Investigadores de NCSU y UNC utilizan nanotecnología para combatir los coágulos sanguíneos resistentes

RALEIGH – Investigadores de ingeniería han desarrollado una nueva técnica para eliminar coágulos de sangre particularmente difíciles, utilizando nanogotas diseñadas y un "taladro" de ultrasonido para romper los coágulos de adentro hacia afuera. La técnica aún no ha pasado por pruebas clínicas. Las pruebas in vitro han mostrado resultados prometedores.

Específicamente, el nuevo enfoque está diseñado para tratar los coágulos sanguíneos retraídos, que se forman durante períodos prolongados y son especialmente densos. Estos coágulos son particularmente difíciles de tratar porque son menos porosos que otros coágulos, lo que dificulta que los medicamentos que disuelven los coágulos de sangre penetren en el coágulo.

La nueva técnica tiene dos componentes clave: las nanogotas y el taladro de ultrasonido.

Las nanogotas consisten en pequeñas esferas de lípidos que están llenas de perfluorocarbonos líquidos (PFC). Específicamente, las nanogotas están llenas de PFC de bajo punto de ebullición, lo que significa que una pequeña cantidad de energía ultrasónica hará que el líquido se convierta en gas. A medida que se convierten en gas, los PFC se expanden rápidamente, vaporizando las nanogotas y formando burbujas microscópicas.

"Introducimos nanogotas en el lugar del coágulo y, debido a que son tan pequeñas, pueden penetrar y convertirse en microburbujas dentro de los coágulos cuando se exponen a ultrasonido", dice Leela Goel, primera autora de un artículo sobre el trabajar. Goel es un doctorado. estudiante en el departamento conjunto de ingeniería biomédica de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill.

Después de que se forman las microburbujas dentro de los coágulos, la exposición continua de los coágulos a los ultrasonidos hace oscilar las microburbujas. La rápida vibración de las microburbujas hace que se comporten como pequeños martillos neumáticos, alterando la estructura física del coágulo y ayudando a disolverlo. Esta vibración también crea agujeros más grandes en la masa del coágulo que permiten que los medicamentos anticoagulantes transmitidos por la sangre penetren profundamente en el coágulo y lo descompongan aún más.

La técnica es posible gracias a el taladro de ultrasonido – que es un transductor de ultrasonido lo suficientemente pequeño como para introducirse en el vaso sanguíneo a través de un catéter. El taladro puede dirigir los ultrasonidos directamente hacia adelante, lo que lo hace extremadamente preciso. También es capaz de dirigir suficiente energía de ultrasonido al lugar objetivo para activar las nanogotas, sin causar daño al tejido sano circundante. El taladro incorpora un tubo que permite a los usuarios inyectar nanogotas en el lugar del coágulo.

En pruebas in vitro, los investigadores compararon varias combinaciones de tratamiento farmacológico, el uso de microburbujas y ultrasonidos para eliminar coágulos, y la nueva técnica, que utiliza nanogotas y ultrasonidos.

"Descubrimos que el uso de nanogotas, ultrasonido y tratamiento farmacológico era el más eficaz, ya que disminuía el tamaño del coágulo en 40%, más o menos 9%", dice Xiaoning Jiang, Profesor Distinguido Dean F. Duncan de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en Carolina del Norte. Estado y autor correspondiente del artículo. “El uso exclusivo de nanogotas y ultrasonido redujo la masa en 30%, más o menos 8%. El siguiente mejor tratamiento incluyó tratamiento farmacológico, microburbujas y ultrasonido, y eso redujo la masa del coágulo en sólo 17%, más o menos 9%. Todas estas pruebas se realizaron con el mismo período de tratamiento de 30 minutos.

"Los primeros resultados de estas pruebas son muy prometedores".

"El uso de ultrasonido para alterar los coágulos sanguíneos se ha estudiado durante años, incluidos varios estudios sustanciales en pacientes en Europa, con un éxito limitado", dice el coautor Paul Dayton, Profesor Distinguido William R. Kenan Jr. de Ingeniería Biomédica en la UNC y Estado de Carolina del Norte. "Sin embargo, la adición de nanogotas de bajo punto de ebullición, combinadas con el taladro de ultrasonido, ha demostrado un avance sustancial en esta tecnología".

"Los próximos pasos implicarán pruebas preclínicas en modelos animales que nos ayudarán a evaluar cuán segura y efectiva puede ser esta técnica para el tratamiento de la trombosis venosa profunda", dice Zhen Xu, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Michigan y coautor. del papel.

El papel, "Sonotrombólisis dirigida por catéter mediada por nanogotas de coágulos sanguíneos retraídos,”se publica en acceso abierto en la revista Microsistemas y nanoingeniería. El artículo fue coautor de Huaiyu Wu y Bohua Zhang, Ph.D. estudiantes de NC State; y Jinwook Kim, investigador postdoctoral en el Departamento Conjunto de Ingeniería Biomédica de la UNC y NC State.

El trabajo se realizó con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud, bajo la subvención R01HL141967.

Una nueva empresa llamada SonoVascular, Inc., cofundada por Jiang, obtuvo la licencia de la tecnología de "perforación" de ultrasonido de NC State. SonoVascular y NC State esperan trabajar con socios de la industria para avanzar en la tecnología. Las nanogotas de bajo punto de ebullición, coinventadas por Dayton, también han obtenido una patente en Estados Unidos. Esa tecnología ha sido autorizada por la empresa derivada Triangle Biotechnology, Inc., que fue cofundada por Dayton. Los coautores del estudio, Dayton, Kim, Xu y Jiang, también presentaron una solicitud de patente relacionada con la sonotrombólisis mediada por nanogotas.

(C) NCSU

Fuente del artículo original: WRAL TechWire