La herramienta de ultrasonido Vortex descompone los coágulos de sangre en el cerebro

La trombosis del seno venoso cerebral (CVST, por sus siglas en inglés) es un coágulo en las venas que drenan la sangre del cerebro y es una de las causas más comunes de accidente cerebrovascular en los jóvenes. El diagnóstico temprano y la terapia anticoagulante pueden minimizar el daño y la mortalidad asociados con CVST, pero los tratamientos actuales fallan en un 20 a 40% de los casos.

Para mejorar los resultados clínicos, un equipo de investigación dirigido por Universidad Estatal de Carolina del Norte y Instituto de Tecnología de Georgia ha desarrollado una nueva herramienta de ultrasonido de vórtice diseñada para descomponer los coágulos de sangre en el cerebro. El dispositivo, que el equipo describe en Investigación, eliminó los coágulos más rápido que las técnicas existentes y podría restaurar el flujo sanguíneo a través de un completamente bloqueado in vitro modelo de CVST en solo 8 min.

En una técnica conocida como sonotrombolisis, se usa ultrasonido para cavitar las microburbujas que rodean un coágulo, lo que hace que se rompa. En comparación con los fármacos anticoagulantes o trombolíticos convencionales que disuelven el coágulo de sangre, la sonotrombolisis tiene el potencial de reducir notablemente el tiempo de tratamiento requerido. Sin embargo, las estrategias anteriores no han sido clínicamente efectivas en el tratamiento de venas o arterias grandes completamente ocluidas.

La diferencia de este nuevo enfoque es que, en lugar de utilizar ultrasonido planar convencional, el equipo ha desarrollado un novedoso transductor de vórtice que crea un frente de onda helicoidal, en el que el ultrasonido se arremolina al estilo de un tornado a medida que avanza. Este ultrasonido de vórtice induce un esfuerzo cortante paralelo a la superficie frontal del coágulo, que rompe mecánicamente las redes de fibrina del coágulo capa por capa para disolver el coágulo de manera más eficiente. El esfuerzo cortante también afloja la estructura del coágulo, mejorando la liberación de microburbujas y cualquier agente trombolítico.

"Nuestro trabajo anterior analizó varias técnicas que usan ultrasonido para eliminar los coágulos de sangre usando lo que son esencialmente ondas orientadas hacia adelante", explica el coautor correspondiente. xiaoning jiang de la Universidad Estatal de Carolina del Norte en un comunicado de prensa. “Nuestro nuevo trabajo utiliza ultrasonido de vórtice, donde las ondas de ultrasonido tienen un frente de onda helicoidal. Basado en nuestro in vitro En las pruebas, este enfoque elimina los coágulos de sangre más rápidamente que las técnicas existentes, en gran parte debido a la tensión de cizallamiento inducida por la onda de vórtice”.

Generando una onda helicoidal

Los investigadores crearon un transductor de ultrasonido de vórtice utilizando una matriz de 2 x 2 de transductores piezoeléctricos de baja frecuencia y pequeña apertura (1.8 MHz). El montaje de la matriz con un desplazamiento de un cuarto de longitud de onda (0.21 mm) entre las superficies de visualización frontal de los transductores vecinos induce el retraso de fase físico necesario para generar un frente de onda helicoidal.

La matriz de transductores es lo suficientemente pequeña como para caber en un catéter de 3.0 mm de diámetro, con un lumen para administrar los fármacos y agentes de cavitación de microburbujas. Luego, este catéter se puede introducir a través del sistema circulatorio hasta el sitio del coágulo de sangre.

En pruebas en un fantoma de vaso sanguíneo, el transductor de vórtice recanalizó la longitud completa de un coágulo de 50 mm (restaurando el flujo sanguíneo) dentro de un tratamiento de 30 minutos, mientras que un transductor sin vórtice logró menos del 50 % de la lisis del coágulo (ruptura) y no recanalizó el recipiente. Comparando la velocidad de lisis del coágulo, el transductor de vórtice tuvo una tasa de lisis absoluta de 53.9 mg/min, un 64.3 % más alta que la de la trombólisis basada en el transductor sin vórtice (32.8 mg/min).

"Según los datos disponibles, las intervenciones farmacéuticas para disolver los coágulos de sangre CVST tardan al menos 15 horas y un promedio de alrededor de 29 horas", señala el coautor correspondiente. Chengzhi Shi de Georgia Tech. "Durante in vitro Con las pruebas, pudimos disolver un coágulo de sangre agudo en menos de media hora”.

Seguro y eficaz

Jiang, Shi y sus colaboradores probaron su transductor de vórtice en un modelo impreso en 3D del seno venoso cerebral. Descubrieron que un vaso sanguíneo completamente bloqueado se recanalizó por completo en solo 8 minutos de tratamiento. La masa del coágulo agudo fue de 3.1±0.3 g antes del tratamiento y de 1.2±0.4 g después, lo que corresponde a una tasa de reducción de 7.66 %/min y una velocidad de lisis de 237.5 mg/min. El equipo observa que estos valores son significativamente más altos que los informados recientemente para la sonotrombolisis endovascular sin fármacos (1.3–2.5 %/min; 2–4.6 mg/min).

El 'taladro de ultrasonido' y las nanogotas rompen los coágulos de sangre

El análisis de los restos del coágulo reveló que la mayoría de las partículas tenían un tamaño inferior a 100 µm, lo que reduce el riesgo de formación de émbolos peligrosos. Para evaluar aún más la seguridad del tratamiento, los investigadores aplicaron ultrasonido de vórtice a ex vivo venas yugulares caninas, no observándose daño en las paredes de los vasos sanguíneos. También determinaron que el ultrasonido de vórtice no causa daño sustancial a los glóbulos rojos.

A continuación, los investigadores planean realizar pruebas en un modelo animal. Si estos tienen éxito, esperan continuar con los ensayos clínicos. “En casos severos de CVST y en pacientes con coágulos venosos masivos y completamente bloqueados y que no pueden ser tratados de manera efectiva con los medicamentos que están disponibles actualmente, la tecnología de trombólisis por ultrasonido de vórtice puede convertirse en un tratamiento que salve vidas en el futuro”, concluyen.

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