Synthesis of Ultrasound Contrast Agent: Characteristics and Size Distribution Analysis

초음파 조영제의 합성 및 합성된 초음파 조영제의 특성 분석

Purpose: The purpose of this study is to establish the methodology regarding synthesis of ultrasound contrast agent imaging, and to evaluate the characteristics of the synthesized ultrasound contrast agents, including size or degradation interval and image quality. Materials and Methods: The ultrasound contrast agent, composed of liposome and SF6, was synthesized from the mixture solution of $21{\mu}mol$ DPPC (1, 2-Dihexadecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, $C_{40}H_{80}NO_8P$), $9{\mu}mol$ cholesterol, $1.9{\mu}mol$ of DCP (Dihexadecylphosphate, $[CH_3(CH_2)_{15}O]_2P(O)OH$), and chloroform. After evaporation in a warm water bath and drying during a period of 12-24 hours, the contrast agent was synthesized by the sonication process by addition of buffer and SF6 gas. The size of the contrast agent was controlled by use of either extruder or sonication methods. After synthesis of contrast agents, analysis of the size distribution of the bubbles was performed using dynamic light scattering measurement methods. The degradation curve was also evaluated by changes in the number of contrast agents via light microscopy immediate, 12 hours, 24 hours, 36 hours, 48 hours, 60 hours, 72 hours, and 84 hours after synthesis. For evaluation of the role as an US contrast agent, the echogenicity of the synthesized microbubble was compared with commercially available microbubbles (SonoVue, Bracco, Milan, Italy) using a clinical ultrasound machine and phantom. Results: The contrast agents were synthesized successfully using an evaporation-drying-sonication method. The majority of bubbles showed a mean size of 154.2 nanometers, and they showed marked degradation 24 hours after synthesis. ANOVA test revealed a significant difference among SonoVue, synthesized contrast agent, and saline (p < 0.001). Although no significant difference was observed between SonoVue and the synthesized contrast agent, difference in echogenicity was observed between synthesized contrast agent and saline (p < 0.01). Conclusion: We could synthesize ultrasound contrast agents using an evaporation-drying-sonication method. On the basis of these results, many prospective types of research, such as anticancer drug delivery, gene delivery, including siRNA or microRNA, targeted molecular imaging, and targeted therapy can be performed.

목적: 본 연구는 초음파 조영제를 직접 합성하고 그 크기 및 소멸 시간 등의 특성을 분석하며, 기존의 초음파 조영제와의 영상을 비교하여 앞으로 초음파 조영제를 매개로 한 영상 유도 하 약물 및 유전자 치료제의 전달 시스템 구축의 기본을 갖추고자 한다. 대상 및 방법: 초음파 조영제는 21마이크로 몰의 DPPC(1, 2-Dihexadecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, $C_{40}H_{80}NO_8P$), 9 마이크로 몰의 콜레스테롤, 1.9 마이크로 몰의 DCP(Dihexadecylphosphate, $[CH_3(CH_2)_{15}O]_2P(O)OH$) 및 클로로포름 및 SF6 기체를 이용하여 합성하였다. 약 12-24시간의 동결건조 후에 초음파 조영제는 SF6 기체와 초음파 처리(sonication) 법을 이용하여 합성하였고 그 초음파 조영제의 크기는 압출기를 이용하여 일정한 크기로 조정하였다. 합성된 초음파 조영제는 동적 광산란 측정법(dynamic light scattering measurement)을 이용하여 그 크기를 분석하였다. 한편 합성한 초음파 조영제의 소멸 양상을 평가하기 위하여 광학 현미경을 이용하여 그 숫자를 합성 직후, 12시간, 24시간, 36시간, 48시간, 60시간, 72시간 및 84시간 후에 평가하였다. 초음파 조영제로서의 효과를 평가하기 위하여 모형을 만들어 현재 임상적으로 사용되고 있는 초음파 조영제와 그 에코를 비교 분석하였다. 결과: 초음파 조영제는 동결건조-초음파 처리 방법을 통하여 성공적으로 합성 할 수 있었다. 합성된 초음파 조영제는 154.2 nm의 정점 (peak)에서 가장 많이 분포하였으며 합성 후 24시간부터는 입자의 숫자들이 감소하는 양상을 보였다. 소노뷰와 합성된 초음파 조영제의 에코밝기는 유의한 차이를 보이지 않았으나 소노뷰와 생리식염수 및 합성된 초음파 조영제와 생리식염수의 에코 밝기는 통계적으로 유의한 차이를 보였다 (p < 0.01). 결론: 본 연구를 통하여 초음파 조영제를 직접 합성할 수 있는 방법을 습득할 수 있었고 그 크기 및 특성을 분석할 수 있었다.