L'outil à ultrasons Vortex décompose les caillots sanguins dans le cerveau

La thrombose du sinus veineux cérébral (CVST) est un caillot dans les veines qui drainent le sang du cerveau et est l'une des causes les plus fréquentes d'accident vasculaire cérébral chez les jeunes. Un diagnostic précoce et un traitement anticoagulant peuvent minimiser les dommages et la mortalité associés à la CVST, mais les traitements actuels échouent dans environ 20 à 40 % des cas.

Pour améliorer les résultats cliniques, une équipe de recherche dirigée par Université d'État de Caroline du Nord ainsi que Georgia Institute of Technology a développé un nouvel outil d'échographie vortex conçu pour décomposer les caillots sanguins dans le cerveau. L'appareil, que l'équipe décrit dans Recherche, éliminait les caillots plus rapidement que les techniques existantes et pouvait rétablir le flux sanguin à travers une zone complètement bloquée in vitro modèle de CVST en seulement 8 min.

Dans une technique connue sous le nom de sonothrombolyse, les ultrasons sont utilisés pour faire caviter les microbulles entourant un caillot, provoquant sa décomposition. Par rapport aux médicaments anticoagulants ou thrombolytiques conventionnels qui dissolvent le caillot sanguin, la sonothrombolyse a le potentiel de réduire considérablement le temps de traitement requis. Les stratégies précédentes, cependant, n'ont pas été cliniquement efficaces lors du traitement de grosses veines ou artères complètement occluses.

Ce qui est différent dans cette nouvelle approche, c'est qu'au lieu d'utiliser l'échographie planaire conventionnelle, l'équipe a développé un nouveau transducteur vortex qui crée un front d'onde hélicoïdal, dans lequel l'échographie tourbillonne à la manière d'une tornade à mesure qu'elle avance. Cette échographie vortex induit une contrainte de cisaillement parallèle à la surface avant du caillot, qui perturbe mécaniquement les réseaux de fibrine du caillot couche par couche pour dissoudre le caillot plus efficacement. La contrainte de cisaillement desserre également la structure du caillot, améliorant la délivrance de microbulles et de tout agent thrombolytique.

"Nos travaux précédents ont examiné diverses techniques qui utilisent les ultrasons pour éliminer les caillots sanguins en utilisant ce qui sont essentiellement des ondes orientées vers l'avant", explique l'auteur co-correspondant. Xian Jiang de la NC State University dans un communiqué de presse. « Notre nouveau travail utilise l'échographie vortex, où les ondes ultrasonores ont un front d'onde hélicoïdal. Basé sur notre in vitro tests, cette approche élimine les caillots sanguins plus rapidement que les techniques existantes, en grande partie à cause de la contrainte de cisaillement induite par l'onde vortex.

Génération d'une onde hélicoïdale

Les chercheurs ont créé un transducteur à ultrasons vortex à l'aide d'un réseau 2 x 2 de transducteurs piézoélectriques à petite ouverture et basse fréquence (1.8 MHz). L'assemblage du réseau avec un décalage d'un quart de longueur d'onde (0.21 mm) entre les surfaces de visualisation vers l'avant des transducteurs voisins induit le retard de phase physique nécessaire pour générer un front d'onde hélicoïdal.

Le réseau de transducteurs est suffisamment petit pour tenir dans un cathéter de 3.0 mm de diamètre, avec une lumière pour administrer les agents de cavitation à microbulles et les médicaments. Ce cathéter peut ensuite être acheminé à travers le système circulatoire jusqu'au site du caillot sanguin.

Lors de tests sur un fantôme de vaisseau sanguin, le transducteur vortex a recanalisé toute la longueur d'un caillot de 50 mm (rétablissement du flux sanguin) en 30 minutes de traitement, tandis qu'un transducteur sans vortex a obtenu moins de 50 % de lyse du caillot (rupture) et n'a pas recanalisé le navire. En comparant la vitesse de lyse du caillot, le transducteur vortex avait un taux de lyse absolu de 53.9 mg/min, 64.3 % supérieur à celui de la thrombolyse basée sur un transducteur sans vortex (32.8 mg/min).

"Sur la base des données disponibles, les interventions pharmaceutiques pour dissoudre les caillots sanguins CVST prennent au moins 15 heures et en moyenne environ 29 heures", note l'auteur co-correspondant Chengzhi Shi de Georgia Tech. "Durant in vitro tests, nous avons pu dissoudre un caillot sanguin aigu en moins d'une demi-heure.

Sûr et efficace

Jiang, Shi et leurs collaborateurs ont testé leur transducteur vortex dans un modèle imprimé en 3D du sinus veineux cérébral. Ils ont découvert qu'un vaisseau sanguin complètement bloqué était entièrement recanalisé en seulement 8 minutes de traitement. La masse aiguë du caillot était de 3.1 ± 0.3 g avant traitement et de 1.2 ± 0.4 g après, correspondant à un taux de réduction de 7.66 %/min et une vitesse de lyse de 237.5 mg/min. L'équipe note que ces valeurs sont significativement plus élevées que celles récemment rapportées pour la sonothrombolyse endovasculaire sans médicament (1.3–2.5 %/min ; 2–4.6 mg/min).

Une «perceuse à ultrasons» et des nanogouttelettes séparent les caillots sanguins

L'analyse des débris de caillot a révélé que la plupart des particules avaient une taille inférieure à 100 µm, ce qui réduit le risque de formation d'emboles dangereux. Pour évaluer davantage la sécurité du traitement, les chercheurs ont appliqué des ultrasons vortex à ex vivo veines jugulaires canines, en observant aucun dommage aux parois des vaisseaux sanguins. Ils ont également déterminé que les ultrasons vortex ne causent pas de dommages importants aux globules rouges.

Ensuite, les chercheurs prévoient de réaliser des tests sur un modèle animal. Si ceux-ci réussissent, ils espèrent poursuivre les essais cliniques. "Dans les cas graves de CVST et chez les patients présentant des caillots veineux massifs et complètement bloqués et qui ne peuvent pas être traités efficacement avec les médicaments actuellement disponibles, la technologie de thrombolyse par ultrasons vortex peut devenir un traitement salvateur à l'avenir", concluent-ils.

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