Name: formulation and acoustic modulation of optically vaporized perfluorocarbon nanodroplets
Uploaded: 2021-07-16T15:00:00
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이 연구는 BCRF-20-043 보조금으로 유방암 연구 재단에 의해 부분적으로 지원되었습니다.

1. 퍼플루오로카본 나노방울 제형
<ol><li>10mL 둥근바닥 플라스크를 클로로포름으로 헹구고 10μL 및 1mL 밀폐 유리 주사기를 클로로포름으로 씻어내고 전체 주사기 부피를 반복적으로 흡인하여 총 3회 배출합니다. 주의 : 클로로포름은 휘발성이며 흡입하면 유독 할 수 있습니다. 이 용매를 사용한 모든 작업은 흄 후드에서 수행해야합니다.</li>
	<li>주사기를 사용하여 200μL의 DSPE-mPEG2000(25mg/mL), 6.3μL?...

프로브 초음파 처리는 PFCnD를 제조하는 비교적 간단하고 배우기 쉬운 방법입니다. 주의를 기울여야 할 몇 가지 단계가 있습니다. 클로로포름을 취급할 때는 휘발성이고 표준 공기 변위 피펫에서 "누출"되므로 용적형 피펫 또는 유리 주사기를 사용해야 합니다. 또한 정변위를 사용하는 경우 클로로포름이 대부분의 플라스틱 팁을 용해시켜 용액에 오염 물질을 유입시킬 수 있으므로 적절한 팁을 사?...

Microbubbles는 연조직에 비해 생체 적합성과 우수한 에코 발생성으로 인해 가장 유비쿼터스 초음파 조영제입니다. 이것은 혈류, 장기 묘사 및기타 응용 프로그램을 시각화하는 데 유용한 도구가 됩니다1. 그러나 공진 주파수를 기반으로 한 이미징에 탁월한 크기 (1-10 μm)는 적용을 혈관 구조2로 제한합니다.
이러한 한계로 인해 액체 퍼플루오로카본 코어 주위에 둘러싸인 계면활성제로 구성된 나노 에멀젼인 PFCnD가 개발되었습니다. 이 나노 입자는 200nm만큼 작은 크기로 합성 될 수 있으며 종양 혈관계에서 발견되는 "누출 된"혈관 구조 또는 기공 및 열린 fenestrations를 활용하도록 설계되었습니다. 이러한 파괴는 종양 의존적이지만,이 투과성은 종양에 따라 ~ 200 nm - 1.2 μm의 나노 입자의 혈관 외 유출을 허용합니다 3,4. 초기 형태에서 이러한 입자는 초음파 대비를 거의 또는 전혀 생성하지 않습니다. 음향 또는 광학적으로 유도 된 기화시 코어 상이 액체에서 기체로 바뀌어 직경 5,6,7이 2 배 반에서5 배 증가하고 광 음향 및 초음파 대비가 생성됩니다. 음향 기화가 가장 일반적인 활성화 방법이지만 이 접근 방식은 기화의 이미징을 제한하는 음향 아티팩트를 생성합니다. 또한 대부분의 퍼플루오로카본은 기화하기 위해 안전 임계값을 초과하는 기계적 지수를 가진 집중 초음파가필요합니다8. 이로 인해 저비점 PFCnD가 개발되었으며, 이는 마이크로 버블을 나노 방울9로 응축하여 합성 할 수 있습니다. 그러나, 이들 액적은 더 휘발성이고 자발적인 기화(10)를 받는다.
반면에 광학 액적 기화 (ODV)는 나노 입자 11,12,13 또는 염료 6,14,15와 같은 광학 트리거를 추가해야하며 ANSI 안전 한계 (11) 내의 플루언스를 사용하여 더 높은 끓는점 퍼플 루오로 카본을 기화 할 수 있습니다. 더 높은 끓는점 코어로 합성된 PFCnD는 더 안정적이고 기화 후 재응축되어 배경 없는 이미징16, 멀티플렉싱(17) 및 초고해상도(18)가 가능합니다. 이러한 기술의 주요 한계 중 하나는 높은 끓는점 PFCnD가 기화 후 밀리 초19의 규모로 짧은 시간 동안 만 에코 생성되고 상대적으로 희미하다는 사실입니다. 이 문제는 반복적인 기화 및 평균화를 통해 완화할 수 있지만 액적 신호의 검출 및 분리는 여전히 과제로 남아 있습니다.
펄스 반전으로부터 영감을 얻어서, 지속 시간 및 대비는 초음파 이미징 펄스(19)의 위상을 수정함으로써 향상될 수 있다. 희박한 단계 (n- 펄스)로 초음파 이미징 펄스를 시작하면 기화 된 PFCnD의 지속 시간과 대비가 모두 증가합니다. 대조적으로, 압축 위상 (p- 펄스)으로 초음파 영상 펄스를 시작하면 대비가 감소하고 지속 시간이 단축됩니다. 이 기사에서는 광학적으로 트리거 가능한 퍼플루오로카본 나노방울, 이미징에 일반적으로 사용되는 폴리아크릴아미드 팬텀을 합성하고 음향 변조를 통해 대비 향상 및 향상된 신호 수명을 입증하는 방법을 설명합니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Ammonium Persulfate (APS)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97064-592</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC)</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>850365C</td>
			<td>Lipids, these can be purchased suspended in chloroform or in powder form. For long term storage, powder form is the best but chloroform is more practical.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (ammonium salt) (DSPE-PEG)</td>
			<td>Avanti Polar Lipids</td>
			<td>880120C</td>
			<td>Lipids, these can be purchased suspended in chloroform or in powder form. For long term storage, powder form is the best but chloroform is more practical.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylamide : Bisacrylamide solution (19:1) 40% (w/v), OmniPur&#174;</td>
			<td>VWR</td>
			<td>EM-1300</td>
			<td>acrylamide solution, lower concentration/ powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IR-1048</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>405175</td>
			<td>Infrared dye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L11-4v</td>
			<td>Verasonics</td>
			<td>-</td>
			<td>ultrasound linear array transducer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microtip 1/8&#34;</td>
			<td>Qsonica LLC</td>
			<td>4418</td>
			<td>microtip for probe sonicator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N, N, N&#8242;, N&#8242; -Tetramethylethylenediamine (TEMED)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97064-902</td>
			<td>Used to polymerize polyacrylamide by forming free radicals in the presence of ammonium persulfate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nova II</td>
			<td>Ophir-Spiricon</td>
			<td>7Z01550</td>
			<td>laser power meter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perfluorohexane</td>
			<td>Fluoromed</td>
			<td>APF-60M</td>
			<td>perfluorocarbon liquid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline (PBS) tablets</td>
			<td>VWR</td>
			<td>97062-732</td>
			<td>Tablets used to make PBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q500</td>
			<td>Qsonica LLC</td>
			<td>Q500-110</td>
			<td>Probe sonicator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica gel</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>288500</td>
			<td>2-25 &#956;m particle size</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tempest 30</td>
			<td>New wave research</td>
			<td>-</td>
			<td>Pulsed laser system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vantage 128</td>
			<td>Verasonics</td>
			<td>-</td>
			<td>research ultrasound imaging system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zetasizer Nano ZS</td>
			<td>Malvern Instruments Ltd</td>
			<td>-</td>
			<td>Makes size measurements based on dynamic light scattering</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

formulation and acoustic modulation of optically vaporized perfluorocarbon nanodroplets

마이크로 버블은 초음파에서 가장 일반적으로 사용되는 영상 조영제입니다. 그러나 크기 때문에 혈관 구획으로 제한됩니다. 이러한 마이크로버블은 혈관을 유출할 수 있을 만큼 충분히 작은 과불화탄소 나노방울(PFCnD)로 응축되거나 공식화될 수 있으며 표적 부위에서 음향적으로 촉발될 수 있습니다. 이들 나노입자는 근적외선 유기 염료 또는 나노입자(예를 들어, 황화구리 나노입자 또는 금 나노입자/나노로드)와 같은 광흡수제를 포함함으로써 더욱 향상될 수 있다. 광학적으로 태그가 지정된 PFCnD는 광학 액적 기화(ODV)로 알려진 공정에서 레이저 조사를 통해 기화될 수 있습니다. 이 활성화 과정은 진단 이미징을 위한 최대 기계적 지수 임계값 미만에서 음향적으로 기화될 수 없는 고비점 퍼플루오로카본 코어의 사용을 가능하게 합니다. 끓는점 코어가 높을수록 기화 후 재응축되는 액적이 생성되어 기화 후 나노액적 형태로 다시 응축되기 전에 잠시 대비를 생성하는 "깜박임" PFCnD가 생성됩니다. 이 프로세스를 반복하여 필요에 따라 대비를 생성할 수 있으므로 광학 및 음향 변조를 통해 배경 없는 이미징, 멀티플렉싱, 초고해상도 및 대비 향상이 가능합니다. 이 기사에서는 프로브 초음파 처리를 사용하여 광학적으로 트리거 가능한 지질 쉘 PFCnD를 합성하고, 나노 방울을 특성화하기 위해 폴리 아크릴아미드 팬텀을 만들고, ODV 후 PFCnD를 음향 조절하여 대비를 개선하는 방법을 보여줍니다.

PFCnD의 성공적인 포뮬레이션 및 원심 분리는 직경 200-300nm 크기의 액적을 생성해야 합니다(그림 1A). 부적절하게 분리된 액적은 약 1μm의 작은 피크를 보일 수 있습니다. 이러한 용액은 더 큰 물방울을 분해하기 위해 더 많은 욕조를 초음파 처리 할 수 있습니다. 액적의 크기는 Ostwald 숙성21,22로 알려진 과정에서 유착 및/또는 확산으?...

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Formulation and Acoustic Modulation of Optically Vaporized Perfluorocarbon Nanodroplets

광학적으로 활성화 된 퍼플 루오로 카본 나노 방울은 혈관 시스템 외부의 이미징 응용 분야에서 가능성을 보여줍니다. 이 기사에서는 이러한 입자를 합성하고, 폴리아크릴아미드 팬텀을 가교결합하고, 액적을 음향적으로 변조하여 신호를 향상시키는 방법을 보여줍니다.

광학적으로 기화된 퍼플루오로카본 나노방울의 제형 및 음향 변조

Microbubbles are the most commonly used imaging contrast agent in ultrasound. However, due to their size, they are limited to vascular compartments. These ...

이 프로토콜은 광학적으로 기화된 퍼플루오로카본 나노방울의 간단하고 빠른 합성을 허용하고 이러한 입자의 성능을 향상시키는 방법을 제공합니다. 사람 버전은 초음파 영상의 위상을 먼저 조작하여 대비를 향상시킬 수 있습니다. 추가 장비가 필요하지 않으며 프로그래밍 가능한 모든 초음파 시스템에서 수행 할 수 있습니다.클로로포름으로 10 밀리리터 둥근 바닥 플라스크를 헹구고 전체 주사기 부피를 반복적으로 흡인하고 총 3 회 배출하여 클로로포름으로 10 마이크로 리터 및 1 밀리리터 기밀 유리 주사기를 씻어냅니다. 주사기를 사용하여 DSPE-mPEG-2000 밀리리터당 25 밀리그램 200 마이크로리터, DSPC 밀리리터당 10 밀리그램 8 마이크로리터, IR-1048 밀리리터당 1밀리리터 1밀리리터를 둥근 바닥 플라스크에 추가합니다. 스톡의 오염을 방지하기 위해 지질이나 염료 사이의 주사기를 청소하는 것을 잊지 마십시오.회전 증발기를 사용하여 용매를 제거합니다. 범핑을 방지하기 위해 진공을 332밀리바로 천천히 조정해야 합니다. 5 분 후 압력을 42 밀리바로 낮추어 용액에 들어갔을 수있는 물을 제거하십시오.지질 케이크를 PBS 1 밀리리터에 현탁시키고 실온에서 5 분 동안 또는 모든 지질 케이크가 현탁되어 용액에 용해 될 때까지 초음파 처리 또는 와동시킨다. 용액을 7 밀리리터 유리 바이알에 옮기고 바이알을 얼음으로 채워진 유리 접시에 넣어 용액을 5 분 동안 식히십시오. 가스 밀폐 유리 주사기를 퍼플루오로헥산으로 헹굽니다.그런 다음 주사기를 사용하여 50 마이크로 리터의 퍼플 루오로 헥산을 바이알에 첨가하십시오. 프로브는 진폭이 1로 설정되고, 공정 시간이 20초로 설정되고, 펄스가 1초로 설정되고, 펄스 오프가 5초로 설정된 혼합물을 초음파 처리합니다. 그런 다음 텍스트 원고에 언급 된대로 설정을 변경하고 혼합물을 한 번 더 초음파 처리합니다.나노 액적 용액을 1.5 밀리리터 원심 분리 튜브로 옮기고 300g에서 3 분 동안 원심 분리하여 작은 물방울에서 1 마이크로 미터 이상인 큰 물방울을 분리합니다. 펠릿을 버리고 상청액을 다른 1.5 밀리리터 원심 분리 튜브로 옮깁니다. 상층액을 3, 000g에서 5분 동안 원심분리하여 용액 중의 모든 액적을 펠렛화하여 세척한다.펠릿을 위아래로 피펫팅하여 PBS 1밀리리터에 PFCnD를 다시 현탁한 다음 배스 소닉케이터에서 1분 동안 초음파 처리합니다. 990 마이크로리터의 PBS에 10 마이크로리터의 PFCnD 스톡을 추가하여 스톡 PFCnD를 100배 희석하고 크기를 측정하기 전에 PFCnD를 분산시키기 위해 초음파 처리를 합니다. 동적 광산란을 사용하여 액적의 크기를 측정합니다.500 밀리리터 진공 플라스크에 400 밀리리터의 탈 이온수를 채워 물을 탈기시키고 고무 코르크로 밀봉하고 플라스크를 진공 라인에 연결합니다. 진공 라인을 열고 플라스크의 바닥을 욕조 소닉 케이터에 담그십시오. 5 분 동안 또는 가스 거품 형성이 보이지 않을 때까지 초음파 처리하십시오.5 밀리리터의 탈기 된 물에 500 밀리그램을 용해시켜 황산염 용액 당 10 % 암모늄을 준비하십시오. 과황산 암모늄이 완전히 녹지 않으면 용액을 부드럽게 소용돌이 치십시오. 교반 플레이트에 교반 막대가 있는 400밀리리터 비커에 탈기된 물 150밀리리터와 40아크릴아미드 비스아크릴아미드 용액 50밀리리터를 추가하여 200밀리리터의 10%아크릴아미드 비스아크릴아미드 용액을 형성합니다.기포가 생기지 않고 적절하게 혼합될 수 있도록 혼합물을 200RPM으로 저어줍니다. 실리카 400 밀리그램을 계량하고 10 % 아크릴 아미드 비스 아크릴 아미드 용액에 첨가하여 0.2 %의 실리카 및 아크릴 아미드 용액을 형성합니다. 플라스틱 이송 피펫에서 팁을 잘라내고 실험실 테이프로 금형에 지지하여 원통형 개재물이 있는 정사각형 금형을 준비합니다.비커에 10 % 과황산 암모늄 용액 2 밀리리터를 추가하여 최종 농도 0.1 %가되고 팬텀 용액에 250 마이크로 리터의 TEMED를 추가합니다. 용액을 1분 미만 동안 저어줍니다. 용액에 기포가 유입되지 않도록 주의하면서 용액을 금형에 빠르게 붓습니다.용액은 10 분 이내에 중합되어야합니다. 실험실 주걱의 평평한 끝을 금형 가장자리에 돌리고 금형을 뒤집어 팬텀을 제거합니다. 제조업체 지침에 따라 펄스 레이저 시스템을 켜고 약 20분 동안 예열합니다.광섬유 번들이 레이저 출력에 제대로 연결되어 있고 두 다리가 광섬유 번들 홀더 내에 올바르게 배치되었는지 확인하십시오. 초음파 이미징 시스템을 켠 후 어레이 이미징 변환기를 시스템에 연결하고 홀더 내부에 변환기를 고정하여 이미징 평면을 레이저 단면에 맞춥니다. 레이저 시스템의 펄스 반복 주파수를 10Hz로 설정하고 광섬유 다발 끝에 파워 미터를 배치하여 에너지를 측정합니다.예상 플루언스가 평방 센티미터당 70밀리율이 될 때까지 Q 스위치 지연을 조정합니다. 1 밀리리터 플라스틱 슬립 팁 주사기를 사용하여 초음파 겔 및 PFCnD 혼합물로 폴리아크릴아미드 팬텀의 채널 중 하나를 백필한다. 채널 상단을 초음파 젤로 자유롭게 덮고 1 밀리리터 플라스틱 슬립 팁 주사기로 기포를 제거하십시오.마지막으로 폴리 아크릴아미드 팬텀을 변환기와 섬유 다발 아래에 놓습니다. PFCnDs의 성공적인 제형 및 원심 분리는 직경이 약 200-300나노미터의 액적을 생성합니다. 물방울의 크기는 Ostwald 숙성으로 알려진 과정에서 유착 및 확산으로 인해 시간이 지남에 따라 증가합니다.종단 펄스에 대한 포함으로부터의 대조는 약 3.2 배 더 큰 것으로 나타 났으며, 이는 P- 펄스보다 220 % 개선 된 것입니다. 고에코 영역은 각 프레임에 대해 계산되고 첫 번째 프레임의 고에코 영역에 의해 정규화된 다음 지수 감쇠 모델에 적합되었습니다. 정규화 된 고 에코 영역의 특징적인 감쇠 시간은 P- 펄스에 비해 N- 펄스 이미징에서 최대 3.5 배 더 길었습니다.B-모드 차동 화상 프레임은 각각의 N-펄스 및 P-펄스 이미징에 대해 시간에 기록되었다. 가장 중요한 것 중 하나는 플라스크 바닥의 지질을 배출하여 지질 케이크에 제대로 통합되도록 하는 것입니다.

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Increasing cDNA Yields from Single-cell Quantities of mRNA in Standard Laboratory Reverse Transcriptase Reactions using Acoustic Microstreaming

어쿠스틱 Microstreaming를 사용하여 표준 실험실 역방향 Transcriptase 반응에서 mRNA의 단일 세포로부터 cDNA 수량 산출 증가

Correlating gene expression with cell behavior is ideally done at the single-cell level.  However, this is not easily achieved because the small amount of ...

연구

생체공학

Formulation of Diblock Polymeric Nanoparticles through Nanoprecipitation Technique

Nanoprecipitation 기법을 통해 디블록 고분자 Nanoparticles의 제형

Nanotechnology is a relatively new branch of science that involves harnessing the unique properties of particles that are nanometers in scale ...

Use of Label-free Optical Biosensors to Detect Modulation of Potassium Channels by G-protein Coupled Receptors

G-단백질 결합 수용체에 의해 칼륨 채널의 변조를 감지하기 위해 라벨이없는 광 바이오 센서의 사용

Ion channels control the electrical properties of neurons and other excitable cell types by selectively allowing ions to flow through the plasma ...

Expanding Nanopatterned Substrates Using Stitch Technique for Nanotopographical Modulation of Cell Behavior

셀 동작의 Nanotopographical 변조를위한 나노 패턴 기판 사용 스티치 기법을 확장

Substrate nanotopography has been shown to be a potent modulator of cell phenotype and function. To dissect nanotopography modulation of cell behavior, a ...

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

전환 가능한 음향 및 광학 해상도 Photoacoustic Microscopy for<em&gt; In Vivo</em&gt; 소 동물 혈관 조영술

Photoacoustic microscopy (PAM) is a fast-growing invivo imaging modality that combines both optics and ultrasound, providing penetration beyond the ...

Protein Kinase C-delta Inhibitor Peptide Formulation using Gold Nanoparticles

단백질 키 니 아 제 C 델타 억제제 펩 티 드 배합 금 나노 입자를 사용 하 여

Protein kinase C-delta inhibitor (PKC&#948;i) is a promising drug to prevent ischemia-reperfusion-induced organ injury. It is usually conjugated to a ...

Primary Clarification of CHO Harvested Cell Culture Fluid using an Acoustic Separator

음향 분리기사용 CHO 수확세포 배양액의 1차 해명

Primary clarification is an essential step in a biomanufacturing process for the initial removal of cells from therapeutic products within the harvested ...

Magnetic-, Acoustic-, and Optical-Triple-Responsive Microbubbles for Magnetic Hyperthermia and Pothotothermal Combination Cancer Therapy

자기 고열증 및 포토열 조합 암 치료를 위한 자기, 음향 및 광학 삼중 반응 마이크로 버블

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has ...

Production of Membrane-Filtered Phase-Shift Decafluorobutane Nanodroplets from Preformed Microbubbles

미리 형성된 마이크로버블에서 멤브레인 여과 위상 시프트 데카플루오로부탄 나노방울의 생산

There are many methods that can be used for the production of vaporizable phase-shift droplets for imaging and therapy. Each method utilizes different ...

Evaluation of Cardiac Contractility Modulation Therapy in 2D Human Stem Cell-Derived Cardiomyocytes

2D 인간 줄기 세포 유래 심근 세포에서 심장 수축성 조절 요법의 평가

Human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes (hiPSC-CMs) are currently being explored for multiple in vitro applications and have been used ...