NCSU, UNC-forskare använder nanoteknik för att ta itu med svåra blodproppar

Publiceringsdatum: 8 januari 2021

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

Specifikt är det nya tillvägagångssättet 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 propparna.

Den nya tekniken har två nyckelkomponenter: nanodroppar och ultraljudsborr.

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

"Vi introducerar nanodroppar till platsen för koagel, och eftersom nanodroppar är så små kan de penetrera och omvandlas till mikrobubblor i koagel när de utsätts för ultraljud", säger Leela Goel, första författare till en artikel om arbete. Goel är en Ph.D. student vid den gemensamma biomedicinska ingenjörsavdelningen vid North Carolina State University och University of North Carolina vid Chapel Hill.

Efter att mikrobubblorna bildats inuti koagulerna, oscillerar den fortsatta exponeringen av koaglarna för ultraljud mikrobubblorna. Mikrobubblornas snabba vibrationer gör att de beter sig som små hammare, vilket stör koagelns 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 ultraljudsövningen – som är en ultraljudsgivare som är tillräckligt liten för att kunna föras in i blodkärlet via en kateter. Borren kan rikta ultraljud rakt 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.

I in vitro-tester jämförde forskarna olika kombinationer av läkemedelsbehandling, användningen av mikrobubblor och ultraljud för att eliminera blodproppar och den nya tekniken, med användning av nanodroppar och ultraljud.

"Vi fann att användningen av nanodroppar, ultraljud och läkemedelsbehandling var den mest effektiva, och minskade koagelns storlek med 40%, plus eller minus 9%", säger Xiaoning Jiang, dekan F. Duncan Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering vid NC Stat och motsvarande författare till tidningen. "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 flera år, inklusive flera omfattande studier på patienter i Europa, med begränsad framgång", säger medförfattare Paul Dayton, William R. Kenan Jr. Distinguished Professor of Biomedical Engineering vid UNC och NC stat. "Men tillsatsen av nanodroppar med låg kokpunkt, i kombination med ultraljudsborren har visat på ett betydande framsteg inom denna teknik."

"Nästa steg kommer att involvera prekliniska tester i djurmodeller som kommer att hjälpa oss att bedöma hur säker och effektiv denna teknik kan vara för att behandla djup ventrombos", säger Zhen Xu, professor i biomedicinsk teknik vid University of Michigan och medförfattare av papperet.

Pappret, "Nanodroplet-medierad kateterriktad sonotrombolys av indragna blodproppar,” publiceras open access i tidskriften Mikrosystem och nanoteknik. Uppsatsen var medförfattare av Huaiyu Wu och Bohua Zhang, som är Ph.D. studenter vid NC State; och Jinwook Kim, en postdoktor vid Joint Department of Biomedical Engineering vid UNC och NC State.

Arbetet utfördes med stöd från National Institutes of Health, under anslag R01HL141967.

En startup som heter SonoVascular, Inc., som var medgrundad av Jiang, har licensierat ultraljuds-"borrtekniken" från NC State. SonoVascular och NC State hoppas kunna samarbeta med industripartners för att utveckla tekniken. Nanodroppar med låg kokpunkt, co-uppfanns av Dayton, har också utfärdats ett amerikanskt patent. Den tekniken har licensierats av spinoutföretaget Triangle Biotechnology, Inc., som var med och grundade av Dayton. Studiens medförfattare Dayton, Kim, Xu och Jiang har också lämnat in en patentansökan relaterad till nanodroplettmedierad sonotrombolys.

(C) NCSU

Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire