med dynamisk ljusspridning. Polyacrylamide hydrogeler innehållande PSNE var förberedda för in vitro-försök. PSNE droppar i hydrogeler förångas med ultraljud och de resulterande bubblorna förbättras lokal uppvärmning. Förångad PSNE möjliggör snabbare uppvärmning och minskar också ultraljud intensitet som behövs för termisk ablation. Således är PSNE förväntas öka termisk ablation i tumörer, eventuellt förbättra terapeutiska resultat av HIFU-medierade termiska ablation behandlingar.
Protocol
Discussion
Hög intensitet fokuserat ultraljud (HIFU) används kliniskt för att termiskt avlägsna tumörer. För att förbättra lokal uppvärmning och förbättra termisk ablation i tumörer 1 har lipid-belagda perfluorkol droppar utvecklats som kan förångas av HIFU. Vaskulaturen i många tumörer är onormalt läckande grund av deras snabba tillväxt. 2 Sålunda nanopartiklar kan penetrera fenestrationer och passivt ackumuleras i tumörer, en process känd som den förbättrade permeabiliteten och reten…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av en BU / CIMIT Tillämpad Healthcare Engineering Predoctoral Fellowship, en National Science Foundation bredda deltagandet Forskning Inledande bidrag i teknisk (brige) och 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).
