Name: manufacture of concentrated, lipid-based oxygen microbubble emulsions by high shear homogenization and serial concentration
Uploaded: 2014-05-26T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Manufacture of Concentrated, Lipid-based Oxygen Microbubble Emulsions by High Shear Homogenization and Serial Concentration at JoVE.com

Finanzierung: US Army Medical Research &amp; Materiel Command (USAMRMC) und von der Telemedizin &amp; Advanced Technology Research Center verwaltet. Shunxi Ji trug die Änderung der Spritzen, wie hier beschrieben.

1. System Set-up Das System besteht aus einer Halte-und Konzentrationstank (HCT) mit einem Einzelstufen-Mischer, einem In-line-Homogenisator mit hoher Scherkraft, einer Walzenpumpe, um Fluid zwischen der HCT und dem Homogenisator zu bewegen, und einen Wärmetauscher (1) angebracht ist. <ol><li> Legen Sie ein sterilisiert, Weithals 4 l Glassammlung mit 2 Basisanschlüsse und 3 Seitenöffnungen unterhalb der einstufigen Mischgefäß montiert. Senken Sie den ...

<ol>
	<li>Lentacker, I., De Smedt, S. C., Sanders, N. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Drug+loaded+microbubble+design+for+ultrasound+triggered+delivery.">Drug loaded microbubble design for ultrasound triggered delivery.</a> Soft Matter. 5 (11), 2161-2170 (2009).</li><li>Ren, J. 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Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation,+characterization+and+in+vivo+observation+of+phospholipid-based+gas-filled+microbubbles+containing+hirudin.">Preparation, characterization and in vivo observation of phospholipid-based gas-filled microbubbles containing hirudin.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 31 (9), 1237-1243 (2005).</li><li>Seo, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+Assembly+of+Monodisperse,+Nanoparticle-Incorporated+Perfluorocarbon+Microbubbles+for+Medical+Imaging+and+Therapy.">Microfluidic Assembly of Monodisperse, Nanoparticle-Incorporated Perfluorocarbon Microbubbles for Medical Imaging and Therapy.</a> Langmuir. 26 (17), 13855-13860 (2010).</li><li>Wan, J. D., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coated+Gas+Bubbles+for+the+Continuous+Synthesis+of+Hollow+Inorganic+Particles.">Coated Gas Bubbles for the Continuous Synthesis of Hollow Inorganic Particles.</a> Langmuir. 28 (1), 37-41 (2012).</li><li>Duncanson, W. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monodisperse+Gas-Filled+Microparticles+from+Reactions+in+Double+Emulsions.">Monodisperse Gas-Filled Microparticles from Reactions in Double Emulsions.</a> Langmuir. 28 (17), 6742-6745 (2012).</li><li>Kendall, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaled-Up+Production+of+Monodisperse,+Dual+Layer+Microbubbles+Using+Multi-Array+Microfluidic+Module+for+Medical+Imaging+and+Drug+Delivery.">Scaled-Up Production of Monodisperse, Dual Layer Microbubbles Using Multi-Array Microfluidic Module for Medical Imaging and Drug Delivery.</a> Bubble Science Engineering and Technology. 4 (1), 12-20 (2012).</li><li>Szijjarto, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Perfluorocarbon+Gases+on+the+Size+and+Stability+Characteristics+of+Phospholipid-Coated+Microbubbles:+Osmotic+Effect+versus+Interfacial+Film+Stabilization.">Effects of Perfluorocarbon Gases on the Size and Stability Characteristics of Phospholipid-Coated Microbubbles: Osmotic Effect versus Interfacial Film Stabilization.</a> Langmuir. 28 (2), 1182-1189 (2012).</li><li>Rossi, S., Waton, G., Krafft, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phospholipid-Coated+Gas+Bubble+Engineering:+Key+Parameters+for+Size+and+Stability+Control,+as+Determined+by+an+Acoustical+Method.">Phospholipid-Coated Gas Bubble Engineering: Key Parameters for Size and Stability Control, as Determined by an Acoustical Method.</a> Langmuir. 26 (3), 1649-1655 (2010).</li><li>Swanson, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phospholipid-Stabilized+Microbubble+Foam+for+Injectable+Oxygen+Delivery.">Phospholipid-Stabilized Microbubble Foam for Injectable Oxygen Delivery.</a> Langmuir. 26 (20), 15726-15729 (2010).</li><li>Kv&#229;le, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size+fractionation+of+gas-filled+microspheres+by+flotation.">Size fractionation of gas-filled microspheres by flotation.</a> Separations Technology. 6 (4), 219-226 (1996).</li><li>Dressaire, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interfacial+polygonal+nanopatterning+of+stable+microbubbles.">Interfacial polygonal nanopatterning of stable microbubbles.</a> Science. 320 (5880), 1198-1201 (2008).</li><li>Kheir, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bulk+Manufacture+of+Concentrated+Oxygen+Gas-Filled+Microparticles+for+Intravenous+Oxygen+Delivery.">Bulk Manufacture of Concentrated Oxygen Gas-Filled Microparticles for Intravenous Oxygen Delivery.</a> Advanced Healthcare Materials. , (2013).</li></ol>

Die wichtigsten Schritte zur Schaffung konzentrierte, hoch sauerstoffhaltigen LOMs gehören: 1) sicherzustellen, dass der Kopfraum in der HCT bleibt voll mit Sauerstoff angereichert; 2) sicherstellen, dass die Reinheit der Lipidträger optimal ist (einschließlich Lagerbedingungen und Verwendung von GMP-Produkte); 3) die Gewährleistung, dass die pulverförmigen Lipiden mischen vollständig mit der wässrigen Phase vor, um die System Grundierung; und 4) aufmerksam auf die Erhöhung der Gasfraktion im HCT zu gewährleist...

Mikrobläschen von Protein-, Polymer-und Lipidschalen zusammengesetzt sind als Vektoren für die Arzneimittelabgabe, Gentherapie, und Ultraschall-Kontrastmitteln 1-5 entwickelt. Da diese therapeutische Anwendungen erfordern intravaskulären Mikroblasen-Persistenz, werden solche Mikroblasen häufig mit inerten, molekulare Gase hoch wie perfluorierte Kohlenwasserstoffe 6, die geringe Löslichkeit im Blut haben und Stabilisierung der Blase 3,4 gefüllt. Kürzlich, Lipid-basierten Sauerstoff-Mikrobläschen (LOMs) wurden entwickelt, um therapeutische Dosen von Sauerstoff, der Endorgane Sauerstoffversorgung zu erhalten und hämodynamische Instabilität in Zeiten der Obstruktion der Atemwege oder Hypoxämie 7 verhindern können, zu liefern. Emulsionen zur intravenösen Gaszufuhr ausgelegt erfordern unterschiedliche Design-Merkmale als die für Ultraschallkontrastmittel oder gezielten Verabreichung von Medikamenten verwendet. Erstens, weil der Körper verbraucht große Mengen an Sauerstoffgas (~ 200 ml / min), ist LOMs erzeugt werden undim großen Maßstab injiziert. Dies erfordert, dass der Herstellungsprozess effizient. Zweitens sollte das Herstellungsverfahren mit geschlossener Schleife, um Stickstoffverunreinigung durch die Belichtung LOMs (die mit 100% Sauerstoff gefüllt werden soll) zu vermeiden, um die Umgebungsluft sein. Drittens, da der Zweck LOMs intravenös Gaszufuhr sollte der Gasanteil LOMs maximiert werden, wobei die Einschränkungen, die durch Emulsionsviskosität 7 auferlegt. Schließlich, wie bei jedem intravenös injizierbare ist eine genaue Kontrolle über die Partikelgrößenverteilung wesentlich zur Vermeidung mikrovaskuläre Obstruktion 8. Es gibt mehrere etablierte Methoden für die Herstellung von Mikrobläschen. Beschallung hoher Intensität verwendet, um die Luft-Flüssigkeits-Grenzfläche einer Emulsion, die ein Tensid, wie ein amphipathisches Phospholipid in Gegenwart eines Gasraum auf 7,9 Mikrobläschen erzeugen beinhaltet aufgebracht niederfrequenten Ultraschall. Dieses Verfahren ist durch Variieren UltraSchallfrequenz, Leistung und Impulsdauer, und die resultierende Größenverteilung hergestellt werden, um Mikrobläschen aus einem bestimmten Größenverteilung zu erzeugen, wenn der Beschallung nur selten bei der Herstellung von klinisch verwendeten Mikrobläschen verwendet werden. Verschmelzung ist die intensive mechanische Bewegung eines Tensids und Gas in einem geschlossenen System, das auch schwierig zu skalieren, um große Mengen 2 aufzunehmen. Tröpfchenbasierte Mikrofluidik ermöglicht die präzise Steuerung der Mikroblasengrößenverteilung 10-13. Obwohl traditionell schwierig zu skalieren, Multi-Channel-, High-Speed-Mikrofluidik beschrieben worden, die Effizienz in der Produktion von Mikrobläschen 13 zu erhöhen. Mikrobläschen mit einer dieser Methoden hergestellt wurden, können nach der Herstellung Zerkleinerungsprozesse, wie Zentrifugalfraktionierung 14,15 und Mikroblasen-Flotation 16,17 erforderlich. Eine weitere etablierte Methode für die Herstellung von hochstabilen Mikrobläschen Scher homogenization 6, die in einem Stabilisierungs Phospholipid hexagonalen Muster auf der Mikroblasenoberfläche 18 führen kann. Aufbauend auf diesem Konzept beschreiben wir den Einbau eines In-Line-Homogenisator mit hoher Scher zu selbstorganisierenden LOMs 19 erstellen. In diesem Prozess nutzt der Homogenisator schnell rotierenden Klingen in unmittelbarer Nähe zu Dual feinmaschigen Emulsor Bildschirme, wodurch hohe mechanische und hydraulische Schere für die Schaffung von Mikrobläschen. Serien Konzentration der Lipidemulsion durch dieses System liefert eine zunehmend konzentrierte Gasfraktion, die noch weiter durch Zentrifugation konzentriert werden kann.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:43px;width:239px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:141px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:405px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:239px;">1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC)</td>
			<td style="width:141px;">Avanti Polar Lipids</td>
			<td style="width:119px;">770365</td>
			<td>Alternate product: non-GMP from NOF America (Coatsome MC-8080)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:239px;">Cholesterol</td>
			<td style="width:141px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">C75209</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:239px;">Plasma-Lyte A</td>
			<td style="width:141px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">80089-818</td>
			<td>Alternatively can use NaCl</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:239px;">Glass collection vessel</td>
			<td style="width:141px;">Specialty Glass, Inc.</td>
			<td style="width:119px;">Custom</td>
			<td>Contact: Pam Zurbrick - 281-595-2210</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:239px;">Gas composition (oxygen) monitor</td>
			<td style="width:141px;">Precision Medical</td>
			<td style="width:119px;">PM5900L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:239px;">Sarns 8000 roller pump</td>
			<td style="width:141px;">Calicut Medical</td>
			<td style="width:119px;">16407</td>
			<td>Part of a modular perfusion system</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:239px;">BIOtherm Heat Exchanger</td>
			<td style="width:141px;">Medtronic</td>
			<td style="width:119px;">ECMOtherm-II</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:239px;">Verso laboratory in-line mixer</td>
			<td style="width:141px;">Silverson Machines, Inc</td>
			<td style="width:119px;">TH-IL-102-VERSO</td>
			<td>Use multistage workheads and front-end extension with T piece</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:239px;">T-piece for Silverson Verso inlet port</td>
			<td style="width:141px;">Process Innovations</td>
			<td style="width:119px;">Custom</td>
			<td>Contact: Brian Leavitt - 508-423-2266</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:239px;">L5M-A laboratory mixer</td>
			<td style="width:141px;">Silverson Machines, Inc</td>
			<td style="width:119px;">NC0136483</td>
			<td>Use mesh emulsor screen (fine)</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:239px;">Rochester-Ochsner toothed forceps</td>
			<td style="width:141px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">13-812-18</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:239px;">140 mL syringe</td>
			<td style="width:141px;">Kendall Healthcare Monoject&#160;</td>
			<td style="width:119px;">8881114030</td>
			<td>Ensure there is a luer lock.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:239px;">IX71 Inverted light microscope</td>
			<td style="width:141px;">Olympus</td>
			<td style="width:119px;">IX71</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:239px;">Retiga-2000R microscope camera</td>
			<td style="width:141px;">QImaging</td>
			<td style="width:119px;">RET-2000R-F-M-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:239px;">Accusizer 780A Autodilution</td>
			<td style="width:141px;">PSS-NICOMP Particle Sizing Systems</td>
			<td style="width:119px;">Out of production</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

manufacture of concentrated, lipid-based oxygen microbubble emulsions by high shear homogenization and serial concentration

Gasgefüllte Mikrobläschen haben als Ultraschallkontrast und Drug-Delivery-Agenten entwickelt. Mikrobläschen können durch Verarbeiten Tenside mit Beschallung, mechanischer Agitation, mikrofluidischen Vorrichtungen oder Homogenisierung hergestellt werden. Kürzlich, Lipid-basierten Sauerstoff-Mikrobläschen (LOMs) wurden entwickelt, um Sauerstoff während der medizinischen Notfällen intravenös zu liefern, Rückfahrlebensbedrohlichen Hypoxämie und verhindert spätere Organschäden, Herzstillstand und Tod. Wir stellen Methoden für die vergrösserte Produktion von stark mit Sauerstoff-Mikrobläschen mit einem Closed-Loop-High-Shear Homogenisator. Das Verfahren kann 2 l konzentrierter LOMs (90 Vol.%) in 90 min zu erzeugen. Resultierende Blasen einen durchschnittlichen Durchmesser von ~ 2 um, und eine rheologische Profil in Übereinstimmung mit der von Blut, wenn sie 60 Vol.% verdünnt. Diese Technik erzeugt LOMs in hoher Kapazität und hoher Sauerstoffreinheit, was darauf hindeutet, dass diese Technik kann für die translationale Forschungslabors sein.

Hohe Scher Homogenisierung ermöglicht die effiziente (dh innerhalb eines Nachmittags) die Produktion von ausreichend LOMs für eine Tierstudie und nicht technisches Know-how erfordern. Sobald beherrschen, bis 2 l konzentrierter LOMs in 90 min hergestellt werden. Mikroblasen-Größe und Morphologie wurde durch Lichtmikroskopie und durch Lichttrübung bewertet. Wenn ein 10 &amp;mgr; l-Probe von LOMs visualisiert wurde, wurden kugelförmige LOMs erwähnt, sowie eine relativ geringe Me...

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

Wir beschreiben Methoden zur Herstellung großer Mengen von Lipid-basierten Sauerstoffmikrobläschen (LOMs) zur intravenösen Sauerstoffzufuhr ausgebildet mit hoher Scherung homogenisiert und serielle Konzentration.

Herstellung von konzentrierten, Lipid-basierte Sauerstoffmikroblasen-Emulsionen von High-Shear-Homogenisierung und Serien Konzentration

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

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Introduction to the Ultrasound Targeted Microbubble Destruction Technique

Einführung in die Ultraschall-gezielte Mikroblasen Zerstörung Technik

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

Forschung

Biotechnik

Characteristics of Precipitation-formed Polyethylene Glycol Microgels Are Controlled by Molecular Weight of Reactants

Merkmale der Niederschlag gebildet Polyethylene Glycol-Mikrogele durch Molekulargewicht der Reaktanden Controlled

This work describes the formation of poly(ethylene glycol) (PEG) microgels via a photopolymerized precipitation reaction. Precipitation reactions offer ...

Generation of Shear Adhesion Map Using SynVivo Synthetic Microvascular Networks

Erzeugung von Scherhaft Karte Mit SynVivo Synthetische mikrovaskuläre Networks

Cell/particle adhesion assays are critical to understanding the biochemical interactions involved in disease pathophysiology and have important ...

High-resolution Spatiotemporal Analysis of Receptor Dynamics by Single-molecule Fluorescence Microscopy

Hochauflösende Räumlich-zeitliche Analyse der Rezeptordynamik von Einzelmolekül-Fluoreszenzmikroskopie

Single-molecule microscopy is emerging as a powerful approach to analyze the behavior of signaling molecules, in particular concerning those aspect (e.g., ...

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

Synthese von Gold-Nanopartikeln Integrated Photo-responsive Liposomen und Messung ihrer Mikroblasen Kavitation auf Pulse Laseranregung

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

Manufacture and Drug Delivery Applications of Silk Nanoparticles

Herstellung und Drug-Delivery-Anwendungen von Silk Nanopartikel

Silk is a promising biopolymer for biomedical and pharmaceutical applications due to its outstanding mechanical properties, biocompatibility and ...

Quantifying Intermembrane Distances with Serial Image Dilations

Quantifizierung der Intermembran Strecken mit seriellen Bild Dilatationen

A recently-described extracellular nanodomain, termed the perinexus, has been implicated in ephaptic coupling, which is an alternative mechanism for ...

Catalytic Scavenging of Plant Reactive Oxygen Species In Vivo by Anionic Cerium Oxide Nanoparticles

Catalytic Scavenging of Plant Reactive Oxygen Species In Vivo by Anionic Cerium Oxide Nanoparticles

Katalytische Spülung der Anlage reaktive Sauerstoff Spezies In Vivo von anionischen Cerium-oxid-Nanopartikel

Reactive oxygen species (ROS) accumulation is a hallmark of plant abiotic stress response. ROS play&#160;a dual role in plants by acting as signaling ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Nachweis von Endotoxin im Nano-Rezepturen mit Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Characterizing Single-Molecule Conformational Changes Under Shear Flow with Fluorescence Microscopy

Charakterisierung von Einzelmolekül-Konformationsänderungen unter Scherfluss mit Fluoreszenzmikroskopie

Single-molecule behavior under mechanical perturbation has been characterized widely to understand many biological processes. However, methods such as ...