Détection ultrasonore haute fréquence des microbulles et des nanoparticules expérimentales à cœur liquide

High Frequency acoustic characterization of microbubble and experimental nanoparticle contrast agents

• Auteur / Autrice : Sara Jafari
• Direction : Sharon Lori Bridal
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie. Imagerie biomédicale
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrasons en médecine

Nanoparticules

Imagerie médicale

Mots clés libres

Imagerie non linéaire

Imagerie de contrat

Résumé

L'objectif de ce travail est de caractériser la réponse linéaire et non linéaire des microbulles et des nanoparticules expérimentales à cœur liquide avec des ultrasons à haute fréquence (20-40 MHz). Les séquences ultrasonores linéaires et nonlinéaires ont été mises au point, intégrées et validées sur un système échographique haute fréquence à large bande passante. Les nanoparticules expérimentales étudiées dans ce travail sont composées d’un cœur liquide de perfluorooctyl bromide (PFOB) et d’une coque polymérique de poly(lactide-coglycolide) (PLGA). La variation de la réponse haute fréquence des particules expérimentales a été évaluée en fonction de la pression, la durée de pulse et la concentration d’agent en solution. Les résultats montrent qu’à 20MHz la séquence d’Inversion de Phase (PI) améliore la réponse de deuxième harmonique sur le fondamentale de ces agents de contraste par rapport à la séquence conventionnelle. Les études in vivo ont été effectuées pour étudier la faisabilité de la détection des nanoparticules à cœur liquide à 20 MHz dans un modèle murin de tumeur ectopique après injection intraveineuse des nanoparticules pegylées. Le passage du bolus des nanoparticules a été détecté à 20 MHz alors que, pour ces mêmes nanoparticules et sous les mêmes conditions d’acquisition, le bolus n’a pas été détecté avec le système échographie clinique. Ce travail a démontré la détection à haute fréquence de la réponse non linéaire des nanoparticules expérimentales conçues pour la thérapie et pour l'imagerie de contraste. L’effet de composition et l’épaisseur de coque sur la réponse acoustique de ces nanoparticules à haute fréquence a été étudié

The objective of this work is high frequency (20-40MHz) characterization of the linear and non linear acoustic response of microbubble and experimental liquid-core nanoparticle contrast agents. Linear and non linear ultrasonic sequences were implemented and validated using a single-channel, broad bandwidth high frequency ultrasound prototype. The variation of the high frequency response of Sonovue contrast microbubbles and experimental nanoparticles was evaluated as a function of pressure, tone burst duration and solution concentration. Experimental nanoparticles consisted of perfluorooctyl bromide (PFOB) liquid cores with poly(lactide-coglycolide) (PLGA) shells. The acoustic response was compared for three different shell-thicknesses to radius ratios (0. 25, 0. 35 and 1). Results demonstrate increased second harmonic to fundamental ratio for the 20-MHz pulse inversion, PI, tone burst sequences as compared to the conventional sequence. The experimental liquid-core nanoparticles studied under flow in vitro present detectable linear and nonlinear response at 20 MHz. In vivo measurements are made to investigate the feasibility of high frequency acoustic detection of the liquid-core nanoparticles in an ectopic murine model after intraveneous injection of these nanoparticles. Bolus arrival of liquid core nanoparticles is detected at 20 MHz whereas, under matched conditions, detection was not achieved using a 7-14 MHz clinical ultrasound system. This work demonstrated high frequency detection and nonlinear response from experimental nanoparticles designed for therapy and contrast imaging and investigated the effect of shell type and thickness on this acoustic response