Introduktion till Ultraljud Riktade mikrobubblor Destruction Teknik
Summary
Ultraljud Riktade mikrobubblor Destruction (UTMD) kan användas för att direkt platsspecifika leverans av bioaktiva molekyler inklusive terapeutiska gener till målorgan tillgänglig för ultraljud, såsom hjärta och lever<sup> 1-6</sup>.
Abstract
I UTMD, bioaktiva molekyler, såsom negativt laddade plasmid-DNA vektorer kodar en gen, läggs till katjoniska skal av lipid mikrobubblor kontrastmedel 7-9. Hos möss dessa vektor som bär mikrobubblor kan ges intravenöst eller direkt till vänster kammare i hjärtat. I större djur de kan också infunderas genom en intrakoronar kateter. Den efterföljande leverans från cirkulationen till ett målorgan sker genom akustisk kavitation vid en resonansfrekvens av mikrobubblor. Det verkar troligt att den mekaniska energi som genereras av mikrobubblor förstörelsen resulterar i övergående porbildning i eller mellan endotelcellerna i mikrocirkulation i målregionen 10. Som en följd av detta sonoporation effekt är transfektion effektivitet i och över endotelceller förstärkas och transgen-kodning vektorer sätts in på den omgivande vävnaden. Plasmid DNA som kvarblir i cirkulationen snabbt bryts ned av nukleaser i blodet, vilket ytterligare minskar sannolikheten för leverans till icke-sonicated vävnader och leder till mycket specifika mål-organ transfektion.
Protocol
Discussion
UTMD representerar ett nytt sätt att genen leverans. Som en plattform teknik kan kombineras med någon av de många potentiella strategier genterapi, för att leverera en myriad av bioaktiva molekyler då en hög grad av vävnadsspecificitet önskas. De viktigaste biologiska begränsningen av tekniken är den låga effektiviteten i transfektion. En annan viktig faktor är tillgängligheten till målorganet för ultraljud, vilket kan kraftigt minskas genom att ingripa ben eller luft. Tekniken kräver optimering av tekni…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bevilja stöd har omfattat NHLBI HL080532, HL073449 NHLBI, NCRR RR16453 och en AHA National Grant-in stödet (till RVS). Ett speciellt tack utvidgas till distanskursen Design och Consulting (DCDC) grupp, dcdcgroup.org, för deras hjälp med videoproduktion och till US Department of Education Grant Nej P336C050047 som grundade DCDC.
Materials
| Name of the reagent/equipment | Company | Catalogue number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine | Sigma-Aldrich | P-5911 | component of the microbubble lipid shell |
| 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphatidylethanolamine | Sigma-Aldrich | P-3275 | component of the microbubble lipid shell |
| glucose | Sigma-Aldrich | G5400 | thought to stabilize the microbubbles |
| phosphate-buffered saline | Sigma-Aldrich | P5368 | |
| glycerol | Sigma-Aldrich | G5516 | believed to prevent microbubbles from coalescing |
| Octafluoropropane gas | AirGas | N/A | inert gas used in clinical applications |
| VialMix dental amalgamator | Bristol-Myers Squibb | N/A | |
| 1 MHz, 13mm, unfocused transducer | Olympus | A303S-SU | |
| 20 MHz Function/Arbitrary Waveform Generator | Agilent | 33220A | |
| Power Amplifier | Krohn-Hite Co. | Model 7500 | |
| Hydrophone | Bruel and Kjaer | Type 1803 | |
| Charge Amplifier | Bruel and Kjaer | Type 2634 | |
| 500 MHz Oscilloscope | LeCroy | 9354L | |
| VisualSonics’ Vevo 2100 Imaging System with 34 MHz transducer | VisualSonics | 2100 | |
| 27G one inch tail vein catheters | VisualSonics | N/A | |
| Genie Plus infusion pump | Kent Scientific | GENIE |
References
- Bekeredjian, R., Chen, S., Frenkel, P. A., Grayburn, P. A., Shohet, R. V. Ultrasound-targeted microbubble destruction can repeatedly direct highly specific plasmid expression to the heart. Circulation. 108, 1022-1026 (2003).
- Bekeredjian, R., Katus, H. A., Kuecherer, H. F. Therapeutic use of ultrasound targeted microbubble destruction: a review of non-cardiac applications. Ultraschall Med. 27, 134-140 (2006).
- Chen, S. Regeneration of pancreatic islets in vivo by ultrasound-targeted gene therapy. Gene Ther. 17, 1411-1420 (2010).
- Miao, C. H. Ultrasound enhances gene delivery of human factor IX plasmid. Hum Gene Ther. 16, 893-905 (2005).
- Shimoda, M., Chen, S., Noguchi, H., Matsumoto, S., Grayburn, P. A. In vivo non-viral gene delivery of human vascular endothelial growth factor improves revascularisation and restoration of euglycaemia after human islet transplantation into mouse liver. Diabetologia. 53, 1669-1679 (2010).
- Shohet, R. V. Echocardiographic destruction of albumin microbubbles directs gene delivery to the myocardium. Circulation. 101, 2554-2556 (2000).
- Sirsi, S., Borden, M. Microbubble Compositions, Properties and Biomedical Applications. Bubble Sci Eng Technol. 1, 3-17 (2009).
- Li, H. L. Ultrasound-targeted microbubble destruction enhances AAV-mediated gene transfection in human RPE cells in vitro and rat retina in vivo. Gene Ther. 16, 1146-1153 (2009).
- Lindner, J. R. Microbubbles in medical imaging: current applications and future directions. Nat Rev Drug Discov. 3, 527-532 (2004).
- Newman, C. M., Bettinger, T. Gene therapy progress and prospects: ultrasound for gene transfer. Gene Ther. 14, 465-475 (2007).
- Vancraeynest, D. Myocardial injury induced by ultrasound-targeted microbubble destruction: evidence for the contribution of myocardial ischemia. Ultrasound Med Biol. 35, 672-679 (2009).
