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

Financiación: Ejército de los EE.UU. de Investigación Médica y de Material Command (USAMRMC) y gestionado por el Centro de Investigación de Telemedicina y Tecnología Avanzada. Shunxi Ji contribuyó a la modificación de las jeringas como se describe aquí.

1. Sistema de Configuración El sistema consta de una explotación y concentrando tanque (HCT) equipado con un único mezclador etapa, un homogeneizador de alta cizalla en línea, una bomba de rodillo para mover fluido entre el HCT y el homogeneizador, y un intercambiador de calor (Figura 1). <ol><li> Coloque una esterilizados, de boca ancha 4 L recipiente de recogida de vidrio equipado con 2 puertos base y 3 puertos laterales debajo de la mesa de mezclas de una sola etapa...

<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. 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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>

Los pasos más importantes para la creación de LOM concentrados, altamente oxigenados son: 1) asegurarse de que la cámara de aire dentro de la HCT sigue plenamente oxigenada; 2) asegurarse de que la pureza de los excipientes lipídicos es óptima (incluyendo las condiciones de almacenamiento y uso de productos GMP); 3) asegurar que los lípidos en polvo se mezclan completamente con la fase acuosa antes de imprimar el sistema; y 4) prestando mucha atención al aumento de la fracción de gas dentro de la HCT para asegur...

Las microburbujas compuestas de la proteína, polímero, y cáscaras de lípidos se han desarrollado como vectores para la administración de fármacos, la terapia génica, y agentes de contraste de ultrasonido 1-5. Debido a que estos usos terapéuticos requieren persistencia intravascular de microburbujas, tales microburbujas son comúnmente llenos con gases inertes, de alto peso molecular, tales como los perfluorocarbonos 6, que tienen baja solubilidad en sangre y estabilizan la burbuja de 3,4. Recientemente, las microburbujas de oxígeno a base de lípidos (LOM) se han diseñado para administrar dosis terapéuticas de oxígeno, lo que puede preservar el suministro de oxígeno de los órganos diana y evitar la inestabilidad hemodinámica durante periodos de obstrucción de la vía aérea o la hipoxemia 7. Emulsiones diseñados para la administración intravenosa de gas requieren diferentes características de diseño que los utilizados para los agentes de contraste de ultrasonido o la entrega de fármacos. En primer lugar, debido a que el cuerpo consume grandes volúmenes de gas de oxígeno (~ 200 ml / min), LOM deben ser producidos yinyectado a gran escala. Esto requiere que el proceso de fabricación sea eficiente. En segundo lugar, el proceso de fabricación debe ser de circuito cerrado con el fin de evitar la contaminación de nitrógeno a través de la exposición de LOM (que debe ser llenado con 100% de oxígeno) al aire ambiente. En tercer lugar, porque el propósito de LOM es la entrega de gas por vía intravenosa, la fracción de gas de LOM se debe maximizar, reconociendo las limitaciones impuestas por la viscosidad de la emulsión 7. Finalmente, como con cualquier inyectable intravenosa, un control preciso sobre la distribución del tamaño de partícula es esencial para evitar la obstrucción microvascular 8. Hay varios métodos establecidos para la fabricación de microburbujas. La sonicación utiliza de alta intensidad, ultrasonido de baja frecuencia aplicada a la interfaz aire-líquido de una emulsión que incluye un agente tensioactivo, tal como un fosfolípido anfipático, en la presencia de un espacio de cabeza de gas para producir microburbujas 7,9. Este proceso se puede controlar mediante la variación de ultrala frecuencia del sonido, la potencia y duración del pulso, y la distribución del tamaño resultante se pueden adaptar para producir microburbujas de una distribución de tamaño específica, aunque sonicación rara vez se utiliza en la fabricación de microburbujas utilizados clínicamente. Fusión es la intensa agitación mecánica de un agente tensioactivo y gas en un sistema cerrado, que es también difícil de escalar para acomodar grandes volúmenes 2. Microfluídica basada en la gotita permite un control preciso de la distribución del tamaño de microburbujas 10-13. Aunque tradicionalmente difícil de escalar, multicanal, microfluidos de alta velocidad se han descrito lo que aumenta la eficiencia de producción de microburbujas 13. Las microburbujas fabricados utilizando cualquiera de estos métodos pueden requerir procesos de reducción de tamaño post-producción, tales como el fraccionamiento centrífuga 14,15 y microburbujas de flotación 16,17. Otro método establecido para la fabricación de microburbujas altamente estables es homogeniz cizallamientoación 6, que puede resultar en un patrón hexagonal de fosfolípido estabilizador sobre la superficie de microburbujas 18. Sobre la base de este concepto, se describe la incorporación de un homogeneizador de alto cizallamiento en línea para crear auto-montaje de LOM 19. En este proceso, el homogeneizador utiliza cuchillas que gira rápidamente en estrecha proximidad a finas pantallas duales emulsor de malla, la creación de alto cizallamiento mecánico e hidráulico para la creación de microburbujas. Concentración de serie de la emulsión de lípidos a través de este sistema se obtiene una fracción de gas cada vez más concentrada, que puede ser incluso concentra adicionalmente por centrifugación.

<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

Microburbujas rellenas con gas que se han desarrollado como agentes de contraste de ultrasonidos y de administración de fármacos. Las microburbujas se pueden producir mediante el procesamiento de tensioactivos usando sonicación, agitación mecánica, dispositivos de microfluidos, o la homogeneización. Recientemente, las microburbujas de oxígeno a base de lípidos (LOM) han sido diseñados para suministrar oxígeno por vía intravenosa durante las emergencias médicas, revirtiendo la hipoxemia en peligro la vida, y la prevención de lesiones posteriores de órganos, paro cardíaco y muerte. Se presentan métodos para la producción a escala de microburbujas altamente oxigenados usando un homogeneizador de alta cizalla en bucle cerrado. El proceso puede producir 2 L de LOM concentrado (90% en volumen) en 90 min. Burbujas resultantes tienen un diámetro medio de ~ 2 m, y un perfil reológico compatible con la de la sangre cuando se diluye al 60% en volumen. Esta técnica produce LOM en alta capacidad y con una alta pureza de oxígeno, lo que sugiere que esta técnica puede ser útil para los laboratorios de investigación traslacional.

Homogeneización de alta cizalladura permite la producción eficiente (es decir, dentro de una tarde) de LOM suficientes para un estudio en animales y no requiere conocimientos técnicos. Una vez hábil, hasta 2 litros de LOM concentradas se puede fabricar en 90 min. Tamaño de microburbujas y morfología se evaluó mediante microscopía óptica y por oscurecimiento de luz. Cuando se visualizó una muestra de 10 l de LOM, se observaron LOM esféricas, así como una relativa escasez ...

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

Se describen métodos para la fabricación de grandes volúmenes de microburbujas de oxígeno a base de lípidos (LOM) diseñados para la administración intravenosa de oxígeno usando homogeneización de alta cizalladura y la concentración de serie.

Fabricación de concentrado, de oxígeno a base de lípidos microburbujas Emulsiones por High Shear Homogeneización y Concentración de serie

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

Introducción a la técnica de ultrasonido enfocado destrucción de microburbujas

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

Investigación

Bioingeniería

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

Características de los formados Precipitación microgeles polietilenglicol son controlados por Peso molecular de los reactivos

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

Generación de Shear Adhesión Mapa Utilizando SynVivo redes microvasculares sintético

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

De alta resolución espacio-temporal Análisis de la Dinámica del receptor por Casa molécula de microscopía de fluorescencia

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

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Síntesis de nanopartículas de oro liposomas Integrado fotosensible y la medición de su microburbujas cavitación al pulso láser de excitación

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

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Fabricación y entrega de medicamentos Aplicaciones de seda nanopartículas

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Cuantificar distancias intermembrana con dilataciones de imagen Serial

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

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Detección de endotoxinas en las formulaciones Nano mediante ensayos de Limulus Amoebocyte Lysate (LAL)

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

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