NCSU, UNC-forskere bruger nanoteknologi til at tackle hårde blodpropper

Udgivelsesdato: 8. januar 2021

RALEIGH – Ingeniørforskere har udviklet en ny teknik til at eliminere særligt hårde blodpropper ved at bruge konstruerede nanodråber og en ultralydsboremaskine til at bryde blodpropperne op indefra og ud. Teknikken har endnu ikke gennemgået kliniske tests. In vitro test har vist lovende resultater.

Specifikt er den nye tilgang designet til at behandle tilbagetrukne blodpropper, som dannes over længere perioder og er særligt tætte. Disse blodpropper er særligt vanskelige at behandle, fordi de er mindre porøse end andre blodpropper, hvilket gør det svært for lægemidler, der opløser blodpropper, at trænge ind i blodpropperne.

Den nye teknik har to nøglekomponenter: nanodråberne og ultralydsboremaskinen.

Nanodråberne består af bittesmå lipidkugler, der er fyldt med flydende perfluorcarboner (PFC'er). Nærmere bestemt er nanodråberne fyldt med PFC'er med lavt kogepunkt, hvilket betyder, at en lille mængde ultralydsenergi vil få væsken til at omdannes til gas. Når de omdannes til en gas, udvider PFC'erne sig hurtigt, fordamper nanodråberne og danner mikroskopiske bobler.

"Vi introducerer nanodråber til stedet for koaguleringen, og fordi nanodråberne er så små, er de i stand til at trænge ind og omdannes til mikrobobler i blodpropperne, når de udsættes for ultralyd," siger Leela Goel, førsteforfatter til et papir om arbejde. Goel er ph.d. studerende i den fælles biomedicinske ingeniørafdeling ved North Carolina State University og University of North Carolina ved Chapel Hill.

Efter at mikroboblerne er dannet i blodpropperne, oscillerer den fortsatte eksponering af blodpropperne for ultralyd mikroboblerne. Mikroboblernes hurtige vibration får dem til at opføre sig som bittesmå hammerhammere, der forstyrrer koaguleringens fysiske struktur og hjælper med at opløse koaglerne. Denne vibration skaber også større huller i koagelmassen, der gør det muligt for blodbårne anti-koaguleringsmidler at trænge dybt ind i koaguleringen og nedbryde den yderligere.

Teknikken er muliggjort af ultralydsøvelsen – som er en ultralydstransducer, der er lille nok til at blive introduceret til blodkarret via et kateter. Boret kan sigte ultralyd direkte frem, hvilket gør det ekstremt præcist. Det er også i stand til at dirigere nok ultralydsenergi til det målrettede sted for at aktivere nanodråberne uden at forårsage skade på omgivende sundt væv. Boret indeholder et rør, der giver brugerne mulighed for at injicere nanodråber på stedet for koagel.

I in vitro-tests sammenlignede forskerne forskellige kombinationer af lægemiddelbehandling, brugen af mikrobobler og ultralyd for at fjerne blodpropper og den nye teknik, ved hjælp af nanodråber og ultralyd.

"Vi fandt ud af, at brugen af nanodråber, ultralyd og lægemiddelbehandling var den mest effektive, idet den reducerede størrelsen af koaguleringen med 40%, plus eller minus 9%," siger Xiaoning Jiang, dekan F. Duncan Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering ved NC Stat og tilsvarende forfatter til papiret. "Brug af nanodråberne og ultralyd alene reducerede massen med 30%, plus eller minus 8%. Den næstbedste behandling involverede lægemiddelbehandling, mikrobobler og ultralyd - og det reducerede koagelmassen med kun 17%, plus eller minus 9%. Alle disse test blev udført med den samme 30-minutters behandlingsperiode.

"Disse tidlige testresultater er meget lovende."

"Brugen af ultralyd til at forstyrre blodpropper er blevet undersøgt i årevis, herunder adskillige omfattende undersøgelser af patienter i Europa, med begrænset succes," siger medforfatter Paul Dayton, William R. Kenan Jr. Distinguished Professor of Biomedical Engineering ved UNC og NC stat. "Men tilføjelsen af nanodråberne med lavt kogepunkt kombineret med ultralydsboremaskinen har vist et væsentligt fremskridt inden for denne teknologi."

"De næste trin vil involvere prækliniske test i dyremodeller, der vil hjælpe os med at vurdere, hvor sikker og effektiv denne teknik kan være til behandling af dyb venetrombose," siger Zhen Xu, professor i biomedicinsk ingeniørvidenskab ved University of Michigan og medforfatter. af papiret.

Papiret, "Nanodråbe-medieret kateter-rettet sonothrombolyse af tilbagetrukne blodpropper,” er offentliggjort open access i tidsskriftet Mikrosystemer og nanoteknik. Papiret var medforfatter af Huaiyu Wu og Bohua Zhang, som er ph.d. studerende ved NC State; og Jinwook Kim, en postdoc-forsker i Joint Department of Biomedical Engineering ved UNC og NC State.

Arbejdet blev udført med støtte fra National Institutes of Health, under bevilling R01HL141967.

En startup kaldet SonoVascular, Inc., som var medstiftet af Jiang, har licenseret ultralyds-"bore"-teknologien fra NC State. SonoVascular og NC State håber på at arbejde med industripartnere for at fremme teknologien. Nanodråberne med lavt kogepunkt, co-opfundet af Dayton, har også fået et amerikansk patent. Denne teknologi er blevet licenseret af spinout-virksomheden Triangle Biotechnology, Inc., som var medstiftet af Dayton. Studiets medforfattere Dayton, Kim, Xu og Jiang har også indgivet en patentansøgning relateret til nanodråbemedieret sonotrombolyse.

(C) NCSU

Original artikelkilde: WRAL TechWire