Вихровий ультразвуковий інструмент розщеплює тромби в мозку

Тромбоз церебрального венозного синуса (CVST) — це тромб у венах, які відводять кров від мозку, і є однією з найпоширеніших причин інсульту у молодих людей. Рання діагностика та антикоагулянтна терапія можуть мінімізувати пошкодження та смертність, пов’язані з CVST, але поточне лікування неефективне приблизно в 20–40% випадків.

Щоб покращити клінічні результати, дослідницька група очолювала Державний університет Північної Кароліни та Технологічний інститут штату Джорджія розробив новий вихровий ультразвуковий інструмент, призначений для руйнування тромбів у мозку. Пристрій, який команда описує в Дослідження, усунув тромби швидше, ніж існуючі методи, і міг відновити кровотік через повністю заблокований пробірці моделі CVST всього за 8 хв.

У методиці, відомій як сонотромболізис, ультразвук використовується для утворення порожнини мікробульбашок, що оточують згусток, що призводить до його руйнування. Порівняно зі звичайними антикоагулянтами або тромболітиками, які розчиняють тромб, сонотромболізис може значно скоротити необхідний час лікування. Однак попередні стратегії не були клінічно ефективними при лікуванні великих, повністю закупорених вен або артерій.

Новий підхід відрізняється тим, що замість використання звичайного планарного ультразвуку команда розробила новий вихровий перетворювач, який створює спіральний хвильовий фронт, у якому ультразвук обертається у стилі торнадо, рухаючись вперед. Цей вихровий ультразвук викликає напругу зсуву, паралельну передній поверхні згустку, яка механічно руйнує фібринові мережі згустку шар за шаром, щоб більш ефективно розчинити згусток. Напруга зсуву також розпушує структуру згустку, покращуючи доставку мікробульбашок і будь-яких тромболітичних агентів.

«У нашій попередній роботі розглядалися різні методи, які використовують ультразвук для усунення тромбів за допомогою хвиль, що по суті є спрямованими вперед», — пояснює співавтор Сяонін Цзян від NC State University у заяві для преси. «У нашій новій роботі використовується вихровий ультразвук, де ультразвукові хвилі мають спіральний хвильовий фронт. На основі нашого пробірці Під час тестування цей підхід усуває тромби швидше, ніж існуючі методи, в основному через напругу зсуву, спричинену вихровою хвилею».

Створення гвинтової хвилі

Дослідники створили вихровий ультразвуковий перетворювач, використовуючи масив 2 х 2 низькочастотних (1.8 МГц) п’єзоелектричних перетворювачів з малою апертурою. Складання масиву зі зсувом на чверть довжини хвилі (0.21 мм) між поверхнями, що дивляться вперед, сусідніх перетворювачів, викликає фізичну фазову затримку, необхідну для генерації спірального хвильового фронту.

Масив датчика досить малий, щоб поміститися в катетер діаметром 3.0 мм, з просвітом для доставки агентів кавітації мікробульбашок і ліків. Потім цей катетер можна подати через систему кровообігу до місця утворення тромбу.

Під час випробувань на фантомі кровоносної судини вихровий датчик реканалізувати всю довжину тромбу розміром 50 мм (відновлюючи кровотік) протягом 30 хвилин лікування, тоді як невихровий датчик досягав менше 50% лізису (розпаду) тромбу і не реканалізувати посудину. Порівнюючи швидкість лізису згустку, вихровий датчик мав абсолютну швидкість лізису 53.9 мг/хв, що на 64.3% вище, ніж у тромболізису без вихрового датчика (32.8 мг/хв).

«Згідно з наявними даними, фармацевтичне втручання для розчинення тромбів CVST займає щонайменше 15 годин, а в середньому близько 29 годин», – зазначає автор-кореспондент Ченгжі Ши від Georgia Tech. «Під час пробірці тестування, ми змогли розчинити гострий тромб менш ніж за півгодини».

Безпечно та ефективно

Цзян, Ши та їхні співробітники випробували свій вихровий датчик на 3D-друкованій моделі церебрального венозного синуса. Вони виявили, що повністю заблокована кровоносна судина була повністю реканализована лише за 8 хвилин лікування. Гостра маса згустку становила 3.1±0.3 г до лікування та 1.2±0.4 г після, що відповідає швидкості зменшення 7.66 %/хв і швидкості лізису 237.5 мг/хв. Команда зазначає, що ці значення значно вищі, ніж нещодавно зареєстровані для безмедикаментозного ендоваскулярного сонотромболізису (1.3–2.5 %/хв; 2–4.6 мг/хв).

«Ультразвукова бормашина» та нанокраплі розщеплюють тромби

Аналіз уламків тромбу показав, що більшість частинок мали розмір менше 100 мкм, що зменшувало ризик утворення небезпечного емболу. Щоб додатково оцінити безпеку лікування, дослідники застосували вихровий ультразвук колишніх природних умовах яремних вен собак, не спостерігаючи пошкодження стінок кровоносних судин. Вони також визначили, що вихровий ультразвук не завдає суттєвої шкоди еритроцитам.

Далі дослідники планують провести тести на моделі тварин. Якщо вони будуть успішними, вони сподіваються продовжити клінічні випробування. «У важких випадках CVST і у пацієнтів з масивними, повністю заблокованими венозними тромбами, яких неможливо ефективно лікувати за допомогою доступних на даний момент ліків, технологія вихрового ультразвукового тромболізису в майбутньому може стати рятівним методом лікування», — підсумовують вони.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/vortex-ultrasound-tool-breaks-down-blood-clots-in-the-brain/