سونوبوريشن

تتكون الفقاعات الدقيقة المستخدمة اليوم من لب غازي وغلاف خارجي. وقد يختلف تركيب هذه العناصر تبعًا للخصائص الفيزيائية والكيميائية المطلوبة. ^{[ 5 ]} وقد تم تشكيل أغلفة الفقاعات الدقيقة باستخدام الدهون ، أو الجلاكتوز ، أو الألبومين ، أو البوليمرات . ويمكن أن يتكون اللب الغازي من الهواء أو غازات ثقيلة مثل النيتروجين أو مركبات الكربون المشبعة بالفلور . ^{[ 6 ]}

تتميز النوى الغازية للفقاعات الدقيقة بانضغاطية عالية مقارنةً ببيئتها السائلة، مما يجعلها شديدة الاستجابة للتطبيقات الصوتية. ونتيجةً للتحفيز بالموجات فوق الصوتية، تخضع الفقاعات الدقيقة للتمدد والانكماش، وهي ظاهرة تُعرف بالتجويف المستقر . إذا التصقت فقاعة دقيقة بغشاء الخلية ، فإن تذبذبات الفقاعة الدقيقة الناتجة عن التحفيز بالموجات فوق الصوتية قد تدفع الغشاء وتسحبه، مما يُحدث فتحةً فيه. هذه التذبذبات السريعة مسؤولة أيضًا عن تدفق السوائل المجاور، والذي يُسمى بالتدفق الدقيق، مما يزيد الضغط على الخلايا المحيطة، مُنتجًا المزيد من التثقيب الصوتي لمجموعات الخلايا بأكملها. ^{[ 7 ]} وقد أُشير إلى الآليات الفيزيائية التي يُفترض أنها مُتضمنة في التثقيب الصوتي المُعزز بالفقاعات الدقيقة بمصطلحات الدفع، والسحب، والتدفق الدقيق، والانتقال، والنفث. ^{[ 8 ]}

تم الإبلاغ لأول مرة عن تكوّن المسام بعد تطبيق الموجات فوق الصوتية في عام 1999 في دراسة رصدت وجود حفر في غشاء الخلية بعد تطبيق الموجات فوق الصوتية بتردد 255 كيلوهرتز. ^{[ 9 ]} لاحقًا، أظهر الحقن المجهري لجزيئات الدكستران بوساطة التثقيب الصوتي أن آليات نفاذية الغشاء تختلف باختلاف حجم جزيئات الدكستران. وقد أفيد أن الحقن المجهري لجزيئات الدكستران التي يتراوح حجمها بين 3 و70 كيلو دالتون قد عبرت غشاء الخلية عبر مسام عابرة. في المقابل، وُجدت جزيئات الدكستران التي يتراوح حجمها بين 155 و500 كيلو دالتون بشكل رئيسي في تراكيب شبيهة بالحويصلات، مما يشير على الأرجح إلى آلية الإدخال الخلوي . ^{[ 10 ]} وقد أدى هذا التباين في سلوك الغشاء إلى إجراء دراسات أخرى تبحث في خصائص تمزق الغشاء وإعادة إغلاقه اعتمادًا على سعة الموجات فوق الصوتية ومدتها.

تشير الاستجابات الخلوية المتنوعة للموجات فوق الصوتية إلى آلية امتصاص الجزيئات عبر الإدخال الخلوي. تشمل هذه الظواهر التفاعلية الملحوظة تبادل الأيونات ، وبيروكسيد الهيدروجين ، وتركيز الكالسيوم داخل الخلايا. استخدمت الدراسات تقنيات التثبيت الموضعي لمراقبة تبادل الأيونات في جهد الغشاء لتحديد دور الإدخال الخلوي في عملية التثقيب بالموجات فوق الصوتية. وقد تبين أن تطبيق الموجات فوق الصوتية على الخلايا والفقاعات الدقيقة المجاورة يُحدث فرط استقطاب ملحوظ في غشاء الخلية مصحوبًا بزيادة تدريجية في تركيز الكالسيوم داخل الخلايا، وهو ما يُعتقد أنه نتيجة لفتح قنوات الكالسيوم استجابةً لتذبذبات الفقاعات الدقيقة. تدعم هذه النتائج فرضية أن تطبيق الموجات فوق الصوتية يحفز إزالة غلاف الكلاثرين بوساطة الكالسيوم، وهو ما يُلاحظ في مسارات الإدخال الخلوي التقليدية. ^{[ 11 ] [ 12 ]} كما أفادت دراسات أخرى أن التثقيب بالموجات فوق الصوتية يحفز تكوين بيروكسيد الهيدروجين، وهو تفاعل خلوي معروف أيضًا بتورطه في الإدخال الخلوي. ^{[ 9 ]}

لوحظت جروح ميكانيكية في غشاء البلازما نتيجة لقوى القص الناتجة عن عملية التثقيب الصوتي . قد تختلف طبيعة هذه الجروح تبعًا لدرجة التجويف الصوتي، مما يؤدي إلى طيف واسع من سلوك الخلية، بدءًا من انتفاخ الغشاء وصولًا إلى تحلل الخلية الفوري . تشير دراسات متعددة تناولت جروح الغشاء إلى ملاحظة سلوك إعادة الإغلاق، وهي عملية تعتمد على استقطاب جزيئات الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) والحويصلات داخل الخلوية. ^{[ 9 ]}

بعد إحداث نفاذية في غشاء الخلية بواسطة الموجات فوق الصوتية، تستطيع الخلايا إصلاح هذه الفتحات تلقائيًا من خلال ظاهرة تُعرف باسم "الإصلاح بالموجات فوق الصوتية". ^{[ 13 ]} وقد ثبت أن عملية إعادة إغلاق الغشاء تعتمد على الكالسيوم. قد تشير هذه الخاصية إلى أن عملية إصلاح الغشاء تتضمن آلية إصلاح نشطة في الخلية استجابةً لتدفق الكالسيوم إليها. ^{[ 14 ]}

أول دراسة أشارت إلى استخدام الموجات فوق الصوتية في توصيل الجزيئات كانت دراسة مخبرية أجريت عام 1987، سعت إلى نقل الحمض النووي البلازميدي إلى خلايا الأرومة الليفية المستزرعة للفئران باستخدام تقنية التثقيب الصوتي. ^{[ 15 ]} وقد أدى نجاح نقل الحمض النووي البلازميدي، الذي أكسب الخلايا مقاومة للمضاد الحيوي G418، إلى إجراء المزيد من الدراسات المخبرية التي أشارت إلى إمكانية استخدام تقنية التثقيب الصوتي لنقل الحمض النووي البلازميدي وجزيئات siRNA داخل الخلايا الحية.

أُبلغ لأول مرة عن توصيل الأدوية باستخدام الموجات فوق الصوتية داخل الجسم الحي عام 1991 ^{[ 15 ]} ، وتلتها العديد من الدراسات قبل السريرية التي استخدمت تقنية التثقيب بالموجات فوق الصوتية. تُستخدم هذه الطريقة لتوصيل الأدوية العلاجية أو الجينات لعلاج مجموعة متنوعة من الأمراض، بما في ذلك: السكتة الدماغية ، والسرطان ، ومرض باركنسون ، ومرض الزهايمر ... ^{[ 13 ].} تتجلى فائدة التثقيب بالموجات فوق الصوتية في الدراسات قبل السريرية بوضوح من خلال علاجات الأورام الإشعاعية السابقة، والتي أظهرت تدميرًا خلويًا يزيد عن عشرة أضعاف عند دمج الإشعاع المؤين مع تفتيت الأوعية الدموية بواسطة الفقاعات الدقيقة باستخدام الموجات فوق الصوتية. قد تسمح هذه الزيادة في كفاءة التوصيل بتقليل الجرعة العلاجية بشكل مناسب. ^{[ 16 ]}