Narzędzie ultradźwiękowe Vortex rozkłada skrzepy krwi w mózgu

Zakrzepica zatok żylnych mózgu (CVST) to zakrzep w żyłach odprowadzających krew z mózgu i jest jedną z najczęstszych przyczyn udaru mózgu u młodych ludzi. Wczesna diagnoza i leczenie przeciwzakrzepowe mogą zminimalizować uszkodzenia i śmiertelność związane z CVST, ale obecne metody leczenia zawodzą w około 20–40% przypadków.

Aby poprawić wyniki kliniczne, zespół badawczy kierowany pod adresem North Carolina State University i Georgia Institute of Technology opracował nowatorskie narzędzie do ultrasonografii wirowej przeznaczone do rozbijania skrzepów krwi w mózgu. Urządzenie, w którym opisuje zespół Badania, eliminował skrzepy szybciej niż istniejące techniki i mógł przywrócić przepływ krwi przez całkowicie zablokowany in vitro model CVST w zaledwie 8 minut.

W technice znanej jako tromboliza ultradźwiękowa wykorzystuje się ultradźwięki do kawitacji mikropęcherzyków otaczających skrzep, powodując jego rozpad. W porównaniu z konwencjonalnymi lekami przeciwkrzepliwymi lub trombolitycznymi, które rozpuszczają skrzepy krwi, sonottromboliza może znacznie skrócić wymagany czas leczenia. Dotychczasowe strategie nie były jednak skuteczne klinicznie w leczeniu dużych, całkowicie zamkniętych żył lub tętnic.

Tym, co wyróżnia to nowe podejście, jest to, że zamiast konwencjonalnych płaskich ultradźwięków, zespół opracował nowatorski przetwornik wirowy, który tworzy spiralne czoło fali, w którym ultradźwięki wirują jak tornado, gdy poruszają się do przodu. Ten ultradźwięk wirowy wywołuje naprężenie ścinające równoległe do przedniej powierzchni skrzepu, co mechanicznie rozrywa sieci fibrynowe skrzepu warstwa po warstwie, aby skuteczniej rozpuścić skrzep. Naprężenie ścinające rozluźnia również strukturę skrzepu, poprawiając dostarczanie mikropęcherzyków i wszelkich środków trombolitycznych.

„Nasza poprzednia praca dotyczyła różnych technik, które wykorzystują ultradźwięki do eliminacji skrzepów krwi za pomocą fal zasadniczo skierowanych do przodu” – wyjaśnia współautor korespondujący Xiaoning Jiang z NC State University w oświadczeniu prasowym. „Nasza nowa praca wykorzystuje ultradźwięki wirowe, w których fale ultradźwiękowe mają helikalne czoło fali. Na podstawie naszego in vitro testach, to podejście eliminuje skrzepy krwi szybciej niż istniejące techniki, głównie z powodu naprężeń ścinających wywołanych przez falę wirową”.

Generowanie fali spiralnej

Naukowcy stworzyli wirowy przetwornik ultradźwiękowy, wykorzystując układ 2 x 2 przetworników piezoelektrycznych o małej aperturze i niskiej częstotliwości (1.8 MHz). Złożenie układu z przesunięciem o ćwierć długości fali (0.21 mm) między skierowanymi do przodu powierzchniami sąsiednich przetworników indukuje fizyczne opóźnienie fazowe wymagane do wygenerowania helikalnego czoła fali.

Układ przetworników jest wystarczająco mały, aby zmieścić się w cewniku o średnicy 3.0 mm, ze światłem do dostarczania środków kawitacyjnych i leków w postaci mikropęcherzyków. Cewnik ten można następnie wprowadzić przez układ krążenia do miejsca zakrzepu krwi.

W testach na fantomie naczynia krwionośnego przetwornik wirowy dokonał rekanalizacji skrzepu o średnicy 50 mm na całej długości (przywracając przepływ krwi) w ciągu 30 minut leczenia, podczas gdy przetwornik bez wirów osiągnął mniej niż 50% lizy (rozpadu) skrzepu i nie dokonał rekanalizacji statek. Porównując szybkość lizy skrzepu, przetwornik wirowy miał bezwzględną szybkość lizy 53.9 mg/min, o 64.3% wyższą niż tromboliza oparta na przetworniku niewirowym (32.8 mg/min).

„Na podstawie dostępnych danych interwencje farmaceutyczne mające na celu rozpuszczenie skrzepów krwi CVST trwają co najmniej 15 godzin, a średnio około 29 godzin”, zauważa współautor korespondujący Chengzhi Shi z Georgia Tech. "W trakcie in vitro testów byliśmy w stanie rozpuścić ostry skrzep krwi w mniej niż pół godziny”.

Bezpieczne i skuteczne

Jiang, Shi i współpracownicy przetestowali swój przetwornik wirowy na wydrukowanym w 3D modelu mózgowej zatoki żylnej. Odkryli, że całkowicie zablokowane naczynie krwionośne zostało w pełni udrożnione już po 8 minutach leczenia. Ostra masa skrzepu wynosiła 3.1 ± 0.3 g przed leczeniem i 1.2 ± 0.4 g po, co odpowiadało szybkości redukcji 7.66%/min i szybkości lizy 237.5 mg/min. Zespół zauważa, że ​​wartości te są znacznie wyższe niż ostatnio zgłaszane dla sonottrombolizy wewnątrznaczyniowej bez leków (1.3–2.5%/min; 2–4.6 mg/min).

„Wiertło ultradźwiękowe” i nanokrople rozbijają skrzepy krwi

Analiza pozostałości skrzepu wykazała, że ​​większość cząstek miała rozmiar mniejszy niż 100 µm, co zmniejsza ryzyko powstania niebezpiecznego zatoru. Aby dokładniej ocenić bezpieczeństwo leczenia, naukowcy zastosowali ultradźwięki wirowe ex vivo żył szyjnych psów, nie zaobserwowano uszkodzeń ścian naczyń krwionośnych. Ustalili również, że ultradźwięki wirowe nie powodują znacznych uszkodzeń czerwonych krwinek.

Następnie naukowcy planują przeprowadzić testy na modelu zwierzęcym. Jeśli to się powiedzie, mają nadzieję na rozpoczęcie badań klinicznych. „W ciężkich przypadkach CVST oraz u pacjentów z masywnymi, całkowicie zablokowanymi skrzepami żylnymi, których nie można skutecznie leczyć za pomocą obecnie dostępnych leków, technologia trombolizy ultradźwiękowej Vortex może w przyszłości stać się leczeniem ratującym życie” – podsumowują.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/vortex-ultrasound-tool-breaks-down-blood-clots-in-the-brain/