Das Vortex-Ultraschallgerät baut Blutgerinnsel im Gehirn ab

Die zerebrale venöse Sinusthrombose (CVST) ist ein Gerinnsel in den Venen, die das Blut vom Gehirn wegleiten, und ist eine der häufigsten Ursachen für Schlaganfälle bei jungen Menschen. Frühe Diagnose und gerinnungshemmende Therapie können den mit CVST verbundenen Schaden und die Mortalität minimieren, aber aktuelle Behandlungen versagen in etwa 20–40 % der Fälle.

Um die klinischen Ergebnisse zu verbessern, leitete ein Forschungsteam an North Carolina State University und Georgia Institute of Technology hat ein neuartiges Vortex-Ultraschallgerät entwickelt, das Blutgerinnsel im Gehirn auflösen soll. Das Gerät, das das Team in beschreibt Forschung, beseitigte Gerinnsel schneller als bestehende Techniken und konnte den Blutfluss durch eine vollständig blockierte Stelle wiederherstellen in vitro Modell von CVST in nur 8 min.

Bei einer als Sonothrombolyse bekannten Technik wird Ultraschall verwendet, um Mikrobläschen, die ein Gerinnsel umgeben, zu kavitieren, wodurch es zerfällt. Im Vergleich zu herkömmlichen gerinnungshemmenden oder thrombolytischen Medikamenten, die das Blutgerinnsel auflösen, hat die Sonothrombolyse das Potenzial, die erforderliche Behandlungszeit erheblich zu verkürzen. Frühere Strategien waren jedoch bei der Behandlung großer, vollständig verschlossener Venen oder Arterien klinisch nicht wirksam.

Das Besondere an diesem neuen Ansatz ist, dass das Team anstelle des herkömmlichen planaren Ultraschalls einen neuartigen Wirbelwandler entwickelt hat, der eine spiralförmige Wellenfront erzeugt, in der der Ultraschall bei seiner Vorwärtsbewegung wie ein Tornado wirbelt. Dieser Vortex-Ultraschall induziert eine Scherspannung parallel zur Vorderseite des Gerinnsels, die die Fibrinnetzwerke des Gerinnsels Schicht für Schicht mechanisch zerstört, um das Gerinnsel effizienter aufzulösen. Die Scherspannung lockert auch die Gerinnselstruktur und verbessert die Abgabe von Mikrobläschen und allen thrombolytischen Mitteln.

„Unsere frühere Arbeit befasste sich mit verschiedenen Techniken, die Ultraschall verwenden, um Blutgerinnsel mit im Wesentlichen nach vorne gerichteten Wellen zu beseitigen“, erklärt der Mitautor Xiaoning Jiang von der NC State University in einer Presseerklärung. „Unsere neue Arbeit verwendet Vortex-Ultraschall, bei dem die Ultraschallwellen eine spiralförmige Wellenfront haben. Basierend auf unserer in vitro Tests entfernt dieser Ansatz Blutgerinnsel schneller als bestehende Techniken, hauptsächlich aufgrund der durch die Wirbelwelle induzierten Scherspannung.“

Erzeugen einer spiralförmigen Welle

Die Forscher erstellten einen Vortex-Ultraschallwandler unter Verwendung einer 2 x 2-Anordnung von piezoelektrischen Wandlern mit kleiner Apertur und niedriger Frequenz (1.8 MHz). Das Zusammenbauen des Arrays mit einer Verschiebung um eine Viertelwellenlänge (0.21 mm) zwischen den nach vorne gerichteten Oberflächen benachbarter Wandler induziert die physikalische Phasenverzögerung, die erforderlich ist, um eine spiralförmige Wellenfront zu erzeugen.

Das Transducer-Array ist klein genug, um in einen Katheter mit 3.0 mm Durchmesser zu passen, mit einem Lumen, um die Wirkstoffe und Medikamente zur Kavitation von Mikrobläschen abzugeben. Dieser Katheter kann dann durch das Kreislaufsystem zur Stelle des Blutgerinnsels geführt werden.

Bei Tests an einem Blutgefäßphantom rekanalisierte der Vortex-Wandler die gesamte Länge eines 50-mm-Gerinnsels (Wiederherstellung des Blutflusses) innerhalb einer 30-minütigen Behandlung, während ein Nicht-Vortex-Wandler weniger als 50 % der Gerinnselauflösung (Auflösung) erreichte und nicht rekanalisierte Das Schiff. Beim Vergleich der Gerinnsellysegeschwindigkeit hatte der Vortex-Transducer eine absolute Lyserate von 53.9 mg/min, 64.3 % höher als die der Thrombolyse ohne Vortex-Transducer (32.8 mg/min).

„Basierend auf den verfügbaren Daten dauern pharmazeutische Eingriffe zur Auflösung von CVST-Blutgerinnseln mindestens 15 Stunden und im Durchschnitt etwa 29 Stunden“, bemerkt der Mitautor Chengzhi Shi von Georgia Tech. "Während in vitro Tests konnten wir ein akutes Blutgerinnsel in deutlich weniger als einer halben Stunde auflösen.“

Sicher und effektiv

Jiang, Shi und Mitarbeiter testeten ihren Wirbelwandler in einem 3D-gedruckten Modell des zerebralen Venensinus. Sie fanden heraus, dass ein vollständig blockiertes Blutgefäß in nur 8 Minuten Behandlung vollständig rekanalisiert wurde. Die akute Gerinnselmasse betrug 3.1 ± 0.3 g vor der Behandlung und 1.2 ± 0.4 g nach der Behandlung, was einer Reduktionsrate von 7.66 %/min und einer Lysegeschwindigkeit von 237.5 mg/min entspricht. Das Team stellt fest, dass diese Werte signifikant höher sind als die kürzlich für die medikamentenfreie endovaskuläre Sonothrombolyse berichteten (1.3–2.5 %/min; 2–4.6 mg/min).

„Ultraschallbohrer“ und Nanotröpfchen brechen Blutgerinnsel auf

Die Analyse der Gerinnselreste ergab, dass die meisten Partikel eine Größe von weniger als 100 µm aufwiesen, wodurch das Risiko einer gefährlichen Emboliebildung verringert wurde. Um die Behandlungssicherheit weiter zu beurteilen, wendeten die Forscher Vortex-Ultraschall an ex vivo Halsvenen des Hundes, wobei keine Schäden an den Blutgefäßwänden zu beobachten sind. Sie stellten auch fest, dass Vortex-Ultraschall die roten Blutkörperchen nicht wesentlich schädigt.

Als nächstes wollen die Forscher Tests im Tiermodell durchführen. Wenn diese erfolgreich sind, hoffen sie auf klinische Studien. „In schweren Fällen von CVST und bei Patienten mit massiven, vollständig blockierten venösen Gerinnseln, die mit derzeit verfügbaren Medikamenten nicht wirksam behandelt werden können, kann die Vortex-Ultraschall-Thrombolyse-Technologie in Zukunft eine lebensrettende Behandlung werden“, schlussfolgern sie.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/vortex-ultrasound-tool-breaks-down-blood-clots-in-the-brain/