A polymeric microbubble platform for ultrasound-mediated drug delivery

• Eine polymere Mikrobläschen Plattform für den Ultraschall vermittelten Wirkstofftransport

Appold, Lia; Pich, Andrij (Thesis advisor); Lammers, Twan (Thesis advisor); Elling, Lothar (Thesis advisor)

Aachen (2018, 2019)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2018

Kurzfassung

In dieser Dissertation beschäftige ich mich mit der Synthese und Charakterisierung von Poly(butyl cyano acrylat) (PBCA) Mikrobläschen (MB), die als Ultraschall Kontrastmittel und für den Wirkstofftransport zu Tumoren oder über die Blut Hirn Schranke, in präklinischen Versuchen eingesetzt werden. Die MB wurden nach einem etablierten Protokoll in einer Ein-Stufen Synthese hergestellt, die die Polymerisation von Butylcyanoacrylat in Wasser bei einem pH-Wert von 2.5 einschließt. Die daraus resultierenden PBCA Polymerketten wurden durch hydrophobe Wechselwirkungen zusammengehalten, so dass sie eine runde Schale mit einem Kern aus Luft formten. Verschiede Synthese-Parameter wie Rührzeit/-geschwindigkeit, pH-Wert und Emulgator wurden variiert und ihr Einfluss auf die Eigenschaften der MB wie Größe (Verteilung), Molekulargewicht (Verteilung) der PBCA Ketten, Schalendicke und akustische Eigenschaften untersucht. Die physikochemischen Eigenschaften der MB wurden mithilfe folgender Techniken analysiert: Coulter Counter, dynamische Lichtstreuung (DLS), Gelpermeationschromatographie (GPC), Elektronen- und Fluoreszenzmikroskopie. Die Ergebnisse zeigten, dass die Rührzeit einen hohen Einfluss auf die MB Größenverteilung hatte, während der pH-Wert und der Emulgator in erster Linie die Schalendicke und das Molekulargewicht der PBCA Ketten beeinflussten. Die akustischen Eigenschaften wurden bei unterschiedlichen Ultraschall-Frequenzen analysiert und die PBCA MB zeigten im Vergleich zu kommerziell erhältlichen Micromarker Lipid MB eine bessere akustische Resonanz bei 5 MHz im nicht linearen Modus. Für in vitro und in vivo Anwendungen wurden die MB, durch das Beladen der Schale mit Fluoreszenzfarbstoffen, Eisenoxidnanopartikeln und Wirkstoffen oder des Kerns mit Sauerstoff, funktionalisiert und mithilfe verschiedener spektroskopischer und mikroskopischer Methoden analysiert. Die Oberfläche der MB wurde mit Fluoreszenzfarbstoffen, PEG oder Proteinen/Peptiden modifiziert. Mehrere E-Selektin (ein Zelladhäsionsmolekül, das auf aktivierten Endothelzellen in verschiedenen Tumortypen überexprimiert ist) bindende Peptide wurden auf ihre Bindungsaffinität zu aktivierten Endothelzellen hin getestet. MB funktionalisiert mit dem Peptid, das die besten Bindungseigenschaften zeigte, wurden in einer Durchflusskammer getestet und zeigten eine bessere Bindung zu HUVEC im Vergleich zu Kontroll-MB. MB beladen mit dem vaskulär wirksamen Combretastatin A4 wurden auf ihre Sonoporationseigenschaften im Vergleich zu Standard MB in tumor-tragenden Mäusen untersucht. Ultraschall und MB behandelte Tumore wiesen eine höhere Extravasation von co-injiziertem fluoreszentem Polymer auf. All diese Ergebnisse zeigen, dass diese PBCA MB effizient als zielgerichtete Wirkstoffträger und für Ultraschall und Fotoakustik Bildgebung verwendet werden können.