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对疾病分子基础的了解不断增加， 抑制病理蛋白表达的试剂，如核酸，用于迄今为止的挽救生命的治疗。 无望的疾病 尽管在递送细胞膜的策略方面有很有希望的发展， 不渗透的核酸，如siRNA，对致病细胞，一种安全有效的靶向方法， 这些试剂的递送仍然是难以捉摸的。使用血管递送的基因治疗的一个重要障碍是 绕过内皮屏障我们一直在开发一种独特的技术， 通过超声（US）触发空化（膨胀和收缩）的装载核酸的微泡（MB）， 引起相邻细胞膜的瞬时透化和由细胞膜携带的治疗剂的递送， MB。这种部位特异性、非侵入性给药方法的潜力是非凡的，更重要的是， 和US换能器还提供了同时进行真实的时间成像引导的治疗导航的能力。尽管 它的承诺，机制的功效，超声触发MB空化（UTMC）作为一个交付 平台知之甚少。如果没有对安全和安全的基本机制的充分了解， 有效的生物等效物递送由UTMC实现，其最终的床边转移是不可能的。 我们 假设微循环中微泡空化对内皮细胞造成非致死性机械扰动， 细胞，导致信号传导事件，最终导致内皮屏障通透性过高。 我们建议在体外 研究系统地询问机制途径，然后进行体内实验以研究UTMC 真实的时间的内皮屏障作用，解决三个具体的目的：（1）确定机制， 其中UTMC增加内皮屏障通透性。我们将使用涂有内皮细胞的transwells 并操纵候选途径来检验UTMC-BMPs诱导的Ca 2+内流增加内皮细胞增殖的假设。 磁导率 我们将使用光学共聚焦显微镜测量伴随的细胞事件， 将屏障功能与细胞反应相关联;（2）确定体内MB空化与细胞反应之间的关系。 行为和大分子的跨内皮转运（siRNA）。 我们将使用定制的超高 速度照相机来可视化微循环中的体内US-MB振动，以测试MB 空化导致可量化的机械事件，然后导出管理UTMC介导的物理原理 高渗透性;第3部分：确定在高渗透性过程中siRNA-β负载MB的外渗途径和细胞命运。 UTMC体内。我们将在提睾肌微循环中使用活体高速共聚焦显微镜， 显示内皮屏障特性和siRNA-100负载的MB命运。 我们的跨学科团队联合起来 物理学/声学与生物学/生理学，以深入了解基本的物理和细胞机制 潜在的UTMC-β促进基因递送。最终，我们的研究将确定优化的合理基础 这一非凡的技术，并加速核酸疗法的翻译到床边。

Increasing  knowledge  of  the  molecular  underpinnings  of  disease  is  driving  a  powerful  imperative  to  deliver  agents, such as nucleic acids, to silence expression of pathologic proteins for life-­saving treatment of heretofore  hopeless  illnesses.  Although  there  are  promising  developments  in  strategies  to  deliver  cell  membrane  impermeant  nucleic  acids,  such  as  siRNA,  to  disease-­causing  cells,  a  safe  and  efficient  method  for  targeted  delivery of these agents has remained elusive. A significant hurdle for gene therapies using vascular delivery is  to circumvent the endothelial barrier. We have been developing a unique technology using intravenously injected  nucleic acid-­loaded microbubbles (MB) which are triggered to cavitate (expand and contract) by ultrasound (US),  causing transient permeabilization of the adjacent cell membrane and delivery of the therapeutic carried by the  MBs. The potential of this site-­specific, non-­invasive delivery method is extraordinary, more so because the MBs  and US transducer also provide capability for simultaneous real time image-­guided navigation of therapy. Despite  its promise, the mechanisms underlying the efficacy of ultrasound-­triggered MB cavitation (UTMC) as a delivery  platform are poorly understood. Without a sound knowledge of the fundamental mechanisms by which safe and  effective  biotherapeutic  delivery  is  effected  by  UTMC,  its  ultimate  bedside  translation  is  impossible.  We  hypothesize that MBs cavitating in the microcirculation impart non-­lethal mechanical perturbations on endothelial  cells,  leading  to  signaling  events  that  culminate  in  endothelial  barrier  hyperpermeability.  We  propose  in  vitro  studies to systematically interrogate mechanistic pathways, followed by in vivo experiments to investigate UTMC  endothelial  barrier  effects  in  real  time,  addressing  three  Specific  Aims:  (1)  Determine  the  mechanisms  by  which UTMC increases endothelial barrier permeability. We will use transwells coated with endothelial cells  and manipulate candidate pathways to test the hypothesis that UTMC-­induced Ca2+ influx increases endothelial  permeability.  We  will  optically  measure  attendant  cellular  events  using  multicolor  confocal  microscopy,  thus  correlating  barrier  function  to  cell  response;;  (2)  Determine  the  relationship  between  in  vivo  MB  cavitation  behaviors  and  transendothelial  transport  of  macromolecules  (siRNA).  We  will  use  a  custom  ultra-­high  speed  camera  to  visualize  in  vivo  US-­MB  vibrations  in  the  microcirculation  to  test  the  hypothesis  that  MB  cavitation  causes  quantifiable  mechanical  events,  then  derive  physical  principles  governing  UTMC-­mediated  hyperpermeability;; (3): Determine extravasation pathways and cellular fate of siRNA-­loaded MBs during  UTMC in vivo. We will use intravital high-­speed multicolor confocal microscopy in cremaster microcirculation to  visualize  endothelial  barrier  properties  and  siRNA-­loaded  MB  fate.  Our  multi-­disciplinary  team  unites  physics/acoustics with biology/physiology to derive insights into fundamental physical and cellular mechanisms  underlying UTMC-­facilitated gene delivery. Ultimately, our research will define a rational basis for optimization  of this remarkable technology and accelerate the translation of nucleic acid therapeutics to the bedside.