Microbubbles for ultrasound-mediated drug delivery

Liu, Mengjiao; Lammers, Twan; Bartneck, Matthias

doi:43219

Microbubbles for ultrasound-mediated drug delivery

Liu, Mengjiao^RWTH*

2024

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Mengjiao Liu

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024, Kumulative Dissertation

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Lammers, Twan (Thesis advisor)^RWTH* ; Bartneck, Matthias (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-01-15

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-04068
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/984488/files/984488.pdf

Einrichtungen

Institut und Lehrstuhl für Experimentelle Molekulare Bildgebung (811003-3 ; 924210)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Microbläschen (MBs) erregen zunehmende Aufmerksamkeit als bildgesteuerte und stimuli-responsives Wirkstofftransportsystem. Es liegen jedoch keine systematischen Studien darüber vor, wie die physikochemischen Eigenschaften von Medikamenten die Beladung der Schale von Mikrobläschen beeinflussen. In dieser Studie untersuchten wir polymer- und proteinbasierte Mikrobläschen, um besser zu verstehen, wie Medikamente effizient in der Schale von Mikrobläschen eingeschlossen werden können. Bei Human Serum Albumin (HSA)-Microbläschen (MBs) wird der Einfluss von Beladungsstrategien und den physikochemischen Eigenschaften des Wirkstoffs auf die Einschlussfähigkeit im MB-Gehäuse untersucht. Zwei Beladungsstrategien, Vorbeladung und Nachbeladung, werden verglichen und sechs Anthrazykline mit unterschiedlichen Eigenschaften werden zur Einkapselung ausgewählt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Vorbeladung und Wirkstoffe mit hoher intrinsischer HSA-Bindungsaffinität die Beladung im HSA-MB-Gehäuse verbessern. Bei Poly (butyl cyanoacrylat) (PBCA)-MBs haben wir den Einfluss der Wirkstoffeigenschaften auf die MB-Beladung, Stabilität, Freisetzung und Ultraschallansprechbarkeit untersucht. Bei Wirkstoffen mit einer gemeinsamen strukturellen Grundlage wie Kortikosteroiden korrelierte die Beladungskapazität und Wirkstofffreisetzung mit der Hydrophobizität und dem Molekulargewicht. Bei Wirkstoffen ohne strukturelle Ähnlichkeit wie vier verschiedenen fluoreszierenden Farbstoffen wurde die Beladungskapazität und Freisetzung jedoch nicht von der Hydrophobizität oder dem Molekulargewicht beeinflusst. Alle Modellwirkstoff-beladenen MB-Formulierungen zeigten eine ähnliche Anfälligkeit für Zerstörung unter Ultraschallbelastung. Diese Erkenntnisse tragen zur Entwicklung optimierter MB-Formulierungen für ultraschallgesteuerte Wirkstoffabgabe bei.

Microbubbles (MBs) are attracting increasing attention as image-guided and stimuli-responsive drug delivery systems. However, there have been no systematic studies on how drug physicochemical properties influence the loading of drugs into the shell of MBs. In this study, we investigated polymer- and protein-based MBs to gain a better understanding of how drugs can be efficiently encapsulated in the MB shell. For human serum albumin (HSA) microbubbles (MBs), the impact of loading strategies and drug physicochemical properties on drug entrapment in the MB shell is explored. Two loading strategies, preloading and postloading, are compared, and six anthracyclines with varying properties are selected for encapsulation. Results demonstrate that preloading and drugs with high intrinsic HSA binding affinity enhance drug loading in the HSA MB shell. For poly (butyl cyanoacrylate) (PBCA) MB, we investigated the influence of drug properties on MB loading, stability, release, and ultrasound responsiveness. For drugs sharing a common structural backbone like corticosteroids, loading capacity and drug release aligned with hydrophobicity and molecular weight. However, for drugs without structural similarity such as four distinct fluorescent dyes, loading capacity and release were not influenced by hydrophobicity or molecular weight. All model drug-loaded MB formulations exhibited similar susceptibility to destruction under US exposure. These insights aid in developing optimized MB formulations for ultrasound-triggered drug delivery.

OpenAccess:
PDF
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