Nanodruppels en ultrasone ‘boren’ blijken effectief bij het aanpakken van hardnekkige bloedstolsels

Technische onderzoekers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld voor het elimineren van bijzonder taaie bloedstolsels, met behulp van gemanipuleerde nanodruppels en een ultrasone “boor” om de bloedstolsels van binnenuit open te breken. De techniek is nog niet klinisch getest. In vitro testen hebben veelbelovende resultaten opgeleverd.

In het bijzonder is de nieuwe benadering ontworpen om teruggetrokken bloedstolsels te behandelen, die zich gedurende langere perioden vormen en bijzonder dicht zijn. Deze stolsels zijn bijzonder moeilijk te behandelen omdat ze minder poreus zijn dan andere stolsels, waardoor het moeilijk wordt voor medicijnen die bloedstolsels oplossen om in de stolsel te dringen.

De nieuwe techniek heeft twee hoofdcomponenten: de nanodruppels en de ultrasone boormachine.

De nanodruppels bestaan ​​uit kleine lipide bolletjes die gevuld zijn met vloeibare perfluorkoolwaterstoffen (PFC’s). Concreet zijn de nanodruppels gevuld met PFC’s met een laag kookpunt, wat betekent dat een kleine hoeveelheid ultrasone energie ervoor zorgt dat de vloeistof wordt omgezet in gas. Terwijl ze in een gas worden omgezet, breiden de PFC’s snel uit, waardoor de nanodruppels worden verdampt en microscopisch kleine bellen worden gevormd.

“We introduceren nanodruppeltjes op de plaats van het stolsel, en omdat de nanodruppeltjes zo klein zijn, kunnen ze doordringen in en worden omgezet in microbellen in de stolsels wanneer ze worden blootgesteld aan echografie”, zegt Leela Goel, eerste auteur van een artikel over de werk. Goel is een Ph.D. student in de UNC-NC State Joint Department of Biomedical Engineering.

Nadat de microbellen zich in de stolsels hebben gevormd, doet de voortdurende blootstelling van de stolsels aan ultrageluid de microbellen oscilleren. De snelle vibratie van de microbellen zorgt ervoor dat ze zich gedragen als kleine boorhamers, waardoor de fysieke structuur van het stolsel wordt verstoord en de stolsels worden opgelost. Deze trilling creëert ook grotere gaten in de stolselmassa waardoor bloedgedragen antistollingsmiddelen diep in de stolsel kunnen doordringen en deze verder kunnen afbreken.

De techniek wordt mogelijk gemaakt door de ultrasone boor, een ultrasone transducer die klein genoeg is om via een katheter in het bloedvat te worden ingebracht. De boormachine kan echografie recht vooruit richten, wat hem extreem nauwkeurig maakt. Het is ook in staat om voldoende ultrasone energie naar de beoogde locatie te sturen om de nanodruppels te activeren, zonder schade aan het omliggende gezonde weefsel te veroorzaken. De boor bevat een buis waarmee gebruikers nanodruppels kunnen injecteren op de plaats van het stolsel.

In in vitro testen vergeleken de onderzoekers verschillende combinaties van medicamenteuze behandeling, het gebruik van microbellen en echografie om stolsels te elimineren, en de nieuwe techniek, met behulp van nanodruppels en echografie.

“We ontdekten dat het gebruik van nanodruppels, echografie en medicamenteuze behandeling het meest effectief was, waarbij de grootte van het stolsel met 40%, plus of min 9% afnam”, zegt Xiaoning Jiang, Ph.D., Dean F. Duncan Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering bij NC State en corresponderende auteur van het artikel. “Door alleen de nanodruppels en echografie te gebruiken, werd de massa met 30% verminderd, plus of min 8%. De volgende beste behandeling bestond uit medicamenteuze behandeling, microbellen en echografie – en dat verminderde de massa van het stolsel met slechts 17%, plus of min 9%. Alle deze tests werden uitgevoerd met dezelfde behandelingsperiode van 30 minuten.

“Deze vroege testresultaten zijn veelbelovend.”

“Het gebruik van echografie om bloedstolsels te verstoren wordt al jaren bestudeerd, waaronder verschillende substantiële onderzoeken bij patiënten in Europa, met beperkt succes”, zegt co-auteur Paul Dayton, Ph.D., William R. Kenan Jr. Distinguished Professor of Biomedische technologie bij UNC en NC State. “De toevoeging van de nanodruppels met een laag kookpunt in combinatie met de ultrasone boormachine heeft echter een aanzienlijke vooruitgang in deze technologie aangetoond.”

“De volgende stappen omvatten preklinische testen in diermodellen die ons zullen helpen beoordelen hoe veilig en effectief deze techniek kan zijn voor de behandeling van diepe veneuze trombose”, zegt Zhen Xu, een professor in biomedische technologie aan de Universiteit van Michigan en co-auteur van het papier.

De paper, “Nanodroplet-Mediated Catheter-Directed Sonothrombolysis of Retracted Blood Clots,” wordt open access gepubliceerd in het tijdschrift Microsystemen en nano-engineering.