Multi-Timescale-Mikroskopie-Methoden zur Charakterisierung fluoreszenzmarkierter Mikroblasen für die ultraschallgesteuerte Wirkstofffreisetzung

Mikroblasen-Kontrastmittel sind vielversprechend für Anwendungen zur Arzneimittelabgabe mit Ultraschall. Die Verkapselung von Arzneimitteln in Nanopartikeln reduziert die systemische Toxizität und erhöht die Zirkulationszeit der Arzneimittel. In einem neuartigen Ansatz zur mikroblasengestützten Wirkstoffabgabe werden Nanopartikel in oder auf Mikrobläschenschalen eingebaut, was eine lokale und ausgelöste Freisetzung der Nanopartikelnutzlast mit Ultraschall ermöglicht. Ein gründliches Verständnis der Freisetzungsmechanismen innerhalb des riesigen Ultraschallparameterraums ist entscheidend für eine effiziente und kontrollierte Freisetzung. Dieser Satz der vorgestellten Protokolle ist auf Mikrobläschen mit einer Hülle anwendbar, die eine fluoreszierende Markierung enthält. Hier liegt der Fokus auf Mikrobläschen, die mit Polymer-Nanopartikeln aus Poly(2-ethyl-butylcyanoacrylat) beladen sind, die mit einem modifizierten Nilrotfarbstoff dotiert sind. Die Partikel werden in einer denaturierten Kaseinhülle fixiert. Die Mikrobläschen werden durch kräftiges Rühren hergestellt und bilden in der flüssigen Phase eine Dispersion von Perfluorpropangas, die Casein und Nanopartikel enthält, wonach sich die Mikroblasenhülle selbst zusammensetzt. Eine Vielzahl von Mikroskopietechniken ist erforderlich, um die nanopartikelstabilisierten Mikrobläschen auf allen relevanten Zeitskalen des Nanopartikel-Freisetzungsprozesses zu charakterisieren. Die Fluoreszenz der Nanopartikel ermöglicht die konfokale Abbildung einzelner Mikrobläschen und deckt die Partikelverteilung innerhalb der Schale auf. Die In-vitro-Ultrahochgeschwindigkeitsbildgebung mittels Hellfeldmikroskopie bei 10 Millionen Bildern pro Sekunde liefert Einblicke in die Blasendynamik als Reaktion auf Ultraschallinsonation. Schließlich wird die Freisetzung von Nanopartikeln aus der Blasenhülle am besten mittels Fluoreszenzmikroskopie sichtbar gemacht, die mit 500.000 Bildern pro Sekunde durchgeführt wird. Um die Wirkstoffabgabe in vivo zu charakterisieren, wird die ausgelöste Freisetzung von Nanopartikeln innerhalb des Gefäßsystems und ihre Extravasation über die Endothelschicht hinaus mittels intravitaler Mikroskopie bei Tumoren, die in dorsale Hautfaltenfensterkammern implantiert wurden, über einen Zeitraum von mehreren Minuten untersucht. Die Kombination dieser komplementären Charakterisierungstechniken bietet einen einzigartigen Einblick in das Verhalten von Mikrobläschen und ihre Nutzlastfreisetzung auf einer Reihe von Zeit- und Längenskalen, sowohl in vitro als auch in vivo.