Vortex ultralydverktøy bryter ned blodpropp i hjernen

Cerebral venøs sinus trombose (CVST) er en blodpropp i venene som drenerer blodet bort fra hjernen, og er en av de vanligste årsakene til hjerneslag hos unge mennesker. Tidlig diagnose og antikoagulantbehandling kan minimere skaden og dødeligheten forbundet med CVST, men dagens behandlinger mislykkes i rundt 20–40 % av tilfellene.

For å forbedre kliniske resultater dro et forskerteam opp kl North Carolina State University og Georgia Institute of Technology har utviklet et nytt vortex-ultralydverktøy utviklet for å bryte ned blodpropp i hjernen. Enheten, som teamet beskriver i Forskning, eliminert blodpropp raskere enn eksisterende teknikker, og kunne gjenopprette blodstrømmen gjennom en fullstendig blokkert vitro modell av CVST på bare 8 min.

I en teknikk kjent som sonotrombolyse, brukes ultralyd til å kavitere mikrobobler som omgir en blodpropp, og får den til å brytes ned. Sammenlignet med konvensjonelle antikoagulerende eller trombolytiske legemidler som løser opp blodproppen, har sonotrombolyse potensial til å redusere den nødvendige behandlingstiden bemerkelsesverdig. Tidligere strategier har imidlertid ikke vært klinisk effektive ved behandling av store, fullstendig okkluderte vener eller arterier.

Det som er annerledes med denne nye tilnærmingen er at i stedet for å bruke konvensjonell plan ultralyd, har teamet utviklet en ny virveltransduser som skaper en spiralformet bølgefront, der ultralyden virvler i tornadostil mens den beveger seg fremover. Denne virvelultralyden induserer en skjærspenning parallelt med koagelens frontoverflate, som mekanisk forstyrrer koagelfibrinnettverket lag for lag for å løse opp koagelen mer effektivt. Skjærspenningen løsner også koagelstrukturen, og forbedrer tilførselen av mikrobobler og eventuelle trombolytiske midler.

"Vårt tidligere arbeid så på ulike teknikker som bruker ultralyd for å eliminere blodpropp ved å bruke det som egentlig er fremovervendte bølger," forklarer medkorrespondent forfatter Xiaoning Jiang fra NC State University i en pressemelding. "Vårt nye arbeid bruker virvelultralyd, der ultralydbølgene har en spiralformet bølgefront. Basert på vår vitro testing eliminerer denne tilnærmingen blodpropp raskere enn eksisterende teknikker, hovedsakelig på grunn av skjærspenningen indusert av virvelbølgen."

Genererer en spiralformet bølge

Forskerne skapte en virvel-ultralydsvinger ved å bruke en 2 x 2-serie med lavfrekvente (1.8 MHz) piezoelektriske transdusere med liten blenderåpning. Å sette sammen arrayet med en kvart bølgelengde (0.21 mm) forskyvning mellom de fremadrettede overflatene til nabotransdusere induserer den fysiske faseforsinkelsen som kreves for å generere en spiralformet bølgefront.

Transdusergruppen er liten nok til å passe inn i et 3.0 mm-diameter kateter, med et lumen for å levere mikroboblekavitasjonsmidler og legemidler. Dette kateteret kan deretter mates gjennom sirkulasjonssystemet til stedet for blodproppen.

I tester på et blodkarfantom rekanaliserte virveltransduseren hele lengden av en 50 mm koagel (gjenoppretting av blodstrømmen) i løpet av en 30 minutters behandling, mens en ikke-virveltransduser oppnådde mindre enn 50 % av koagellyse (nedbrytning) og ikke rekanaliserte Fartøyet. Ved å sammenligne koagellyseringshastigheten hadde virveltransduseren en absolutt lyseringshastighet på 53.9 mg/min, 64.3 % høyere enn for ikke-virveltransduserbasert trombolyse (32.8 mg/min).

"Basert på tilgjengelige data tar farmasøytiske intervensjoner for å løse opp CVST-blodpropp minst 15 timer, og gjennomsnittlig rundt 29 timer," bemerker medkorresponderende forfatter Chengzhi Shi fra Georgia Tech. "Under vitro testing klarte vi å løse opp en akutt blodpropp på godt under en halvtime.»

Trygt og effektivt

Jiang, Shi og samarbeidspartnere testet sin virveltransduser i en 3D-printet modell av den cerebrale venøse sinus. De fant at en fullstendig blokkert blodåre ble fullstendig rekanalisert på bare 8 minutter med behandling. Den akutte koagelmassen var 3.1±0.3 g før behandling og 1.2±0.4 g etter, tilsvarende en reduksjonshastighet på 7.66 %/min og en lyseringshastighet på 237.5 mg/min. Teamet bemerker at disse verdiene er betydelig høyere enn de som nylig er rapportert for medikamentfri endovaskulær sonotrombolyse (1.3–2.5 %/min; 2–4.6 mg/min).

'Ultralydøvelse' og nanodråper bryter fra hverandre blodpropp

Analyse av koagelavfallet avslørte at de fleste partikler var mindre enn 100 µm i størrelse, noe som reduserte risikoen for farlig embolidannelse. For å vurdere behandlingssikkerheten ytterligere brukte forskerne virvelultralyd på ex vivo jugularvener hos hunder, og observerer ingen skade på blodåreveggene. De fastslo også at virvelultralyd ikke forårsaker betydelig skade på røde blodlegemer.

Deretter planlegger forskerne å utføre tester i en dyremodell. Hvis disse lykkes, håper de å forfølge kliniske studier. "I alvorlige tilfeller av CVST og hos pasienter med massive, fullstendig blokkerte venepropper og som ikke kan behandles effektivt med medisiner som for øyeblikket er tilgjengelige, kan vortex-ultralyd-trombolyseteknologien bli en livreddende behandling i fremtiden," konkluderer de.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• kilde: https://physicsworld.com/a/vortex-ultrasound-tool-breaks-down-blood-clots-in-the-brain/