Nuova tecnica per eliminare i coaguli di sangue

I ricercatori di ingegneria hanno sviluppato una nuova tecnica per eliminare i coaguli di sangue particolarmente resistenti, utilizzando nanodroplets ingegnerizzati e un trapano (drill) ad ultrasuoni per rompere i coaguli dall'interno verso l'esterno.

La tecnica, descritta in un articolo pubblicato da Microsystems & Nanoengineering (1) non è ancora stata sottoposta a test clinici. Tuttavia, i test in vitro hanno mostrato risultati promettenti.

In particolare, il nuovo approccio è progettato per trattare i coaguli di sangue retratti, che si formano per lunghi periodi di tempo e sono particolarmente densi. Questi coaguli sono particolarmente difficili da trattare perché sono meno porosi di altri coaguli, rendendo difficile la penetrazione nel coagulo di farmaci che li riescono a dissolvere.

La nuova tecnica ha due componenti chiave: le nanodroplets e il trapano a ultrasuoni (drill).

Le nanodroplet sono costituite da minuscole sfere lipidiche riempite con perfluorocarburi liquidi (PFCs). Nello specifico, le nanodroplets sono riempite con PFCs a basso punto di ebollizione, il che significa che una piccola quantità di energia ultrasonica farà convertire il liquido in gas. Quando si convertono in un gas, i PFCs si espandono rapidamente, vaporizzando le nanodroplet e formando bolle microscopiche.

«Introduciamo nanodroplets nell'area del coagulo e, poiché sono così piccole, sono in grado di penetrare e convertirsi in microbolle all'interno dei coaguli quando sono esposti agli ultrasuoni», afferma Leela Goel, prima autrice di un articolo sulla ricerca. La signora Goel è un dottorato di ricerca e studentessa presso il dipartimento congiunto di ingegneria biomedica presso la North Carolina State University e l'University of 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 fa sì che si comportino come minuscoli martelli pneumatici, interrompendo la struttura fisica del coagulo e aiutandolo a dissolversi. Questa vibrazione crea anche fori più grandi nella massa del coagulo che consentono ai farmaci anti-coagulazione, trasportati dal sangue, di penetrare in profondità nel coagulo e di scomporlo ulteriormente.

La tecnica è resa possibile dal trapano a ultrasuoni (drill), che è un trasduttore a ultrasuoni abbastanza piccolo da essere introdotto nel vaso sanguigno tramite un catetere. Il trapano può puntare gli ultrasuoni direttamente davanti, il che lo rende estremamente preciso. È anche in grado di dirigere una quantità sufficiente di energia ultrasonica nella posizione mirata per attivare le nanodroplets, senza causare danni ai tessuti sani circostanti. Il trapano (drill) incorpora un tubo che consente agli utenti di iniettare nanodroplets 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 nanodroplets e ultrasuoni.

Il dottor Xiaoning Jiang, (2) Dean F. Duncan Distinguished Professor of Mechanical and Aerospace Engineering presso NC State e corrispondente autore dell'articolo, dice: «Abbiamo scoperto che l'uso di nanodroplets, ultrasuoni e il trattamento farmacologico sono risultati più efficace, riducendo le dimensioni del coagulo del 40%, più o meno il 9%. L'uso delle nanodroplets e degli ultrasuoni da soli ha ridotto la massa del 30%, più o meno l'8%. Il successivo miglior trattamento ha coinvolto il trattamento farmacologico, le microbolle e gli ultrasuoni, riducendo la massa del coagulo solo del 17%, più o meno il 9%. Questi test sono stati condotti con lo stesso periodo di trattamento di 30 minuti. Questi primi risultati dei test sono molto promettenti».

Secondo il dottor Paul A. Dayton, (3) William R. Kenan Jr. Distinguished Professor of Biomedical Engineering presso UNC e Stato NC «L'uso degli ultrasuoni per distruggere i coaguli di sangue è stato studiato per anni, inclusi numerosi studi sostanziali su pazienti in Europa, con scarso successo. Tuttavia, l'aggiunta delle nanodroplets a basso punto di ebollizione, combinata con il trapano a ultrasuoni, ha dimostrato un progresso sostanziale in questa tecnologia».

«I prossimi passi comporteranno test preclinici su modelli animali che ci aiuteranno a valutare quanto sia sicura ed efficace questa tecnica per il trattamento della trombosi venosa profonda», afferma la dottoressa Zhen Xu, (4) professoressa di ingegneria biomedica presso l'Università del Michigan e coautore della carta.

L'articolo, “Nanodroplet-Mediated Catheter-Directed Sonothrombolysis of Retracted Blood Coots”, è stato scritto in collaborazione con Huaiyu Wu e Bohua Zhang, che sono Ph.D. studenti a 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 supporto del National Institutes of Health, con sovvenzione R01HL141967.

Una startup chiamata SonoVascular, Inc., che è stata co-fondata da Xiaoning Jiang, ha concesso in licenza la tecnologia “drill” a ultrasuoni da NC State. SonoVascular e NC State sperano di lavorare con partner del settore per far avanzare la tecnologia. Anche le nanodroplets a basso punto di ebollizione, inventate da Dayton, hanno ottenuto un brevetto statunitense. Quella tecnologia è stata concessa in licenza dalla società spinosa 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 nanodroplet.

Riferimenti:

(1) Nanodroplet-mediated catheter-directed sonothrombolysis of retracted blood clots

(2) Xiaoning Jiang

(3) Paul A. Dayton

(4) Zhen Xu

Descrizione foto: Una nuova tecnica, sviluppata dai ricercatori di NC State, UNC e Michigan, utilizza un trapano ad ultrasuoni (drill) per far scoppiare nanodroplets dentro e intorno a coaguli di sangue induriti. Quando le nanodroplets esplodono in microbolle, gli ultrasuoni fanno oscillare le microbolle, interrompendo la struttura fisica del coagulo. - Credit: Leela Goel.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Nanodroplets and Ultrasound ‘Drills’ Prove Effective at Tackling Tough Blood Clots