Lo strumento a ultrasuoni Vortex rompe i coaguli di sangue nel cervello

La trombosi del seno venoso cerebrale (CVST) è un coagulo nelle vene che drena il sangue dal cervello ed è una delle cause più comuni di ictus nei giovani. La diagnosi precoce e la terapia anticoagulante possono ridurre al minimo i danni e la mortalità associati alla CVST, ma i trattamenti attuali falliscono in circa il 20-40% dei casi.

Per migliorare i risultati clinici, un gruppo di ricerca diretto a North Carolina State University ed Georgia Institute of Technology ha sviluppato un nuovo strumento a ultrasuoni a vortice progettato per abbattere i coaguli di sangue nel cervello. Il dispositivo, che il team descrive in Ricerca, ha eliminato i coaguli più velocemente rispetto alle tecniche esistenti e potrebbe ripristinare il flusso sanguigno attraverso un blocco completamente bloccato in vitro modello di CVST in soli 8 min.

In una tecnica nota come sonotrombolisi, gli ultrasuoni vengono utilizzati per cavitare le microbolle che circondano un coagulo, provocandone la rottura. Rispetto ai tradizionali farmaci anticoagulanti o trombolitici che dissolvono il coagulo di sangue, la sonotrombolisi ha il potenziale per ridurre notevolmente il tempo di trattamento richiesto. Le strategie precedenti, tuttavia, non sono state clinicamente efficaci nel trattamento di vene o arterie grandi e completamente occluse.

La differenza di questo nuovo approccio è che invece di utilizzare gli ultrasuoni planari convenzionali, il team ha sviluppato un nuovo trasduttore a vortice che crea un fronte d'onda elicoidale, in cui l'ultrasuono turbina in stile tornado mentre avanza. Questo ultrasuono a vortice induce uno sforzo di taglio parallelo alla superficie anteriore del coagulo, che interrompe meccanicamente le reti di fibrina del coagulo strato dopo strato per dissolvere il coagulo in modo più efficiente. Lo sforzo di taglio allenta anche la struttura del coagulo, migliorando la consegna di microbolle e di eventuali agenti trombolitici.

"Il nostro lavoro precedente ha esaminato varie tecniche che utilizzano gli ultrasuoni per eliminare i coaguli di sangue utilizzando quelle che sono essenzialmente onde rivolte in avanti", spiega l'autore co-corrispondente Xiaoning Jiang dalla NC State University in un comunicato stampa. “Il nostro nuovo lavoro utilizza gli ultrasuoni a vortice, in cui le onde ultrasoniche hanno un fronte d'onda elicoidale. Sulla base del nostro in vitro test, questo approccio elimina i coaguli di sangue più rapidamente rispetto alle tecniche esistenti, in gran parte a causa dello sforzo di taglio indotto dall'onda del vortice.

Generazione di un'onda elicoidale

I ricercatori hanno creato un trasduttore a ultrasuoni a vortice utilizzando una matrice 2 x 2 di trasduttori piezoelettrici a bassa apertura e bassa frequenza (1.8 MHz). L'assemblaggio dell'array con uno spostamento di un quarto di lunghezza d'onda (0.21 mm) tra le superfici di visione in avanti dei trasduttori vicini induce il ritardo di fase fisico necessario per generare un fronte d'onda elicoidale.

L'array del trasduttore è abbastanza piccolo da poter essere inserito in un catetere di 3.0 mm di diametro, con un lume per erogare gli agenti di cavitazione delle microbolle ei farmaci. Questo catetere può quindi essere alimentato attraverso il sistema circolatorio fino al sito del coagulo di sangue.

Nei test su un fantoccio di vasi sanguigni, il trasduttore a vortice ha ricanalizzato l'intera lunghezza di un coagulo di 50 mm (ripristinando il flusso sanguigno) in un trattamento di 30 minuti, mentre un trasduttore senza vortice ha raggiunto meno del 50% della lisi del coagulo (rottura) e non ha ricanalizzato la nave. Confrontando la velocità di lisi del coagulo, il trasduttore a vortice aveva una velocità di lisi assoluta di 53.9 mg/min, il 64.3% superiore a quella della trombolisi basata su trasduttore non a vortice (32.8 mg/min).

"Sulla base dei dati disponibili, gli interventi farmaceutici per dissolvere i coaguli di sangue CVST richiedono almeno 15 ore e una media di circa 29 ore", osserva l'autore corrispondente Chengzhi Shi della Georgia Tech. "Durante in vitro test, siamo stati in grado di dissolvere un coagulo di sangue acuto in meno di mezz'ora.

Sicuro ed efficace

Jiang, Shi e collaboratori hanno testato il loro trasduttore a vortice in un modello stampato in 3D del seno venoso cerebrale. Hanno scoperto che un vaso sanguigno completamente bloccato è stato completamente ricanalizzato in soli 8 minuti di trattamento. La massa acuta del coagulo era di 3.1±0.3 g prima del trattamento e di 1.2±0.4 g dopo, corrispondente a un tasso di riduzione del 7.66%/min e una velocità di lisi di 237.5 mg/min. Il team osserva che questi valori sono significativamente più alti di quelli recentemente riportati per la sonotrombolisi endovascolare senza farmaci (1.3–2.5%/min; 2–4.6 mg/min).

Il "trivello ad ultrasuoni" e le nanogoccioline rompono i coaguli di sangue

L'analisi dei detriti del coagulo ha rivelato che la maggior parte delle particelle aveva dimensioni inferiori a 100 µm, riducendo il rischio di una pericolosa formazione di emboli. Per valutare ulteriormente la sicurezza del trattamento, i ricercatori hanno applicato gli ultrasuoni a vortice ex vivo vene giugulari canine, senza osservare danni alle pareti dei vasi sanguigni. Hanno anche stabilito che l'ecografia a vortice non causa danni sostanziali ai globuli rossi.

Successivamente, i ricercatori hanno in programma di eseguire test su un modello animale. Se questi hanno successo, sperano di proseguire gli studi clinici. "Nei casi gravi di CVST e nei pazienti con coaguli venosi massicci e completamente bloccati e che non possono essere trattati efficacemente con i farmaci attualmente disponibili, la tecnologia di trombolisi a ultrasuoni a vortice potrebbe diventare un trattamento salvavita in futuro", concludono.

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