Summary

Síntesis de nanoemulsiones de cambio de fase con distribuciones de tamaño estrechas para la vaporización Droplet acústica y Bubble mejorada ablación por ultrasonidos mediada

Published: September 13, 2012
doi:

Summary

Cambio de fase (nanoemulsiones PSNE) puede ser vaporizado mediante ultrasonidos focalizados de alta intensidad para mejorar la calefacción localizada y mejorar la ablación térmica en los tumores. En este informe, la preparación de PSNE estable con una distribución de tamaño estrecha se describe. Además, el impacto de PSNE vaporizado en ablación por ultrasonidos mediada se demuestra en fantasmas que imitan tejidos.

Abstract

Ultrasonido enfocado de alta intensidad (HIFU) se utiliza clínicamente para seccionan térmicamente los tumores. Para mejorar el calentamiento localizado y mejorar la ablación térmica de tumores, lípidos recubiertos con gotitas de perfluorocarbono se han desarrollado que puede ser vaporizado por HIFU. La vasculatura en muchos tumores es anormalmente permeable debido a su rápido crecimiento, y las nanopartículas son capaces de penetrar las fenestraciones y por pasiva se acumulan en los tumores. Por lo tanto, el control del tamaño de las gotitas puede resultar en una mejor acumulación dentro de los tumores. En este informe, la preparación de gotitas estables en una nanoemulsión de cambio de fase (PSNE) con una distribución de tamaño estrecha se describe. PSNE fueron sintetizados por sonicación de una solución de lípidos en presencia de perfluorocarbono líquido. Una distribución de tamaño estrecha se obtiene por extrusión de las veces PSNE múltiples utilizando filtros con tamaños de poro de 100 o 200 nm. La distribución del tamaño se midió durante un período de 7 días usando dispersión de luz dinámica. Polyachidrogeles que contienen rylamide PSNE se prepararon para los experimentos in vitro. Gotitas PSNE en los hidrogeles se vaporiza con ultrasonido y las burbujas resultantes mejoradas calentamiento localizado. Vaporizado PSNE permite un calentamiento más rápido y también reduce la intensidad de ultrasonido necesario para la ablación térmica. Así, PSNE se espera mejorar la ablación térmica de tumores, potencialmente mejorar los resultados terapéuticos de HIFU mediadas por tratamientos de ablación térmica.

Protocol

1. Preparación de Nanoemulsión Phase-shift (PSNE) Disolver 11 mg de DPPC y 1,68 mg de DSPE-PEG2000 en cloroformo Se evapora el disolvente orgánico para formar una película seca de lípido en un vaso matraz de fondo redondo Desecar la película lipídica durante la noche Rehidratar la película lipídica con 5,5 ml de salina tamponada con fosfato (PBS) Solución Calentar en un baño de agua de 45 ° C hasta que se disuelve película lipídica, agitando periódicament…

Discussion

Ultrasonido enfocado de alta intensidad (HIFU) se utiliza clínicamente para ablación térmica de tumores. 1 Para mejorar el calentamiento localizado y mejorar la ablación térmica de tumores, lípidos recubiertos con gotitas de perfluorocarbono se han desarrollado que puede ser vaporizado por HIFU. La vasculatura en muchos tumores es anormalmente permeable debido a su rápido crecimiento. 2 Por lo tanto, las nanopartículas son capaces de penetrar en las fenestraciones y una acumulación pasiva …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue apoyado por una BU / CIMIT Beca Predoctoral de Ingeniería Aplicada de Salud, la Fundación Nacional de Ciencia ampliar la participación de Investigación Iniciación Grant en Ingeniería (BRIGE), y los Institutos Nacionales de Salud (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

  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).
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Kopechek, J. A., Zhang, P., Burgess, M. T., Porter, T. M. Synthesis of Phase-shift Nanoemulsions with Narrow Size Distributions for Acoustic Droplet Vaporization and Bubble-enhanced Ultrasound-mediated Ablation. J. Vis. Exp. (67), e4308, doi:10.3791/4308 (2012).

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