وقد شمل الدعم منحة NHLBI HL080532 ، NHLBI HL073449 ، NCRR RR16453 ، والمنحة الوطنية AHA في جائزة المعونة (لRVS). مدد شكر خاص لتصميم ملعب المسافة والاستشارات (DCDC) المجموعة ، dcdcgroup.org ، لمساعدتها في إنتاج الفيديو ، وإلى وزارة التعليم الأمريكية منحة رقم P336C050047 التي أسست DCDC.

1. Microbubble إعداد المخزون <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في 10 مليليتر من مزيج PBS 200 ملغ 1،2 - dipalmitoyl - SN - glycero - 3 - فسفاتيديل كولين و 50 ملغ ، 1،2 dipalmitoyl - SN - glycero - 3 - فسفاتيديل إيثانولامين مع الجلوكوز ز 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسخين الخليط في الماء المغلي 20-30 دقيقة حمام ، ماصة خلط كل 5 دقائق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ويمكن تخزين الحل في 4 درجة مئوية لمدة تصل إلى 6 أشهر. </li></ol> 2. إعداد Microbubble <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اتخاذ ميكرولتر 250 من محلول المخزون microbubble إعداد واحتضان عند 40 درجة مئوية لمدة 15 دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ثم يتم نقل الحل قبل تحسنت microbubble إلى 1.5 مل microtube يحتوي على 50 ميكرولتر من الجلسرين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 1-2 ملغ من الحمض النووي بلازميد ترميز المنقى تعبير عن بناء هذا الجين من الفائدة (المنقى في هذا المثال من قبل عدة الذيفان الداخلي Qiagen MegaPrep الحرة ، Qiagen ، جيرمانتاون ، دكتوراه في الطب ، مع تركيز الأمثل لل4mg/ml). يضاف 2.4) الفوسفات مخزنة المالحة إلى الحجم النهائي من 500 ميكرولتر. وتستخدم الذيفان الداخلي مجانا maxipreps Qiagen ، فضلا عن برنامج تلفزيوني العقيمة من أجل ضمان العقم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ثم يتم استبدال الهواء في microtube Octafluoropropane بالغاز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تهتز بقوة ثم microtube ملغام في طب الأسنان لمدة 20 ثانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ومن ثم المتبقية التي تحتوي على الحمض النووي غمير والعازلة التي لم منضمة إلى microbubbles إزالتها بعناية ، ويتم غسل طبقة microbubble ثلاث مرات مع برنامج تلفزيوني العقيمة لإزالة الحمض النووي غير مرتبط ، ووضعها على الجليد بين كل دورة غسيل. نحن عادة ما يحقق الكفاءة الملزمة 30-40 ٪. كل الكواشف ومعقمة ويتم الحرص على تقليل التلوث. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ثم توضع في بلازميد الحمض النووي ملزمة microbubbles على الجليد لمدة تصل إلى ساعتين حتى الاستخدام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يمكن استخدام غمير إزالتها من microtube بعد مزجها ويغسل PBS ، لتحديد تركيز الحمض النووي غير منضم ، وكذلك المبلغ ملزمة تستند إلى تركيز الأولية المعروفة ، عن طريق قياس كثافة بصرية لهذا الحل في طول موجة من 260nm به a معمل. </li></ol> 3. معايرة المعدات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل أول استخدام ، والتجويف ميغاهرتز 1 محول يحتاج إلى معايرة لضمان مؤشر ميكانيكية سليمة وتكرار النبض. تم توصيل submergible 1 ميغاهيرتز ، 13mm ، محول غير مركزة على وظيفة 20 ميغاهرتز / التعسفي مولد الموجي من خلال مكبر للصوت السلطة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم وضع محول في وعاء من البلاستيك مليئة بالماء ، تهدف بصورة مباشرة في السمع المائي ، الذي تم توصيله إلى 500 ميغاهيرتز الذبذبات عبر مكبر للصوت الاتهام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الموجي ، ويمكن جميع الترددات والسعة ، ودورة الاندفاع ، وتضخيم السلطة يمكن تعديلها للحصول على دورة العمل المناسب والأمثل لمؤشر الميكانيكية في التجويف microbubbles. عن هذه التجربة وجه الخصوص ، نحن معايرة نظام لمؤشر الميكانيكية يعادل 1،3 ~ في 1 ميغاهيرتز. </li></ol> 4. Microbubble التسليم وUTMD <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل التسليم وmicrobubble UTMD ، تم C57BL / 6 تخدير الفئران مع 100mg/kg زيلازين الكيتامين و5mg/kg IP عن طريق الحقن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كانت تدار عن طريق الوريد Microbubble التسليم عن طريق الحقن المباشر في البطين الأيسر من القلب ، أو من خلال قسطرة الوريد الذيل. لحقن القلب مباشرة ، يتم حقن حجم ما يصل الى 100 ​​ميكرولتر من محلول الحمض النووي البلازميد microbubble محملة من خلال إبرة قياس 30 المدرجة في المساحة الأمامية ال 4 الوربية تحت التصور بالموجات فوق الصوتية في البطين الأيسر من القلب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> والبلعة حل microbubble الناجمة عن الحقن بين البطينين الأيسر هو تصور باستخدام Visual سياتل &#39;38 ميغاهيرتز الموجات فوق الصوتية عالية التردد محول وضعت في موقف ثابت على الصدر من الماوس في منظور طويل محور باستخدام VisualSonics&quot; VEVO نظام التصوير 2100. جميع المحاقن والإبر المعقمة هي وتأمين أفضل بيئة ممكنة لالعقيمة هذه الحقن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مباشرة بعد الحقن ، ويتم التدمير لmicrobubble ~ 5 دقائق باستخدام الثانية ، بحجم أصغر محول التردد المنخفض 1.0 ميغاهيرتز الذي عقد مباشرة على الجهاز المطلوب ، وتستهدف تدمير لهذه المنطقة. في هذا المثال ، كانت تدار من الموجات فوق الصوتية للكبد في نبض تردد تكرار 1.0 ميغاهرتز ، مع ما يعادل مؤشر ميكانيكية ل1،3-1،5 تقريبا ، وفترة تكرار النبضة 100 مللي لكل دورة 20. بدلا من ذلك ، يمكن أن يكون نبض بوابات لتخطيط القلب من الفأرة (لا يظهر في هذه التجربة) إلى انفجار الإطارات من 3 الموجات فوق الصوتية ، في كل دورة 4-6 القلب. علينا الحصول على قدر أكبر من الكفاءة مع ترنسفكأيشن من البروتوكولات التي تسمح للسرير الشعرية لإعادة ملء مع فقاعات بين رشقات نارية من الموجات فوق الصوتية. </li></ol> 5. البديل أسلوب التسليم اخترنا لتسليط الضوء على الحقن بين البطينين بسبب تعقيد الإجراءات ، ولكن في كثير من الحالات ، مثل التسريب المطول للmicrobubbles ، وريد في الذيلjection هو الأسلوب المفضل. للأسلوب الذيل الوريد microbubble التسليم ، والفأر هو تخدير بنفس الطريقة. تم توصيل حقنة تحتوي على البلازميد الحمض النووي ملزمة microbubbles لقسطرة الوريد إبرة قياس 27 / الذيل. يتم إدخال القسطرة في الوريد الذيل الثالث القاصية من أوردة الأطراف إما إلى اليمين أو اليسار أن طول ذيل الفأر. يتم وضع الحقنة التي تحتوي على microbubbles في مضخة التسريب التي تدير تلقائيا حجم موحد من الحل مسبقا على مدى فترة زمنية محددة مسبقا. نحن عادة ما لبث 200 300μl بمعدل 3ml/hour. استخدام الحيوان وقد تم التعامل مع جميع الحيوانات وفقا للممارسات الجيدة الحيوان على النحو الذي حدده الوطنية ذات الصلة و / أو الهيئات المحلية الرفق بالحيوان ، وتمت الموافقة على جميع الحيوانات التي تعمل اللجنة المناسبة (جامعة هاواي رعاية الحيوان المؤسسي ولجنة استخدام ورقم الموافقة 07-100 -3). وقد استخدم التخدير المناسب (الكيتامين / zylazine) والمسكنات (Bupivicaine والبوبرينورفين) كانت متوفرة ، ولكن ليس المطلوب. 6. ممثل النتائج : ويمكن تقييم فعالية التسليم UTMD بوساطة الحمض النووي بلازميد من خلال مجموعة متنوعة من أساليب وهذا يتوقف على الجينات المشفرة في بناء هذا النحو ، ولكن ليس على سبيل الحصر ؛ luciferase المجراة في مجال التصوير ، B - غال تلطيخ فيفو السابقين ، و / أو immunohistology. على وجه الخصوص ، في مجال التصوير تلألؤ بيولوجي فيفو يسمح احد لرصد وجود ومدتها التعبير الجيني في الفئران transfected متسلسل مع ترميز البلازميد جين مراسل bioluminescent (luciferase). وXenogen وفي فيفو نظام تصوير (IVIS) (الفرجار العلوم الحياتية ، Hopkinton ، MA) يستخدم لتصوير bioluminescent. وتؤخذ عادة لوحات لجميع الفئران في اليوم الأول بعد ترنسفكأيشن بوساطة UTMD وتتكرر كل ثلاثة او اربعة ايام حتى bioluminescent التعبير الجيني لم يعد يمكن كشفها بصريا من خلال نظام (الشكل 1). للتحضير لتصوير bioluminescent الفئران ، الفئران تتلقى أولا حقن IP لمراسل luciferase التحقيق مد luciferin (الفرجار علوم الحياة) ويتم بعد ذلك تخدير ~ 3 دقائق. يسمح Biodistribution الركيزة D - luciferin المضي قدما لمدة 10 دقائق قبل ~ يوضع الحيوان في غرفة التصوير IVIS وأخذ صورة مسح كامل الجسم. خلال عملية الاستحواذ ، ويتم قياس الفوتونات المنبعثة من luciferase يراعة / D - luciferin تفاعل كيميائي ضوئي. الشكل 1 يوضح أيضا الأنواع IVIS التصوير bioluminescent الكبد UTMD التالية ، والشكل 2 هو epifluorescence (100X) صورة الكبد transfected ان استخدام أجسام مضادة لمكافحة luciferase الابتدائي (سيغما الدريخ) وAlexFluor - 568 الضد الثانوية مترافق (Invitrogen) . فمن الواضح أن نرى أن تتوسط كبد UTMD ترنسفكأيشن أثرت ليس فقط على خلايا بطانة الأوعية الدموية ، ولكن hepatocyes كذلك. <img src="/files/ftp_upload/2963/2963fig1.jpg" alt="الشكل 1" /> الشكل 1 UTMD Xenogen / IVIS تصوير القلب الفئران التي عولجت (A) فأرة التحكم السلبية :. البلازميد + PBS تليها الموجهة UTMD القلب ، (B) ماوس العلاج : البلازميد + Microbubbles تليها الموجهة UTMD القلب ، و (ج) معاملة ماوس : توجه UTMD Microbubbles + البلازميد تليها الكبد. <img src="/files/ftp_upload/2963/2963fig2.jpg" alt="الشكل 2" /> الشكل 2. المناعية من UTMD الكبد (المضادة للluciferase باللون الأحمر) : (أ) مع عدم وجود البلازميد UTMD ، و (B) مع البلازميد UTMD. صورة مبائر (100X) ؛ النوى ودابي الأزرق الملون.

<ol>
	<li>Bekeredjian, R., Chen, S., Frenkel, P. A., Grayburn, P. A., Shohet, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound-targeted+microbubble+destruction+can+repeatedly+direct+highly+specific+plasmid+expression+to+the+heart.">Ultrasound-targeted microbubble destruction can repeatedly direct highly specific plasmid expression to the heart.</a> Circulation. 108, 1022-1026 (2003).</li><li>Bekeredjian, R., Katus, H. A., Kuecherer, H. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Therapeutic+use+of+ultrasound+targeted+microbubble+destruction:+a+review+of+non-cardiac+applications.">Therapeutic use of ultrasound targeted microbubble destruction: a review of non-cardiac applications.</a> Ultraschall Med. 27, 134-140 (2006).</li><li>Chen, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regeneration+of+pancreatic+islets+in+vivo+by+ultrasound-targeted+gene+therapy.">Regeneration of pancreatic islets in vivo by ultrasound-targeted gene therapy.</a> Gene Ther. 17, 1411-1420 (2010).</li><li>Miao, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound+enhances+gene+delivery+of+human+factor+IX+plasmid.">Ultrasound enhances gene delivery of human factor IX plasmid.</a> Hum Gene Ther. 16, 893-905 (2005).</li><li>Shimoda, M., Chen, S., Noguchi, H., Matsumoto, S., Grayburn, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=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.">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.</a> Diabetologia. 53, 1669-1679 (2010).</li><li>Shohet, R. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Echocardiographic+destruction+of+albumin+microbubbles+directs+gene+delivery+to+the+myocardium.">Echocardiographic destruction of albumin microbubbles directs gene delivery to the myocardium.</a> Circulation. 101, 2554-2556 (2000).</li><li>Sirsi, S., Borden, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbubble+Compositions,+Properties+and+Biomedical+Applications.">Microbubble Compositions, Properties and Biomedical Applications.</a> Bubble Sci Eng Technol. 1, 3-17 (2009).</li><li>Li, H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound-targeted+microbubble+destruction+enhances+AAV-mediated+gene+transfection+in+human+RPE+cells+in+vitro+and+rat+retina+in+vivo.">Ultrasound-targeted microbubble destruction enhances AAV-mediated gene transfection in human RPE cells in vitro and rat retina in vivo.</a> Gene Ther. 16, 1146-1153 (2009).</li><li>Lindner, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microbubbles+in+medical+imaging:+current+applications+and+future+directions.">Microbubbles in medical imaging: current applications and future directions.</a> Nat Rev Drug Discov. 3, 527-532 (2004).</li><li>Newman, C. M., Bettinger, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+therapy+progress+and+prospects:+ultrasound+for+gene+transfer.">Gene therapy progress and prospects: ultrasound for gene transfer.</a> Gene Ther. 14, 465-475 (2007).</li><li>Vancraeynest, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Myocardial+injury+induced+by+ultrasound-targeted+microbubble+destruction:+evidence+for+the+contribution+of+myocardial+ischemia.">Myocardial injury induced by ultrasound-targeted microbubble destruction: evidence for the contribution of myocardial ischemia.</a> Ultrasound Med Biol. 35, 672-679 (2009).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

UTMD يمثل نهجا جديدا لتوصيل الجينات. كما يمكن أن تكون منصة تقنية دمجتها مع أي من العديد من الاستراتيجيات المحتملة للعلاج الجيني ، لتقديم عدد لا يحصى من الجزيئات النشطة بيولوجيا عند المطلوب على درجة عالية من الدقة الأنسجة. القيد الرئيسي للتقنية البيولوجية هو انخفاض كفا...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><th> اسم كاشف / المعدات </th><th> شركة </th><th> فهرس العدد </th><th> تعليقات </th></tr><tr><td> 1،2 - dipalmitoyl - SN - glycero - 3 - فسفاتيديل كولين </td><td> سيغما الدريخ </td><td> P - 5911 </td><td> مكون من الدهون قذيفة microbubble </td></tr><tr><td> 1،2 - dipalmitoyl - SN - glycero - 3 - فسفاتيديل إيثانولامين </td><td> سيغما الدريخ </td><td> P - 3275 </td><td> مكون من الدهون قذيفة microbubble </td></tr><tr><td> جلوكوز </td><td> سيغما الدريخ </td><td> G5400 </td><td> الفكر لتحقيق الاستقرار في microbubbles </td></tr><tr><td> الفوسفات مخزنة المالحة </td><td> سيغما الدريخ </td><td> P5368 </td><td></td></tr><tr><td> الغليسيرول </td><td> سيغما الدريخ </td><td> G5516 </td><td> يعتقد لمنع microbubbles من ائتلافه </td></tr><tr><td> Octafluoropropane الغاز </td><td> AirGas </td><td> N / A </td><td> خاملة الغاز المستخدمة في التطبيقات السريرية </td></tr><tr><td> VialMix الأسنان ملغام </td><td> بريستول مايرز سكويب </td><td> N / A </td><td></td></tr><tr><td> 1 ميغاهيرتز ، 13mm ، محول غير مركزة </td><td> اوليمبوس </td><td> A303S - SU </td><td></td></tr><tr><td> 20 ميغاهيرتز وظيفة / التعسفي مولد الموجي </td><td> اجيلنت </td><td> 33220A </td><td></td></tr><tr><td> السلطة مكبر للصوت </td><td> كرون - هايت شركة </td><td> نموذج 7500 </td><td></td></tr><tr><td> مائي </td><td> وBruel كيير </td><td> اكتب 1803 </td><td></td></tr><tr><td> تهمة مكبر للصوت </td><td> وBruel كيير </td><td> اكتب 2634 </td><td></td></tr><tr><td> 500 ميغاهيرتز راسمة الذبذبات </td><td> LeCroy </td><td> 9354L </td><td></td></tr><tr><td> VisualSonics &quot;VEVO نظام التصوير 2100 مع محول 34 ميغا هرتز </td><td> VisualSonics </td><td> 2100 </td><td></td></tr><tr><td> 27G one الوريد الذيل بوصة القسطرة </td><td> VisualSonics </td><td> N / A </td><td></td></tr><tr><td> المارد بلس مضخة التسريب </td><td> كينت العلمية </td><td> GENIE </td><td></td></tr></tbody></table>

introduction to the ultrasound targeted microbubble destruction technique

في الجزيئات ، UTMD النشطة بيولوجيا ، مثل الحمض النووي سالبة الشحنة ناقلات البلازميد ترميز الجينات في المصالح ، تضاف إلى قذائف الموجبة من الدهون عوامل التباين microbubble 7-9. في الفئران يمكن أن تدار هذه microbubbles ناقلات تحمل عن طريق الوريد أو مباشرة إلى البطين الأيسر من القلب. ويمكن في جو من الحيوانات أيضا أن تكون عن طريق القسطرة غرست intracoronary. تسليم لاحقة من الدورة الدموية إلى الجهاز المستهدف يحدث من قبل التجويف الصوتية على تردد الرنين لmicrobubbles. يبدو من المرجح أن الطاقة الميكانيكية التي تولدها نتائج الدمار microbubble في تشكيل مسام عابرة أو بين الخلايا البطانية من microvasculature من المنطقة المستهدفة 10. نتيجة لهذا التأثير sonoporation ، هو تعزيز الكفاءة في ترنسفكأيشن وعبر الخلايا البطانية ، وتترسب التحوير ترميز نواقل في الأنسجة المحيطة. DNA البلازميد المتبقية في الدورة الدموية والتي تدهورت بفعل nucleases بسرعة في الدم ، مما يقلل من احتمال مزيد من التسليم لغير sonicated الأنسجة وتؤدي إلى الجهاز ترنسفكأيشن المستهدفة محددة للغاية.

Watch this Scientific Journal Video about Introduction to the Ultrasound Targeted Microbubble Destruction Technique at JoVE.com

Introduction to the Ultrasound Targeted Microbubble Destruction Technique

ويمكن استخدام الموجات فوق الصوتية تدمير Microbubble المستهدفة (UTMD) لتوجيه محدد موقع التسليم من الجزيئات النشطة بيولوجيا ، بما في ذلك الجينات العلاجية ، لهدف الوصول إلى أجهزة الموجات فوق الصوتية ، مثل القلب والكبد<sup&gt; 1-6</sup&gt;.

مقدمة لتقنية الموجات فوق الصوتية مستهدفة تدمير Microbubble

In UTMD, bioactive molecules, such as negatively charged plasmid DNA vectors encoding a gene of interest, are added to the cationic shells of lipid ...

introduction-to-ultrasound-targeted-microbubble-destruction

Research

JoVE Journal

Bioengineering

15.4K Views.  University of Hawaii. ويمكن استخدام الموجات فوق الصوتية تدمير Microbubble المستهدفة (UTMD) لتوجيه محدد موقع التسليم من الجزيئات النشطة بيولوجيا ، بما في ذلك الجينات العلاجية ، لهدف الوصول إلى أجهزة الموجات فوق الصوتية ، مثل القلب والكبد 1-6.

Video: Introduction to the Ultrasound Targeted Microbubble Destruction Technique

Contrast Ultrasound Targeted Treatment of Gliomas in Mice via Drug-Bearing Nanoparticle Delivery and Microvascular Ablation

We are developing minimally-invasive contrast agent microbubble based therapeutic approaches in which the permeabilization and/or ablation of the microvasculature are controlled by varying ultrasound pulsing parameters.  Specifically, we are testing whether such approaches may be used to treat malignant brain tumors through drug delivery and microvascular ablation.  Preliminary studies have been performed to determine whether targeted drug-bearing nanoparticle delivery can be facilitated by the ultrasound mediated destruction of "composite" delivery agents comprised of 100nm poly(lactide-co-glycolide) (PLAGA) nanoparticles that are adhered to albumin shelled microbubbles. We denote these agents as microbubble-nanoparticle composite agents (MNCAs). When targeted to subcutaneous C6 gliomas with ultrasound, we observed an immediate 4.6-fold increase in nanoparticle delivery in MNCA treated tumors over tumors treated with microbubbles co-administered with nanoparticles and a 8.5 fold increase over non-treated tumors. Furthermore, in many cancer applications, we believe it may be desirable to perform targeted drug delivery in conjunction with ablation of the tumor microcirculation, which will lead to tumor hypoxia and apoptosis. To this end, we have tested the efficacy of non-theramal cavitation-induced microvascular ablation, showing that this approach elicits tumor perfusion reduction, apoptosis, significant growth inhibition, and necrosis. Taken together, these results indicate that our ultrasound-targeted approach has the potential to increase therapeutic efficiency by creating tumor necrosis through microvascular ablation and/or simultaneously enhancing the drug payload in gliomas.

Insonation of microbubbles is a promising strategy for tumor ablation at reduced time-averaged acoustic powers, as well as for the targeted delivery of therapeutics. The purpose of the present study is to develop low duty cycle ultrasound pulsing strategies and nanocarriers to maximize non-thermal microvascular ablation and payload delivery to subcutaneous C6 gliomas.

الموجات فوق الصوتية على النقيض المستهدفة علاج الاورام الدبقية في الفئران عن طريق تسليم المخدرات جسيمات متناهية الصغر ، إذ تضع وتذرية الاوعية الدموية الدقيقة

We are developing minimally-invasive contrast agent microbubble based therapeutic approaches in which the permeabilization and/or ablation of the ...

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic valve leaflets are composed of interstitial cells suspended within an extracellular matrix (ECM) and are lined with an endothelial cell monolayer. The valve withstands a harsh, dynamic environment and is constantly exposed to shear, flexion, tension, and compression. Research has shown calcific lesions in diseased valves occur in areas of high mechanical stress as a result of endothelial disruption or interstitial matrix damage1-3. Hence, it is not surprising that epidemiological studies have shown high blood pressure to be a leading risk factor in the onset of aortic valve disease4. 
The only treatment option currently available for valve disease is surgical replacement of the diseased valve with a bioprosthetic or mechanical valve5. Improved understanding of valve biology in response to physical stresses would help elucidate the mechanisms of valve pathogenesis. In turn, this could help in the development of non-invasive therapies such as pharmaceutical intervention or prevention. Several bioreactors have been previously developed to study the mechanobiology of native or engineered heart valves6-9. Pulsatile bioreactors have also been developed to study a range of tissues including cartilage10, bone11 and bladder12. The aim of this work was to develop a cyclic pressure system that could be used to elucidate the biological response of aortic valve leaflets to increased pressure loads. 
The system consisted of an acrylic chamber in which to place samples and produce cyclic pressure, viton diaphragm solenoid valves to control the timing of the pressure cycle, and a computer to control electrical devices. The pressure was monitored using a pressure transducer, and the signal was conditioned using a load cell conditioner. A LabVIEW program regulated the pressure using an analog device to pump compressed air into the system at the appropriate rate. The system mimicked the dynamic transvalvular pressure levels associated with the aortic valve; a saw tooth wave produced a gradual increase in pressure, typical of the transvalvular pressure gradient that is present across the valve during diastole, followed by a sharp pressure drop depicting valve opening in systole. The LabVIEW program allowed users to control the magnitude and frequency of cyclic pressure. The system was able to subject tissue samples to physiological and pathological pressure conditions. This device can be used to increase our understanding of how heart valves respond to changes in the local mechanical environment.

Design of a Cyclic Pressure Bioreactor for the Ex Vivo Study of Aortic Heart Valves

A cyclic pressure bioreactor capable of subjecting heart valve tissue to physiological and pathological pressure conditions has been designed. A LabVIEW program allows users to control pressure magnitude, amplitude and frequency. This device can be used to study the mechanobiology of heart valve tissue or isolated cells.

تصميم مفاعل حيوي لضغط الدوري السابقين فيفو دراسة صمامات القلب الأورطي

The aortic valve, located between the left ventricle and the aorta, allows for unidirectional blood flow, preventing backflow into the ventricle. Aortic ...

Analysis of Targeted Viral Protein Nanoparticles Delivered to HER2+ Tumors

The HER2+ tumor-targeted nanoparticle, HerDox, exhibits tumor-preferential accumulation and tumor-growth ablation in an animal model of HER2+ cancer. HerDox is formed by non-covalent self-assembly of a tumor targeted cell penetration protein with the chemotherapy agent, doxorubicin, via a small nucleic acid linker. A combination of electrophilic, intercalation, and oligomerization interactions facilitate self-assembly into round 10-20 nm particles. HerDox exhibits stability in blood as well as in extended storage at different temperatures. Systemic delivery of HerDox in tumor-bearing mice results in tumor-cell death with no detectable adverse effects to non-tumor tissue, including the heart and liver (which undergo marked damage by untargeted doxorubicin). HER2 elevation facilitates targeting to cells expressing the human epidermal growth factor receptor, hence tumors displaying elevated HER2 levels exhibit greater accumulation of HerDox compared to cells expressing lower levels, both in vitro and in vivo. Fluorescence intensity imaging combined with in situ confocal and spectral analysis has allowed us to verify in vivo tumor targeting and tumor cell penetration of HerDox after systemic delivery. Here we detail our methods for assessing tumor targeting via multimode imaging after systemic delivery.

This article details the procedures for optical imaging analysis of the tumor-targeted nanoparticle, HerDox. In particular, detailed use of the multimode imaging device for detecting tumor targeting and assessing tumor penetration is described here.

تحليل المستهدفة البروتين الفيروسي النانوية يسلم إلى HER2 + أورام

The HER2+ tumor-targeted nanoparticle, HerDox, exhibits tumor-preferential accumulation and tumor-growth ablation in an animal model of HER2+ cancer. ...

Manufacture of Concentrated, Lipid-based Oxygen Microbubble Emulsions by High Shear Homogenization and Serial Concentration

Gas-filled microbubbles have been developed as ultrasound contrast and drug delivery agents. Microbubbles can be produced by processing surfactants using sonication, mechanical agitation, microfluidic devices, or homogenization. Recently, lipid-based oxygen microbubbles (LOMs) have been designed to deliver oxygen intravenously during medical emergencies, reversing life-threatening hypoxemia, and preventing subsequent organ injury, cardiac arrest, and death. We present methods for scaled-up production of highly oxygenated microbubbles using a closed-loop high-shear homogenizer. The process can produce 2 L of concentrated LOMs (90% by volume) in 90 min. Resulting bubbles have a mean diameter of ~2 &#956;m, and a rheologic profile consistent with that of blood when diluted to 60 volume %. This technique produces LOMs in high capacity and with high oxygen purity, suggesting that this technique may be useful for translational research labs.

We describe methods for the manufacture of large volumes of lipid-based oxygen microbubbles (LOMs) designed for intravenous oxygen delivery using high-shear homogenization and serial concentration.

تصنيع المركزة، الأوكسجين القائم على الدهون Microbubble المستحلبات بواسطة High القص التجانس والتركيز المسلسل

Gas-filled microbubbles have been developed as ultrasound contrast and drug delivery agents. Microbubbles can be produced by processing surfactants using ...

A Microfluidic Technique to Probe Cell Deformability

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an efficient manner. Typically, data for ~102 cells can be acquired within a 1 hr experiment. An automated image analysis program enables efficient post-experiment analysis of image data, enabling processing to be complete within a few hours. Our device geometry is unique in that cells must deform through a series of micron-scale constrictions, thereby enabling the initial deformation and time-dependent relaxation of individual cells to be assayed. The applicability of this method to human promyelocytic leukemia (HL-60) cells is demonstrated. Driving cells to deform through micron-scale constrictions using pressure-driven flow, we observe that human promyelocytic (HL-60) cells momentarily occlude the first constriction for a median time of 9.3 msec before passaging more quickly through the subsequent constrictions with a median transit time of 4.0 msec per constriction. By contrast, all-trans retinoic acid-treated (neutrophil-type) HL-60 cells occlude the first constriction for only 4.3 msec before passaging through the subsequent constrictions with a median transit time of 3.3 msec. This method can provide insight into the viscoelastic nature of cells, and ultimately reveal the molecular origins of this behavior.

We demonstrate a microfluidics-based assay to measure the timescale for cells to transit through a sequence of micron-scale constrictions.

تقنية ميكروفلويديك للتحقيق التشوه خلية

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an ...

A Microfluidic Chip for ICPMS Sample Introduction

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). The chip produces monodisperse aqueous sample droplets in perfluorohexane (PFH). Size and frequency of the aqueous droplets can be varied in the range of 40 to 60 &#181;m and from 90 to 7,000&#160;Hz, respectively. The droplets are ejected from the chip with a second flow of PFH and remain intact during the ejection. A custom-built desolvation system removes the PFH and transports the droplets into the ICPMS. Here, very stable signals with a narrow intensity distribution can be measured, showing the monodispersity of the droplets. We show that the introduction system can be used to quantitatively determine iron in single bovine red blood cells. In the future, the capabilities of the introduction device can easily be extended by the integration of additional microfluidic modules.

We present a discrete droplet sample introduction system for inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). It is based on a cheap and disposable microfluidic chip that generates highly monodisperse droplets in a size range of 40&#8722;60 &#181;m at frequencies from 90 to 7,000 Hz.

رقاقة ميكروفلويديك لICPMS مقدمة عينة

This protocol discusses the fabrication and usage of a disposable low cost microfluidic chip as sample introduction system for inductively coupled plasma ...

Synthesis of Gold Nanoparticle Integrated Photo-responsive Liposomes and Measurement of Their Microbubble Cavitation upon Pulse Laser Excitation

Photo-responsive nanoparticles (NPs) have received considerable attention because of their potential in providing spatial, temporal, and dosage control over the drug release. However, most of the relevant technologies are still in the development process and are unprocurable by clinics. Here, we describe a facile fabrication of these photo-responsive NPs with commercially available gold NPs and thermo-responsive liposomes. Calcein is used as a model drug to evaluate the encapsulation efficiency and the release kinetic profile upon heat/light stimulation. Finally, we show that this photo-triggered release is due to the membrane disruption caused by microbubble cavitation, which can be measured with hydrophone.

This protocol describes a simple preparation method for gold nanoparticle integrated photo-responsive liposomes with the commercially available materials. It also shows how to measure the microbubble cavitation process of the synthesized liposomes upon the treatment of pulsed laser.

توليف الذهب الجسيمات النانوية الليبوزومات المتكاملة صور متجاوبة وقياس تلك Microbubble التجويف على نبض الليزر الإثارة

Photo-responsive nanoparticles (NPs) have received considerable attention because of their potential in providing spatial, temporal, and dosage control ...

An Experimental Protocol for Assessing the Performance of New Ultrasound Probes Based on CMUT Technology in Application to Brain Imaging

The possibility to perform an early and repeatable assessment of imaging performance is fundamental in the design and development process of new ultrasound (US) probes. Particularly, a more realistic analysis with application-specific imaging targets can be extremely valuable to assess the expected performance of US probes in their potential clinical field of application.
The experimental protocol presented in this work was purposely designed to provide an application-specific assessment procedure for newly-developed US probe prototypes based on Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer (CMUT) technology in relation to brain imaging.
The protocol combines the use of a bovine brain fixed in formalin as the imaging target, which ensures both realism and repeatability of the described procedures, and of neuronavigation techniques borrowed from neurosurgery. The US probe is in fact connected to a motion tracking system which acquires position data and enables the superposition of US images to reference Magnetic Resonance (MR) images of the brain. This provides a means for human experts to perform a visual qualitative assessment of the US probe imaging performance and to compare acquisitions made with different probes. Moreover, the protocol relies on the use of a complete and open research and development system for US image acquisition, i.e. the Ultrasound Advanced Open Platform (ULA-OP) scanner.
The manuscript describes in detail the instruments and procedures involved in the protocol, in particular for&#160;the calibration, image acquisition and registration of US and MR images. The obtained results prove the effectiveness of the overall protocol presented, which is entirely open (within the limits of the instrumentation involved), repeatable, and covers the entire set of acquisition and processing activities for US images.

The development of new ultrasound (US) probes based on Capacitive Micromachined Ultrasonic Transducer (CMUT) technology requires an early realistic assessment of imaging capabilities. We describe a repeatable experimental protocol for US image acquisition and comparison with magnetic resonance images, using an ex vivo bovine brain as an imaging target.

وضع بروتوكول تجريبي لتقييم أداء جديدة المسابير الموجات فوق الصوتية على أساس تكنولوجيا كمات في التطبيق لتصوير الدماغ

The possibility to perform an early and repeatable assessment of imaging performance is fundamental in the design and development process of new ...

Comprehensive Evaluation of the Effectiveness and Safety of Placenta-Targeted Drug Delivery Using Three Complementary Methods

No effective treatments currently exist for placenta-associated pregnancy complications, and developing strategies for the targeted delivery of drugs to the placenta while minimizing fetal and maternal side effects remains challenging. Targeted nanoparticle carriers provide new opportunities to treat placental disorders. We recently demonstrated that a synthetic placental chondroitin sulfate A binding peptide (plCSA-BP) could be used to guide nanoparticles to deliver drugs to the placenta. In this protocol, we describe in detail a system for assessing the efficiency of drug delivery to the placenta by plCSA-BP that employs three separate methods used in combination: in vivo imaging, high-frequency ultrasound (HFUS), and high-performance liquid chromatography (HPLC). Using in vivo imaging, plCSA-BP-guided nanoparticles were visualized in the placentas of live animals, while HFUS and HPLC demonstrated that plCSA-BP-conjugated nanoparticles efficiently and specifically delivered methotrexate to the placenta. Thus, a combination of these methods can be used as an effective tool for the targeted delivery of drugs to the placenta and development of new treatment strategies for several pregnancy complications.

We describe a system that utilizes three methods to evaluate the safety and effectiveness of placenta-targeted drug delivery: in vivo imaging to monitor nanoparticle accumulation, high-frequency ultrasound to monitor placental and fetal development, and HPLC to quantify drug delivery to tissue.

تقييم شامل لفعالية وسلامة إيصال الأدوية المستهدفة للمشيمة باستخدام ثلاثة أساليب تكميلية

No effective treatments currently exist for placenta-associated pregnancy complications, and developing strategies for the targeted delivery of drugs to ...

Preparing Protein Producing Synthetic Cells using Cell Free Bacterial Extracts, Liposomes and Emulsion Transfer

The bottom-up assembly approach for construction of synthetic cells is an effective tool for isolating and investigating cellular processes in a cell mimicking environment. Furthermore, the development of cell-free expression systems has demonstrated the ability to reconstitute the protein production, transcription and translation processes (DNA&#8594;RNA&#8594;protein) in a controlled manner, harnessing synthetic biology. Here we describe a protocol for preparing a cell-free expression system, including the production of a potent bacterial lysate and encapsulating this lysate inside cholesterol-rich lipid-based giant unilamellar vesicles (GUVs) (i.e., stable liposomes), to form synthetic cells. The protocol describes the methods for preparing the components of the synthetic cells including the production of active bacterial lysates, followed by a detailed step-by-step preparation of the synthetic cells based on a water-in-oil emulsion transfer method. These facilitate the production of millions of synthetic cells in a simple and affordable manner with a high versatility for producing different types of proteins. The obtained synthetic cells can be used to investigate protein/RNA production and activity in an isolated environment, in directed evolution, and also as a controlled drug delivery platform for on-demand production of therapeutic proteins inside the body.

This protocol describes the method, materials, equipment and steps for bottom-up preparation of RNA and protein producing synthetic cells. The inner aqueous compartment of the synthetic cells contained the S30 bacterial lysate encapsulated within a lipid bilayer (i.e., stable liposomes), using a water-in-oil emulsion transfer method.

إعداد البروتين إنتاج الخلايا الاصطناعية باستخدام مقتطفات البكتيريا الحرة الخلية، Liposomes ونقل المستحلب

The bottom-up assembly approach for construction of synthetic cells is an effective tool for isolating and investigating cellular processes in a cell ...