北卡罗来纳大学和北卡罗来纳大学的研究人员利用纳米技术来解决顽固的血栓
发布日期:罗利 – 工程研究人员开发出一种新技术,用于消除特别坚硬的血凝块,利用工程纳米液滴和超声波“钻头”从内到外打碎血凝块。该技术尚未经过临床测试。体外测试已显示出良好的效果。
具体来说,新方法旨在治疗回缩血栓,这种血栓形成时间较长,而且特别致密。这些血栓特别难治疗,因为它们的孔隙度比其他血栓要小,因此溶解血栓的药物很难渗透到血栓中。
新技术有两个关键组成部分:纳米液滴和超声波钻。
纳米液滴由微小的脂质球组成,这些脂质球中充满了液态全氟化碳 (PFC)。具体来说,纳米液滴中充满了低沸点的 PFC,这意味着少量的超声波能量就会导致液体转化为气体。当它们转化为气体时,PFC 会迅速膨胀,使纳米液滴蒸发并形成微小气泡。
“我们将纳米液滴引入血凝块部位,由于纳米液滴非常小,当它们暴露在超声波下时,它们能够穿透血凝块并转化为微气泡,”这项研究论文的第一作者 Leela Goel 说道。Goel 是北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校联合生物医学工程系的博士生。
微泡在血凝块内形成后,血凝块继续暴露在超声波下,微泡就会发生振荡。微泡的快速振动使它们像微型风镐一样,破坏血凝块的物理结构,并帮助溶解血凝块。这种振动还会在血凝块中形成更大的孔洞,使血液中的抗凝药物能够深入血凝块并进一步分解血凝块。
该技术之所以能够实现,是因为 超声波钻 – 这是一种超声波换能器,体积足够小,可以通过导管引入血管。钻头可以将超声波直接对准前方,因此非常精确。它还能够将足够的超声波能量引导到目标位置以激活纳米液滴,而不会对周围的健康组织造成损害。钻头包含一个管子,允许用户将纳米液滴注入血凝块部位。
在体外测试中,研究人员比较了各种药物治疗组合、使用微泡和超声波消除血栓以及使用纳米液滴和超声波的新技术。
“我们发现,使用纳米液滴、超声波和药物治疗是最有效的,可将血凝块大小减小 40%,误差在 9% 以内,”北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程系 Dean F. Duncan 杰出教授、论文通讯作者蒋晓宁说道。“单独使用纳米液滴和超声波可将血凝块减小 30%,误差在 8% 以内。其次是药物治疗、微泡和超声波,但仅将血凝块减小 17%,误差在 9% 以内。所有这些测试都是在相同的 30 分钟治疗期内进行的。
“这些早期测试结果非常有希望。”
“多年来,人们一直在研究使用超声波来破坏血凝块,包括对欧洲患者进行的几项实质性研究,但收效甚微,”共同作者、北卡罗来纳大学和北卡罗来纳州立大学生物医学工程系 William R. Kenan Jr. 杰出教授 Paul Dayton 说道。“然而,加入低沸点纳米液滴,结合超声波钻头,已经证明了这项技术的巨大进步。”
密歇根大学生物医学工程教授、论文共同作者徐震表示:“下一步将涉及在动物模型上进行临床前测试,这将有助于我们评估该技术治疗深静脉血栓的安全性和有效性。”
该论文“纳米液滴介导的导管引导超声溶栓治疗回缩血凝块,”以开放获取形式发表于期刊 微系统与纳米工程。该论文由北卡罗来纳州立大学博士生吴怀宇和张博华以及北卡罗来纳大学和北卡罗来纳州立大学联合生物医学工程系博士后研究员金旭东共同撰写。
这项工作得到了美国国立卫生研究院的支持,资助编号为 R01HL141967。
江教授与他人共同创立的 SonoVascular, Inc. 创业公司已从北卡罗来纳州立大学获得了超声波“钻孔”技术的许可。SonoVascular 和北卡罗来纳州立大学希望与行业合作伙伴合作,推动该技术的发展。戴顿教授共同发明的低沸点纳米液滴也已获得美国专利。该技术已由戴顿教授共同创立的衍生公司 Triangle Biotechnology, Inc. 获得许可。该研究的共同作者戴顿教授、金教授、徐教授和江教授还提交了一份与纳米液滴介导的超声溶栓相关的专利申请。
(C) 北卡罗来纳州立大学
原文来源: WRAL 技术线