Det finns många olika händelser som kan leda till överdriven och okontrollerad blödning i kroppen. Detta kan uppstå som ett resultat av inflammation och sår, avvikelser i blodkärlen eller traumarelaterade skador. Individer med predisponerande tillstånd, såsom hjärtpatienter, löper särskild risk för inre blödningar på grund av de antikoagulantia som de ofta ordineras som en förebyggande åtgärd. De är också benägna att få gastrointestinala blödningar, drabbar 40 % av patienterna som använder hjärthjälpmedel. Förutom behovet av en effektiv behandling för dessa tillstånd, det finns också indikationer för att kontrollera blodflödet som bidrar till aneurysm och tumörcellsvaskularisering.

En idealisk behandlingsmetod skulle snabbt och effektivt blockera brottet i de drabbade blodkärlen för att stoppa blödningen och låta kärlväggen läka. Sedan skulle det blockerande materialet så småningom brytas ned tillräckligt för att blodet skulle kunna flöda normalt igen.

Nuvarande behandlingar involverar både fasta och flytande material som blockeringsmedel. Spolar gjorda av flätade platina eller rostfria ståltrådar används vanligtvis. De finns i olika längder, former och tjocklekar och placeras i blodkärlen med hjälp av en speciell kateter. Det finns även flytande blockeringsmedel som injiceras i blodkärlen och stelnar efter injektion.

Men det finns många svårigheter med att använda de nuvarande metoderna. Eftersom spolar behöver speciella katetrar för införande och specialutrustning för att ta loss och placera dem, proceduren är svår och kräver intensiv träning av läkaren. Också, det finns tillfällen då flera spolar måste placeras för att vara effektiva, och det finns andra tillfällen då spolarna migrerar eller kompakterar, vilket kräver upprepade procedurer. Flytande medel läcker ofta under injektioner, resulterar i felaktig placering, toxiska effekter på omgivande vävnader och nödvändigheten av ytterligare försök. Dessa problem ökar potentialen för extra tid och kostnader.

Dessutom, ingen av dessa metoder har förmågan att noggrant se procedurerna med konventionell CT, MRI, Röntgen- och fluoroskopiska metoder. Framgångsrik avbildning skulle i hög grad hjälpa till att styra placeringen och att övervaka blodkärlsblockeringen över tid.

En tidigare studie av författarna har använt billiga, gelatinösa material som kallas hydrogeler i ett försök att producera ett effektivt material för att kontrollera blödningar. Förutom att ha överlägsen biokompatibilitet och avstämbara elastiska och mekaniska egenskaper, hydrogeler uppvisar också tunnförtunning - förmågan att deformeras vid injektion och sedan snabbt återhämta sig och forma sig för att passa det önskade utrymmet; detta gör att leverans kan göras med standardkatetrar utan specialutrustning. Nanoblodplättskivor av silikat blandades in i hydrogelen för att efterlikna blodplättscellernas koaguleringsförmåga, och den resulterande kompositen visade sig vara mycket effektiv för att täta bort skadade ådror.

Ett samarbetsteam av specialister inom klinisk interventionsröntgen och bioteknikforskare har tagit detta projekt ett steg längre genom att lägga till bildpartiklar gjorda av tantalhydrogelblandning. Tantal, en mycket biokompatibel metall, har visat sig vara säkert att använda i biomedicinska tillämpningar och utsöndras i urinen.

Teamet bestående av forskare från Terasaki Institute och Mayo Clinic utförde olika tester för att bestämma den optimala tantalpartikelstorleken och -kvantiteten att använda och deras effekt på hydrogelkompositens mekaniska egenskaper. De etablerade också den optimala formuleringen för de tre komponenterna i deras nya kompositgel. Deras experiment fastställde att tantalpartiklarna spreds väl in i hydrogelkompositen, påverkade inte dess mekaniska egenskaper och behöll sin sterilitet över tiden.

Ett annat ambitiöst mål med projektet var att utföra sina blödningskontrollexperiment på artärer, något som inte hade gjorts med hydrogeler tidigare. Denna ansträngning innebar ytterligare utmaningar, på grund av det högre blodflödet och trycket i artärerna, deras stora storleksvariation och deras potentiella bräcklighet.

Efter olika experiment utförda på arteriella kärl i levande antikoagulerade svinmodeller, teamet fick positiva resultat med sin nya tantalspetsade komposithydrogel. De kunde skapa en effektiv tätning mot blödning i grisarnas artärer, med en utbyggnadstid som var 40 gånger snabbare än med spolar. Artärblocket uppvisade också stabilitet och hållbarhet, stanna kvar i position utan migration i fyra veckor innan den bryts ned naturligt och ersätts av bindvävsreparation av kärlet.

På grund av tantalkomponenten i gelén utfördes djurmodellernas arteriella procedurer och övervakning med klar, realtidsvisualisering med CT, Röntgenfluoroskopi och ultraljud.

"De experimentella resultaten som observerades i vår tantalbelastade gel visar tydligt dess effektivitet och mångsidighet", sa HanJun Kim, en medlem av Terasaki Institutes team. "Vi kunde uppfylla våra mål att kunna visualisera och exakt placera ett stabilt block i ett artärkärl för att snabbt behandla okontrollerad intravaskulär blödning."

Teamet fortsatte med att genomföra ytterligare experiment för att testa reversibiliteten hos den nya hydrogelens arteriella placering och fann att deras stelnade artärplugg lätt kunde tas bort med en aspirationskateter. De kunde också erhålla framgångsrik artärblockering genom att applicera sin hydrogelkomposit på spolar som hade placerats i kärlen och som inte lyckats uppnå eller upprätthålla blockering.

Användningen av denna tantalbelastade gel för att kontrollera blödning uppvisar många unika fördelar jämfört med nuvarande metoder. Det är ett kassaskåp, lätt att använda, och kostnadseffektiv metod som visar optimal effektivitet, precision och mångsidighet för en mängd olika potentiella medicinska tillämpningar.

"Behandlingsmetoden som utvecklats här är en stor förbättring jämfört med nuvarande metoder och den har potential att påverka många liv, sa Ali Khademhosseini, Ph.D., direktör och VD för Terasaki Institute. "Det är ett av många exempel på det innovativa och effektfulla arbete som vi gör på vårt institut."