Дослідники створили новий інструмент за допомогою «вихрового ультразвуку» — свого роду ультразвукового торнадо — для ефективного розщеплення тромбів у мозку. Було показано, що цей інноваційний метод усуває тромби швидше, ніж сучасні методи в моделі in vitro тромбозу церебрального венозного синуса (CVST).
«У нашій попередній роботі розглядалися різні методи, які використовують ультразвук для усунення тромбів за допомогою того, що, по суті, є хвилями, спрямованими вперед», — говорить Сяонін Цзян, співавтор статті про роботу. «У нашій новій роботі використовується вихровий ультразвук, де ультразвукові хвилі мають спіральний хвильовий фронт.
«Іншими словами, ультразвук крутиться, коли він рухається вперед», — каже Цзян, який є деканом Ф. Дункана, професором механічної та аерокосмічної інженерії в Університеті штату Північна Кароліна. «Ґрунтуючись на наших тестах in vitro, цей підхід усуває тромби швидше, ніж чинні методи, в основному через напругу зсуву, викликану вихровою хвилею».
«Той факт, що наша нова техніка працює швидко, важливий, тому що тромби CVST збільшують тиск на кровоносні судини в мозку», — каже Ченгжі Ши, співавтор роботи та доцент кафедри машинобудування в Georgia Tech. «Це підвищує ризик крововиливу в мозок, що може бути катастрофічним для пацієнтів.
«Що існує методи значною мірою покладаються на втручання, які розчиняють тромб. Але це трудомісткий процес. Наш підхід має потенціал швидше усунути ці тромби, зменшуючи ризик для пацієнтів».
CVST виникає, коли тромб утворюється у венах, відповідальних за відтік крові від мозку. Рівень захворюваності CVST становив від 2 до 3 на 100 000 у Сполучених Штатах у 2018 та 2019 роках, і, схоже, рівень захворюваності зростає.
«Ще одна причина, чому наша робота тут важлива, полягає в тому, що поточні методи лікування CVST не дають результатів у 20-40% випадків», — каже Цзян.
Новий інструмент складається з одного перетворювача, який спеціально розроблений для створення ефекту закрученого вихру. Датчик досить малий, щоб його можна було вставити в катетер, який потім подається через систему кровообігу до місця утворення тромбу. Для підтвердження концепції in vitro дослідники використовували коров’ячу кров у 3D-друкованій моделі церебрального венозного синуса.
«Згідно з наявними даними, фармацевтичне втручання для розчинення тромбів CVST займає щонайменше 15 годин, а в середньому близько 29 годин», — говорить Ши. «Під час тестування in vitro ми змогли розчинити гострий тромб менш ніж за пів години».
Під час будь-якої катетеризації чи хірургічного втручання існує потенційний ризик заподіяння шкоди, наприклад, пошкодження самої кровоносної судини. Щоб розв’язувати цю проблему, дослідники провели експерименти із застосуванням вихрового ультразвуку до зразків вен крові тварин. Ці тести не виявили пошкодження стінок кровоносних судин.
Дослідники також провели тести, щоб визначити, чи завдає вихровий ультразвук значну шкоду еритроцитам. Вони виявили, що не було суттєвого пошкодження еритроцитів.
«Наступним кроком для нас є проведення тестів на моделі тварин, щоб краще визначити життєздатність цієї методики лікування CVST», — говорить Цзян. «Якщо ці тести будуть успішними, ми сподіваємося продовжити клінічні випробування». «І якщо вихровий ультразвук коли-небудь стане клінічним застосуванням, він, ймовірно, буде порівнянний за вартістю з іншими втручаннями, які використовуються для лікування CVST», — говорить Ши.