[en] LYOPHILIZED MICROFLUIDIC MONODISPERSE MICROBUBBLES AS AN ULTRASOUND CONTRAST AGENT

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: PEDRO NIECKELE AZEVEDO
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: MAXWELL
• Palavras-chave em Português: [pt] MICROFLUIDICA; [pt] ALCOOL POLI-VINILICO; [pt] ULTRASSOM; [pt] MONODISPERSO; [pt] LIOFILIZADO; [pt] MICROBOLHAS; [en] MICROFLUIDICS; [en] POLYVINYL ALCOHOL; [en] ULTRASOUND; [en] MONODISPERSE; [en] LYOPHILIZED; [en] MICROBUBBLES; [fr] MICROFLUIDIQUE; [fr] ALCOOL POLYVINYLIQUE; [fr] ULTRASON; [fr] MONODISPERSE; [fr] LYOPHILISEES; [fr] MICROBULLES
• Link de acesso: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=62094&idi=1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=62094&idi=2; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=62094&idi=3; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.62094

[pt] Nos últimos anos, as vantagens do uso de agentes de contraste de ultrassom (UCA) com distribuição de tamanho monodisperso foram destacadas. Caracterizadas por um coeficiente de variação (CV) inferior a 5 por cento, as microbolhas monodispersas têm o potencial de melhorar a qualidade das imagens de ultrassom (melhorando a relação sinal/ruído e reduzindo os efeitos de sombra). Também facilita o monitoramento da freqüência de ressonância das microbolhas, abrindo possibilidades nas áreas de imagem molecular e medições de pressão não-invasiva. Além disso, as bolhas monodispersas podem otimizar a entrega de drogas, genes e gases terapêuticos (por exemplo, sonotrombólise, sonoporação, abertura da barreira hemato-encefálica). No entanto, até agora, ao contrário das bolhas polidispersas, a liofilização de populações monodispersas de microbolhas, sem deteriorar sua monodispersividade, continuam sendo um desafio. Assim, hoje, as bolhas monodispersas não podem ser armazenadas nem transportadas. Isto representa um gargalo para seu uso em aplicações clínicas. Tentativas feitas para resolver o problema têm usado solventes tóxicos, levantando questões regulatórias O objetivo do presente trabalho foi de desenvolver uma nova técnica de liofilização para microbolhas monodispersas que não degradassem sua distribuição de tamanho, ou suas propriedades acústicas, sem o uso de solventes tóxicos. Como primeira etapa do projeto, foram fabricados dispositivos microfluídicos com focalização de escoamento (flow-focusing) para produzir microbolhas com distribuição de tamanho altamente monodispersa (CV menor que 5 por cento). Durante esta etapa, foi realizada a otimização da formulação das microbolhas e dos materiais crioprotetores. Foi realizada a caracterização geométrica de duas populações de microbolhas com diâmetros médios de 40 micrômetros e 5 micrômetros . Com o uso de uma câmera de alta velocidade acoplada a um microscópio ótico, imagens de todas as etapas do processo de liofilização das microbolhas foram capturadas e analisadas, visando controlar a distribuição de tamanho e a taxa de produção das microbolhas. As etapas do processo de liofilização consistiram na produção, coleta, congelamento, liofilização e ressuspensão. O desenvolvimento de uma nova técnica de recuperação, onde as microbolhas eram armazenadas em monocamadas, resultou em uma redução drástica da interação entre as bolhas durante a liofilização. Desta forma, foi possível preservar a monodispersão durante o processo de liofilização, resultando em um CV menor que 6 por cento para a população de microbolhas ressuspensas. Os ensaios de microscópio eletrônico de varredura ambiental (ESEM) demonstraram uniformidade nas cascas das microbolhas liofilizadas com uma espessura de parede estimada em 70nm. Na segunda etapa do projeto, foi realizada uma caracterização da resposta acústica de retrodifusão das microbolhas liofilizadas em forma de PVA, em comparação com as microbolhas recém produzidas e as microbolhas polidispersa SonovueTM disponíveis comercialmente. Primeiramente, a resposta acústica de retrodifusão das microbolhas foi avaliada em duas configurações diferentes: a célula centimétrica (recipiente grande - 45mmx10mmx30mm), e o milli-canal (sistema confinado no qual o líquido está em repouso - 10 mmx35 mmx1 mm). Usando um transdutor acústico focalizado com frequência de 2,25MHz, as respostas acústicas das microbolhas, na forma de frequência e amplitude de ressonância fundamental, antes e depois do processo de liofilização, foram comparadas para a população de bolhas de 5 micrômetros de diâmetro. Verificou-se que a variação de amplitude e frequência de ressonância fundamental das bolhas estava dentro da faixa de incerteza experimental, sugerindo que suas propriedades acústicas foram preservadas. Observamos também, de acordo com a literatura, que existe uma dependência linear entre a concentração da população de microbolhas (sem liofilização) e a amplitude do coeficiente de retrodifusão. Posteriormente, foi feita uma comparação da resposta de retrodispersão acústica para bolhas monodispersas e polidispersas. Também, de acordo com a literatura, observamos uma amplitude no sinal de resposta das bolhas monodispersas de 8 a 10 vezes maior que a das bolhas polidispersas, para a mesma concentração in vitro. Também foi possível observar a menor incerteza no monitoramento do pico de ressonância fundamental das bolhas e uma menor largura de banda para a população de bolhas monodispersas. Finalmente, utilizando a abordagem de imagens de matriz universal de ultrassom, desenvolvida no Institut Langevin, a resposta acústica de retrodifusão da população monodispersa liofilizada e polidispersa foi avaliada em um tecido artificial com impedância acústica similar ao tecido humano. Os resultados preliminares reforçam os resultados das medições acústicas de retrodifusão na célula centimétrica e no milicanal, nos quais a população monodispersa apresentou uma largura de banda significativamente reduzida em comparação com a ampla largura de banda da população polidispersa. O presente trabalho apresentou com sucesso uma nova técnica desenvolvida para liofilizar as microbolhas monodispersas sem degradar suas propriedades geométricas e acústicas. Assim, propusemos uma nova geração de agentes de contraste ultrassom na forma de um pó liofilizado estável que pode ser transportado e armazenado por meses e ressuspenso para uso em aplicações clínicas.