Ingenjörsforskare har utvecklat en ny teknik för att eliminera särskilt tuffa blodproppar, med hjälp av konstruerade nanodroppar och en ultraljuds "borr" för att bryta upp blodpropparna inifrån och ut. Tekniken har ännu inte genomgått kliniska tester. In vitro-tester har visat lovande resultat.

Specifikt, det nya tillvägagångssättet är utformat för att behandla indragna blodproppar, som bildas under långa tidsperioder och är särskilt täta. Dessa proppar är särskilt svåra att behandla eftersom de är mindre porösa än andra proppar, vilket gör det svårt för läkemedel som löser upp blodproppar att tränga in i proppen.

Den nya tekniken har två nyckelkomponenter:nanodroppar och ultraljudsborr.

Nanodropparna består av små lipidsfärer som är fyllda med flytande perfluorkolväten (PFC). Specifikt, nanodroppar är fyllda med lågkokande PFC, vilket innebär att en liten mängd ultraljudsenergi gör att vätskan omvandlas till gas. När de omvandlas till en gas, PFC expanderar snabbt, förångar nanodroppar och bildar mikroskopiska bubblor.

"Vi introducerar nanodroppar till platsen för koagel, och eftersom nanodroppar är så små, de kan penetrera och omvandlas till mikrobubblor i blodpropparna när de utsätts för ultraljud, " säger Leela Goel, första författare till en artikel om arbetet. Goel är Ph.D. student vid UNC-NC State Joint Department of Biomedical Engineering.

Efter att mikrobubblorna har bildats i blodpropparna, den fortsatta exponeringen av blodpropparna för ultraljud oscillerar mikrobubblorna. Mikrobubblornas snabba vibrationer får dem att bete sig som små hammare, stör koaglets fysiska struktur, och hjälper till att lösa upp koagulerna. Denna vibration skapar också större hål i koagelmassan som gör att blodburna anti-koaguleringsläkemedel kan tränga djupt in i koageln och bryta ner den ytterligare.

Tekniken möjliggörs av ultraljudsborren – som är en ultraljudsgivare som är tillräckligt liten för att kunna föras in i blodkärlet via en kateter. Borren kan rikta ultraljud direkt framåt, vilket gör den extremt exakt. Den kan också rikta tillräckligt med ultraljudsenergi till den riktade platsen för att aktivera nanodroppar, utan att skada omgivande frisk vävnad. Borren innehåller ett rör som tillåter användare att injicera nanodroppar på platsen för koagel.

In vitro-testning, forskarna jämförde olika kombinationer av läkemedelsbehandling, användning av mikrobubblor och ultraljud för att eliminera blodproppar, och den nya tekniken, med hjälp av nanodroppar och ultraljud.

"Vi fann att användningen av nanodroppar, ultraljud och läkemedelsbehandling var det mest effektiva, minska storleken på koagel med 40 %, plus eller minus 9 %, " säger Xiaoning Jiang, Ph.D., Dekan F. Duncan Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering vid NC State och motsvarande författare till artikeln. "Enbart att använda nanodroppar och ultraljud minskade massan med 30%, plus eller minus 8%. Den näst bästa behandlingen involverade läkemedelsbehandling, mikrobubblor, och ultraljud – och det minskade koagelmassan med endast 17 %, plus eller minus 9 %. Alla dessa tester utfördes med samma 30 minuters behandlingsperiod.

"Dessa tidiga testresultat är mycket lovande."

"Användningen av ultraljud för att störa blodproppar har studerats i åratal, inklusive flera betydande studier på patienter i Europa, med begränsad framgång, " säger medförfattaren Paul Dayton, Ph.D., William R. Kenan Jr. Distinguished professor i biomedicinsk teknik vid UNC och NC State. "Dock, tillsats av nanodroppar med låg kokpunkt, i kombination med ultraljudsborren har visat ett betydande framsteg inom denna teknik."

"Next steps will involve pre-clinical testing in animal models that will help us assess how safe and effective this technique may be for treating deep vein thrombosis, " says Zhen Xu, a professor of biomedical engineering at the University of Michigan and co-author of the paper.

Pappret, "Nanodroplet-Mediated Catheter-Directed Sonothrombolysis of Retracted Blood Clots, " is published open access in the journal Microsystems &Nanoengineering .