Investigation of sonoporation effect using finely-sized microbubbles synthesized with microfluidics
- 주제(키워드) Sonoporation , Microbubble , Drug delivery , Microfluidics , Cavitation
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김현철
- 발행년도 2017
- 학위수여년월 2017. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000061252
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
Sonoporation that can be occurred by microbubble’s oscillation under the incidence of ultrasound pressure is one of the attractive method for delivery of therapeutic materials to cancers or other diseases. Although sonoporation effect has been investigated and used many studies and clinical trial, the relationship between the size of microbubbles and the sonoporation effect has not yet been elucidated. So we hypothesis the size of microbubbles can affect the sonoporation effect. Commercially used microbubbles have various radius, so it is hard to investigate the effect of sonoporation according to the size of microbubbles. In this study, we applied the microfluidics system for delicately controlling the size of microbubbles and proved our hypothesis in two ways; simulation, in vitro experiments. On simulation studies showed that maximum absolute pressure at the center of cell membrane which is placed near the microbubble is increasing following increment of microbubble’s size and decrement of gap between microbubble and cell in oil, water, and blood solution. Furthermore, in in vitro studies, cellular uptake efficiency of fluorescence dyes in surrounding solution was improved that relatively big microbubbles enhance the sonoporation effect better than relatively small microbubbles using fluorescence imaging and flow cytometry. Cell viability experiments were conducted to confirm drug delivery efficiency according to microbubble size. Relatively big microbubbles attract more drugs into the cell rather than relatively small microbubbles because of the temporary pore at the cell membrane. These findings suggest that the pressure at the cell membrane according to microbubble’s cavitation is increasing following increment of microbubble’s size and it will allow relatively big microbubble to enhance the sonoporation effect rather than relatively small microbubbles. This study has potentials to be applied to many drug delivery studies and clinical trials using microbubble.
more초록/요약
초음파 조사시 microbubble의 진동에 의해 발생할 수 있는 sonoporation effect는 암이나 다른 질병에 치료제를 전달하는 방법 중 하나이다. Sonoporation effect는 많은 연구와 임상 시험에 사용되었지만, microbubble의 크기와 sonoporation효과 사이의 관계는 아직 밝혀지지 않았다. 우리는 microbubble의 크기가 sonoporation 효과에 영향을 미칠 수 있다는 가설을 세웠다. 통상적으로 사용하는 microbubble은 다양한 크기를 가지므로 microbubble의 크기에 따른 sonoporation effect의 영향을 조사하기가 어렵다. 본 연구에서는 마이크로 버블 크기를 섬세하게 제어하기 위해 미세 유체 시스템을 적용하여 가설을 두 가지 방법(시뮬레이션, in vitro시험)으로 입증했다. 시뮬레이션 연구에 따르면 기름, 물 및 혈액 용액에서 microbubble이 캐비테이션 할 때 근처에 위치한 세포막 중심의 최대 절대 압력은 microbubble의 크기의 증가, microbubble과 세포 사이의 거리가 감소함에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 또한 in vitro 연구에서 형광이미지와 유세포분석기를 통해 상대적으로 큰 microbubble이 상대적으로 작은 microbubble보다 주변 용액에 형광염료의 세포 흡수 효율을 높임을 보였다. 또한 microbubble의 크기에 따른 약물전달 효율을 확인하기 위해 세포 생존 실험을 수행 하였다. 상대적으로 큰 microbubble은 상대적으로 작은 microbubble보다 세포 내로 더 많은 약물을 끌어들인다. 이러한 결과는 microbubble의 캐비테이션에 따른 세포막의 압력이 microbubble의 크기가 증가함에 따라 증가하고 상대적으로 큰 microbubble이 상대적으로 작은 microbubble보다 sonoporation effect를 향상시킬 수 있음을 시사한다. 본 연구는 microbubble을 이용한 많은 약물 전달 연구 및 임상시험에 적용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
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