Optik olarak aktive edilmiş perflorokarbon nanodamlacıklar, vasküler sistem dışındaki görüntüleme uygulamalarında umut vaat etmektedir. Bu makale, bu parçacıkların nasıl sentezleneceğini, poliakrilamid hayaletlerinin çapraz bağlanacağını ve sinyallerini arttırmak için damlacıkların akustik olarak nasıl modüle edileceğini gösterecektir.
Mikrokabarcıklar ultrasonda en sık kullanılan görüntüleme kontrast maddesidir. Bununla birlikte, büyüklüklerinden dolayı, vasküler bölmelerle sınırlıdırlar. Bu mikro kabarcıklar, ekstravazasyon için yeterince küçük olan ve daha sonra hedef bölgede akustik olarak tetiklenen perflorokarbon nanodamlacıklar (PFCnD’ler) olarak yoğunlaştırılabilir veya formüle edilebilir. Bu nanopartiküller, yakın kızılötesi organik boya veya nanopartiküller (örneğin, bakır sülfür nanopartikülleri veya altın nanopartiküller / nanoçubuklar) gibi bir optik emici dahil edilerek daha da geliştirilebilir. Optik olarak etiketlenmiş PFCnD’ler, optik damlacık buharlaştırma (ODV) olarak bilinen bir işlemde lazer ışınlaması yoluyla buharlaştırılabilir. Bu aktivasyon işlemi, tanısal görüntüleme için maksimum mekanik indeks eşiği altında akustik olarak buharlaştırılamayan yüksek kaynama noktalı perflorokarbon çekirdeklerin kullanılmasını sağlar. Daha yüksek kaynama noktası çekirdekleri, buharlaşmadan sonra yeniden yoğunlaşacak damlacıklarla sonuçlanır, bu da nanodamlacık formuna geri yoğuşmadan önce buharlaşmadan sonra kısa bir süre kontrast üreten PFCnD’lerin “yanıp sönmesine” neden olur. Bu işlem, talep üzerine kontrast üretmek için tekrarlanabilir, böylece hem optik hem de akustik modülasyon yoluyla arka planda serbest görüntüleme, çoklama, süper çözünürlük ve kontrast iyileştirme sağlar. Bu makale, prob sonikasyonunu kullanarak optik olarak tetiklenebilir, lipit kabuğu PFCnD’lerin nasıl sentezleneceğini, nanodamlacıkları karakterize etmek için poliakrilamid hayaletlerinin nasıl oluşturulacağını ve kontrastı iyileştirmek için ODV’den sonra PFCnD’lerin akustik olarak nasıl modüle edileceğini gösterecektir.
Mikrokabarcıklar, yumuşak dokulara kıyasla biyouyumluluğu ve mükemmel ekojenitesi nedeniyle en yaygın ultrason kontrast maddesidir. Bu, onları kan akışını, organ tanımlamasını ve diğer uygulamaları görselleştirmek için değerli araçlar haline getirir1. Bununla birlikte, rezonans frekanslarına göre görüntüleme için onları istisnai kılan boyutları (1-10 μm), uygulamalarını vaskülatür2 ile sınırlar.
Bu sınırlama, sıvı bir perflorokarbon çekirdeğin etrafına yerleştirilmiş bir yüzey aktif maddeden oluşan nano-emülsiyonlar olan PFCnD’lerin gelişmesine yol açmıştır. Bu nanopartiküller 200 nm kadar küçük boyutlarda sentezlenebilir ve tümör vaskülatüründe bulunan “sızdıran” vaskülatür veya gözeneklerden ve açık fenestrasyonlardan yararlanmak için tasarlanmıştır. Bu bozulmalar tümöre bağımlı olsa da, bu geçirgenlik, tümör 3,4’e bağlı olarak nanopartiküllerin ~ 200 nm – 1.2 μm’den ekstravazasyonuna izin verir. İlk formlarında, bu parçacıklar ultrason kontrastı çok az üretir veya hiç üretmez. Buharlaşma üzerine – akustik veya optik olarak indüklenir – çekirdek faz sıvıdan gaza değişir, 5,6,7 çapında iki buçuk ila beş kat artışa neden olur ve fotoakustik ve ultrason kontrastı üretir. Akustik buharlaştırma en yaygın aktivasyon yöntemi olsa da, bu yaklaşım buharlaşmanın görüntülenmesini sınırlayan akustik eserler yaratır. Ek olarak, çoğu perflorokarbon,8’i buharlaştırmak için güvenlik eşiğinin ötesinde mekanik bir indekse sahip odaklanmış ultrason gerektirir. Bu, mikrokabarcıkların nanodamlacıklara yoğunlaştırılmasıyla sentezlenebilen daha düşük kaynama noktası PFCnD’lerin gelişmesine yol açmıştır9. Bununla birlikte, bu damlacıklar daha uçucudur ve kendiliğinden buharlaşmaya maruz kalır10.
Öte yandan, optik damlacık buharlaşması (ODV), nanopartiküller 11,12,13 veya boya 6,14,15 gibi bir optik tetikleyicinin eklenmesini gerektirir ve ANSI güvenlik sınırı 11 içindeki akıcılıkları kullanarak daha yüksek kaynama noktası perflorokarbonlarını buharlaştırabilir. Daha yüksek kaynama noktası çekirdekleriyle sentezlenen PFCnD’ler daha kararlıdır ve buharlaşmadan sonra yeniden yoğunlaşır, arka planda olmayan görüntüleme16, çoklama17 ve süper çözünürlüklü18’e izin verir. Bu tekniklerin en büyük sınırlamalarından biri, yüksek kaynama noktası PFCnD’lerin buharlaşmadan sonra sadece kısa bir zaman diliminde, milisaniye19 ölçeğinde ekojenik olması ve nispeten soluk olmasıdır. Bu sorun, tekrarlanan buharlaşmalar ve ortalamalar yoluyla hafifletilebilirken, damlacık sinyalinin algılanması ve ayrılması bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Nabız inversiyonundan ilham alarak, ultrason görüntüleme nabzının fazını değiştirerek süre ve kontrast arttırılabilir19. Ultrason görüntüleme nabzını nadir faz (n-pulse) ile başlatarak, buharlaştırılmış PFCnD’lerin hem süresi hem de kontrastı artar. Buna karşılık, ultrason görüntüleme darbesini bir sıkıştırma fazı (p-darbesi) ile başlatmak, kontrastın azalmasına ve sürenin kısalmasına neden olur. Bu makalede, optik olarak tetiklenebilir perflorokarbon nanodamlacıkların, görüntülemede yaygın olarak kullanılan poliakrilamid hayaletlerin nasıl sentezleneceği açıklanacak ve akustik modülasyon yoluyla kontrast artışı ve gelişmiş sinyal ömrünün nasıl gösterileceği anlatılacaktır.
Prob sonikasyonu, PFCnD’leri imal etmek için nispeten basit ve öğrenmesi kolay bir yöntemdir. Dikkat edilmesi gereken birkaç adım vardır. Kloroform kullanıldığında, uçucu olduğu ve standart hava yer değiştirmeli pipetlerden “sızacağı” için pozitif yer değiştirmeli pipet veya cam şırıngaların kullanılması zorunludur. Ayrıca, pozitif bir yer değiştirme kullanılıyorsa, kloroform olarak uygun bir ucun kullanıldığından emin olun, bu da kirleticileri çözeltiye sokabilecek çoğu plastik uc…
The authors have nothing to disclose.
Çalışma kısmen BCRF-20-043 hibesi altında Meme Kanseri Araştırma Vakfı tarafından desteklenmiştir.
Ammonium Persulfate (APS) | VWR | 97064-592 | |
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC) | Avanti Polar Lipids | 850365C | Lipids, these can be purchased suspended in chloroform or in powder form. For long term storage, powder form is the best but chloroform is more practical. |
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (ammonium salt) (DSPE-PEG) | Avanti Polar Lipids | 880120C | Lipids, these can be purchased suspended in chloroform or in powder form. For long term storage, powder form is the best but chloroform is more practical. |
Acrylamide : Bisacrylamide solution (19:1) 40% (w/v), OmniPur® | VWR | EM-1300 | acrylamide solution, lower concentration/ powder |
IR-1048 | Sigma | 405175 | Infrared dye |
L11-4v | Verasonics | – | ultrasound linear array transducer |
Microtip 1/8" | Qsonica LLC | 4418 | microtip for probe sonicator |
N, N, N′, N′ -Tetramethylethylenediamine (TEMED) | VWR | 97064-902 | Used to polymerize polyacrylamide by forming free radicals in the presence of ammonium persulfate |
Nova II | Ophir-Spiricon | 7Z01550 | laser power meter |
Perfluorohexane | Fluoromed | APF-60M | perfluorocarbon liquid |
Phosphate buffered saline (PBS) tablets | VWR | 97062-732 | Tablets used to make PBS |
Q500 | Qsonica LLC | Q500-110 | Probe sonicator |
Silica gel | Sigma-Aldrich | 288500 | 2-25 μm particle size |
Tempest 30 | New wave research | – | Pulsed laser system |
Vantage 128 | Verasonics | – | research ultrasound imaging system |
Zetasizer Nano ZS | Malvern Instruments Ltd | – | Makes size measurements based on dynamic light scattering |