I ricercatori dell'NCSU e dell'UNC utilizzano la nanotecnologia per affrontare i coaguli di sangue resistenti
Data di pubblicazione:RALEIGH – I ricercatori di ingegneria hanno sviluppato una nuova tecnica per eliminare coaguli di sangue particolarmente resistenti, utilizzando nanogocce ingegnerizzate e un “trapano” a ultrasuoni per rompere i coaguli dall’interno verso l’esterno. La tecnica non è stata ancora sottoposta a test clinici. I test in vitro hanno mostrato risultati promettenti.
Nello specifico, il nuovo approccio è progettato per trattare i coaguli di sangue retratti, che si formano per periodi di tempo prolungati e sono particolarmente densi. Questi coaguli sono particolarmente difficili da trattare perché sono meno porosi di altri coaguli, rendendo difficile la penetrazione dei farmaci che dissolvono i coaguli di sangue nel coagulo.
La nuova tecnica ha due componenti chiave: le nanogocce e il trapano a ultrasuoni.
Le nanogocce sono costituite da minuscole sfere lipidiche riempite con perfluorocarburi liquidi (PFC). Nello specifico, le nanogocce sono riempite con PFC a basso punto di ebollizione, il che significa che una piccola quantità di energia ultrasonica causerà la conversione del liquido in gas. Quando si convertono in gas, i PFC si espandono rapidamente, vaporizzando le nanogocce e formando bolle microscopiche.
"Introduciamo nanogocce nel sito del coagulo e, poiché le nanogocce sono così piccole, sono in grado di penetrare e convertirsi in microbolle all'interno dei coaguli quando vengono esposte agli ultrasuoni", afferma Leela Goel, prima autrice di un articolo sul coagulo. lavoro. Goel è un dottorato di ricerca. studente del dipartimento congiunto di ingegneria biomedica della North Carolina State University e dell'Università della North Carolina a Chapel Hill.
Dopo che le microbolle si sono formate all'interno dei coaguli, la continua esposizione dei coaguli agli ultrasuoni fa oscillare le microbolle. La rapida vibrazione delle microbolle le fa comportare come piccoli martelli pneumatici, distruggendo la struttura fisica del coagulo e aiutando a dissolvere i coaguli. Questa vibrazione crea anche fori più grandi nella massa del coagulo che consentono ai farmaci anticoagulanti trasportati dal sangue di penetrare in profondità nel coagulo e di scomporlo ulteriormente.
La tecnica è resa possibile da il trapano a ultrasuoni – che è un trasduttore a ultrasuoni sufficientemente piccolo da poter essere introdotto nel vaso sanguigno tramite un catetere. Il trapano può dirigere gli ultrasuoni direttamente davanti a sé, il che lo rende estremamente preciso. È anche in grado di dirigere abbastanza energia ultrasonica nella posizione target per attivare le nanogocce, senza causare danni ai tessuti sani circostanti. Il trapano incorpora un tubo che consente agli utenti di iniettare nanogocce nel sito del coagulo.
Nei test in vitro, i ricercatori hanno confrontato varie combinazioni di trattamento farmacologico, l’uso di microbolle e ultrasuoni per eliminare i coaguli e la nuova tecnica, utilizzando nanogocce e ultrasuoni.
"Abbiamo scoperto che l'uso di nanogocce, ultrasuoni e trattamento farmacologico è stato il più efficace, riducendo le dimensioni del coagulo di 40%, più o meno 9%", afferma Xiaoning Jiang, professore emerito di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC Stato e autore corrispondente dell'articolo. “L’uso delle nanogocce e degli ultrasuoni da solo ha ridotto la massa di 30%, più o meno 8%. Il miglior trattamento successivo prevedeva il trattamento farmacologico, le microbolle e gli ultrasuoni, che riducevano la massa del coagulo solo di 17%, più o meno 9%. Tutti questi test sono stati condotti con lo stesso periodo di trattamento di 30 minuti.
“Questi primi risultati dei test sono molto promettenti”.
"L'uso degli ultrasuoni per interrompere i coaguli di sangue è stato studiato per anni, compresi diversi studi sostanziali su pazienti in Europa, con successo limitato", afferma il coautore Paul Dayton, William R. Kenan Jr. Distinguished Professor di Ingegneria Biomedica presso l'UNC e Stato NC. “Tuttavia, l’aggiunta di nanogocce a basso punto di ebollizione, combinata con il trapano a ultrasuoni, ha dimostrato un progresso sostanziale in questa tecnologia”.
"I prossimi passi riguarderanno test preclinici su modelli animali che ci aiuteranno a valutare quanto sicura ed efficace questa tecnica possa essere per il trattamento della trombosi venosa profonda", afferma Zhen Xu, professore di ingegneria biomedica presso l'Università del Michigan e coautore della carta.
La carta, "Sonotrombolisi diretta da catetere mediata da nanogocce di coaguli di sangue retratti,” è pubblicato ad accesso aperto sulla rivista Microsistemi e nanoingegneria. L'articolo è stato scritto in collaborazione da Huaiyu Wu e Bohua Zhang, che sono dottorandi. studenti della NC State; e Jinwook Kim, un ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento congiunto di ingegneria biomedica presso UNC e NC State.
Il lavoro è stato svolto con il sostegno del National Institutes of Health, con la sovvenzione R01HL141967.
Una startup chiamata SonoVascular, Inc., co-fondata da Jiang, ha concesso in licenza la tecnologia di “trapano” a ultrasuoni da NC State. SonoVascular e NC State sperano di collaborare con i partner del settore per far avanzare la tecnologia. Anche le nanogocce a basso punto di ebollizione, co-inventate da Dayton, hanno ottenuto un brevetto statunitense. Quella tecnologia è stata concessa in licenza dalla società spin-out Triangle Biotechnology, Inc., che è stata co-fondata da Dayton. I coautori dello studio Dayton, Kim, Xu e Jiang hanno anche depositato una domanda di brevetto relativa alla sonotrombolisi mediata da nanogocce.
(C) NCSU
Fonte articolo originale: WRAL TechWire