Ferramenta de ultrassom Vortex quebra coágulos sanguíneos no cérebro

A trombose do seio venoso cerebral (CVST) é um coágulo nas veias que drenam o sangue para longe do cérebro e é uma das causas mais comuns de acidente vascular cerebral em jovens. O diagnóstico precoce e a terapia anticoagulante podem minimizar os danos e a mortalidade associados à CVST, mas os tratamentos atuais falham em cerca de 20 a 40% dos casos.

Para melhorar os resultados clínicos, uma equipe de pesquisa liderada pelo Universidade Estadual da Carolina do Norte e Georgia Institute of Technology desenvolveu uma nova ferramenta de ultrassom de vórtice projetada para quebrar coágulos sanguíneos no cérebro. O dispositivo, que a equipe descreve em Estudos, eliminou coágulos mais rapidamente do que as técnicas existentes e pode restaurar o fluxo sanguíneo através de um bloqueio completamente in vitro modelo de CVST em apenas 8 min.

Em uma técnica conhecida como sonotrombólise, o ultrassom é usado para cavitar microbolhas ao redor de um coágulo, fazendo com que ele se quebre. Em comparação com anticoagulantes convencionais ou drogas trombolíticas que dissolvem o coágulo sanguíneo, a sonotrombólise tem potencial para reduzir notavelmente o tempo de tratamento necessário. As estratégias anteriores, no entanto, não foram clinicamente eficazes no tratamento de veias ou artérias grandes e completamente ocluídas.

O que há de diferente nessa nova abordagem é que, em vez de usar o ultrassom planar convencional, a equipe desenvolveu um novo transdutor de vórtice que cria uma frente de onda helicoidal, na qual o ultrassom gira como um tornado à medida que avança. Este ultrassom de vórtice induz uma tensão de cisalhamento paralela à superfície frontal do coágulo, que rompe mecanicamente as redes de fibrina do coágulo, camada por camada, para dissolver o coágulo com mais eficiência. A tensão de cisalhamento também afrouxa a estrutura do coágulo, melhorando a entrega de microbolhas e quaisquer agentes trombolíticos.

“Nosso trabalho anterior analisou várias técnicas que usam ultrassom para eliminar coágulos sanguíneos usando o que são essencialmente ondas voltadas para a frente”, explica o co-autor correspondente Xiaoning Jiang da NC State University em um comunicado à imprensa. “Nosso novo trabalho usa ultrassom de vórtice, onde as ondas de ultrassom têm uma frente de onda helicoidal. Baseado em nosso in vitro Nos testes, essa abordagem elimina os coágulos sanguíneos mais rapidamente do que as técnicas existentes, em grande parte por causa da tensão de cisalhamento induzida pela onda de vórtice.”

Gerando uma onda helicoidal

Os pesquisadores criaram um transdutor de ultrassom de vórtice usando uma matriz 2 x 2 de transdutores piezoelétricos de pequena abertura e baixa frequência (1.8 MHz). A montagem da matriz com um deslocamento de um quarto de comprimento de onda (0.21 mm) entre as superfícies de visualização frontal dos transdutores vizinhos induz o atraso de fase física necessário para gerar uma frente de onda helicoidal.

A matriz do transdutor é pequena o suficiente para caber em um cateter de 3.0 mm de diâmetro, com um lúmen para fornecer os agentes e drogas de cavitação de microbolhas. Este cateter pode então ser alimentado através do sistema circulatório até o local do coágulo sanguíneo.

Em testes em um simulador de vasos sanguíneos, o transdutor de vórtice recanalizou todo o comprimento de um coágulo de 50 mm (restaurando o fluxo sanguíneo) em um tratamento de 30 minutos, enquanto um transdutor sem vórtice alcançou menos de 50% da lise do coágulo (quebra) e não recanalizou O navio. Comparando a velocidade de lise do coágulo, o transdutor de vórtice teve uma taxa de lise absoluta de 53.9 mg/min, 64.3% maior do que a trombólise baseada em transdutor não vórtice (32.8 mg/min).

“Com base nos dados disponíveis, as intervenções farmacêuticas para dissolver os coágulos sanguíneos CVST demoram pelo menos 15 horas e, em média, cerca de 29 horas”, observa o co-autor correspondente Chengzhi Shi da Georgia Tech. "No decorrer in vitro testes, fomos capazes de dissolver um coágulo de sangue agudo em bem menos de meia hora.”

Seguro e eficaz

Jiang, Shi e colaboradores testaram seu transdutor de vórtice em um modelo impresso em 3D do seio venoso cerebral. Eles descobriram que um vaso sanguíneo completamente bloqueado foi totalmente recanalizado em apenas 8 minutos de tratamento. A massa aguda do coágulo foi de 3.1±0.3 g antes do tratamento e 1.2±0.4 g após, correspondendo a uma taxa de redução de 7.66 %/min e uma velocidade de lise de 237.5 mg/min. A equipe observa que esses valores são significativamente mais altos do que os recentemente relatados para sonotrombólise endovascular sem drogas (1.3–2.5%/min; 2–4.6 mg/min).

'Broca de ultrassom' e nanogotas quebram coágulos sanguíneos

A análise dos detritos do coágulo revelou que a maioria das partículas tinha menos de 100 µm de tamanho, reduzindo o risco de formação perigosa de êmbolos. Para avaliar ainda mais a segurança do tratamento, os pesquisadores aplicaram ultrassom de vórtice para ex vivo veias jugulares caninas, não observando danos nas paredes dos vasos sanguíneos. Eles também determinaram que o ultrassom de vórtice não causa danos substanciais aos glóbulos vermelhos.

A seguir, os pesquisadores pretendem fazer testes em modelo animal. Se forem bem-sucedidos, eles esperam prosseguir com os ensaios clínicos. “Em casos graves de CVST e em pacientes com coágulos venosos maciços totalmente bloqueados e que não podem ser tratados de forma eficaz com os medicamentos atualmente disponíveis, a tecnologia de trombólise por ultrassom vórtice pode se tornar um tratamento que salva vidas no futuro”, concluem.

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