Vortex ultralydsværktøj nedbryder blodpropper i hjernen

Vortex ultralydsværktøj nedbryder blodpropper i hjernen

Tidsstempel: 30. januar 2023 kl. 4

Ultralyds tornado
Ultralyds tornado Forskere har udviklet et nyt værktøj, der bruger vortex-ultralyd til at nedbryde blodpropper i hjernen. (Med høflighed: Xiaoning Jiang og Chengzhi Shi)

Cerebral venøs sinus trombose (CVST) er en blodprop i venerne, der dræner blodet væk fra hjernen, og er en af ​​de mest almindelige årsager til slagtilfælde hos unge. Tidlig diagnose og antikoagulantbehandling kan minimere skaden og dødeligheden forbundet med CVST, men nuværende behandlinger mislykkes i omkring 20-40 % af tilfældene.

For at forbedre de kliniske resultater gik et forskerhold op kl North Carolina State University , Georgia Institute of Technology har udviklet et nyt vortex-ultralydsværktøj designet til at nedbryde blodpropper i hjernen. Enheden, som teamet beskriver i Forskning, elimineret blodpropper hurtigere end eksisterende teknikker, og kunne genoprette blodgennemstrømningen gennem en fuldstændig blokeret vitro model af CVST på kun 8 min.

I en teknik kendt som sonotrombolyse bruges ultralyd til at kavitere mikrobobler omkring en koagel, hvilket får den til at nedbrydes. Sammenlignet med konventionelle antikoagulerende eller trombolytiske lægemidler, der opløser blodproppen, har sonothrombolyse potentiale til at reducere den nødvendige behandlingstid markant. Tidligere strategier har dog ikke været klinisk effektive ved behandling af store, fuldstændigt tilstoppede vener eller arterier.

Hvad der er anderledes ved denne nye tilgang er, at i stedet for at bruge konventionel plan ultralyd, har holdet udviklet en ny vortex-transducer, der skaber en spiralformet bølgefront, hvor ultralyden hvirvler tornado-stil, mens den bevæger sig fremad. Denne hvirvelultralyd inducerer en forskydningsspænding parallelt med koaglets forside, som mekanisk forstyrrer koaglets fibrin-netværk lag for lag for at opløse koaglet mere effektivt. Forskydningsspændingen løsner også koagelstrukturen, hvilket forbedrer leveringen af ​​mikrobobler og eventuelle trombolytiske midler.

"Vores tidligere arbejde så på forskellige teknikker, der bruger ultralyd til at fjerne blodpropper ved hjælp af, hvad der i det væsentlige er fremadrettede bølger," forklarer medkorrespondent forfatter Xiaoning Jiang fra NC State University i en pressemeddelelse. ”Vores nye arbejde bruger vortex-ultralyd, hvor ultralydsbølgerne har en spiralformet bølgefront. Baseret på vores vitro testning eliminerer denne tilgang blodpropper hurtigere end eksisterende teknikker, hovedsageligt på grund af forskydningsspændingen induceret af hvirvelbølgen."

Generering af en spiralformet bølge

Forskerne skabte en hvirvel-ultralydstransducer ved hjælp af et 2 x 2-array af lavfrekvente (1.8 MHz) piezoelektriske transducere med lille blænde. Samling af arrayet med en kvart bølgelængde (0.21 mm) skift mellem de fremadrettede overflader på nabotransducere inducerer den fysiske faseforsinkelse, der kræves for at generere en spiralformet bølgefront.

Vortex transducer prototype
Højhastigheds sonothrombolyse Til venstre: prototype af hvirveltransduceren og en non-vortex-transducer installeret i et kateter. Til højre: det målte akustiske trykkort for en hvirvel- og en ikke-hvirveltransducer. (Med høflighed: CC BY/Forskning 10.34133/research.0048)

Transducer-arrayet er lille nok til at passe ind i et 3.0 mm-diameter kateter med et lumen til at levere mikroboble-kavitationsmidler og lægemidler. Dette kateter kan derefter føres gennem kredsløbet til stedet for blodproppen.

I test på et blodkar-fantom rekanaliserede hvirveltransduceren hele længden af ​​en 50 mm koagel (genoprette blodgennemstrømningen) inden for en 30 minutters behandling, mens en non-vortex transducer opnåede mindre end 50 % af koagellyse (nedbrydning) og ikke rekanaliserede fartøjet. Ved sammenligning af koagellysehastighed havde hvirveltransduceren en absolut lyseringshastighed på 53.9 mg/min, 64.3 % højere end den for ikke-hvirveltransducerbaseret trombolyse (32.8 mg/min).

"Baseret på tilgængelige data tager farmaceutiske indgreb for at opløse CVST-blodpropper mindst 15 timer og gennemsnitligt omkring 29 timer," bemærker medkorresponderende forfatter Chengzhi Shi fra Georgia Tech. "I løbet af vitro test, var vi i stand til at opløse en akut blodprop på godt under en halv time.”

Sikker og effektiv

Jiang, Shi og samarbejdspartnere testede deres vortex-transducer i en 3D-printet model af den cerebrale venøse sinus. De fandt ud af, at et fuldstændigt blokeret blodkar blev fuldt rekanaliseret på kun 8 minutters behandling. Den akutte koagelmasse var 3.1±0.3 g før behandling og 1.2±0.4 g efter, svarende til en reduktionshastighed på 7.66 %/min og en lyseringshastighed på 237.5 mg/min. Holdet bemærker, at disse værdier er signifikant højere end dem, der for nylig er rapporteret for lægemiddelfri endovaskulær sonothrombolyse (1.3-2.5 %/min; 2-4.6 mg/min).

Analyse af koagelrester afslørede, at de fleste partikler var mindre end 100 µm i størrelse, hvilket reducerede risikoen for farlig embolidannelse. For yderligere at vurdere behandlingssikkerheden anvendte forskerne vortex-ultralyd til ex vivo halsvener hos hunde, der ikke observerer skader på blodkarvæggene. De fastslog også, at vortex-ultralyd ikke forårsager væsentlig skade på røde blodlegemer.

Dernæst planlægger forskerne at udføre forsøg i en dyremodel. Hvis disse lykkes, håber de at forfølge kliniske forsøg. "I alvorlige tilfælde af CVST og hos patienter med massive, fuldt blokerede venepropper, og som ikke kan behandles effektivt med medicin, der i øjeblikket er tilgængelig, kan vortex-ultralyd-trombolyseteknologien blive en livreddende behandling i fremtiden," konkluderer de.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden