Synlige hydrogeler til hurtig blødningskontrol og overvågning

Der er mange forskellige hændelser, som kan føre til overdreven og ukontrolleret blødning i kroppen. Dette kan opstå som følge af betændelse og sårdannelse, abnormiteter i blodkarrene eller traumerelaterede skader. Personer med disponerende tilstande, såsom hjertepatienter, har særlig risiko for indre blødninger på grund af de antikoagulantia, de ofte ordineres som en forebyggende foranstaltning. De er også tilbøjelige til gastrointestinale blødninger, påvirker 40 % af patienterne, der er på hjertehjælpeudstyr. Ud over behovet for en effektiv behandling af disse tilstande, der er også indikationer for at kontrollere blodgennemstrømningen, der bidrager til aneurismer og tumorcellevaskularisering.

En ideel behandlingsmetode ville hurtigt og effektivt blokere bruddet i de berørte blodkar for at stoppe blødningen og lade karvæggen heles. Så ville det blokerende materiale til sidst nedbrydes nok til at lade blodet flyde normalt igen.

Nuværende behandlinger involverer både faste og flydende materialer som blokeringsmidler. Spoler lavet af flettet platin eller rustfri ståltråde er almindeligt anvendte. De kommer i forskellige længder, former og tykkelser og placeres i blodkar ved hjælp af et specielt kateter. Der er også flydende blokeringsmidler, der sprøjtes ind i blodkarrene og størkner efter injektion.

Men der er mange vanskeligheder ved at bruge de nuværende metoder. Fordi spoler har brug for specielle katetre til indføring og specialudstyr til at afmontere og placere dem, proceduren er vanskelig og kræver intensiv træning af lægen. Også, der er tidspunkter, hvor flere spoler skal placeres for at være effektive, og der er andre tidspunkter, hvor spolerne migrerer eller komprimeres, nødvendiggør gentagne procedurer. Flydende midler lækker ofte under injektioner, resulterer i unøjagtig placering, toksiske virkninger på det omgivende væv og nødvendigheden af ​​yderligere forsøg. Disse problemer øger potentialet for ekstra tid og omkostninger.

Ud over, ingen af ​​disse metoder har evnen til nøjagtigt at se procedurerne ved konventionel CT, MR, Røntgen og fluoroskopiske metoder. Succesfuld billeddannelse vil i høj grad hjælpe med at guide placeringen og overvåge blodkarblokken over tid.

En tidligere undersøgelse af forfatterne har brugt billig, gelatinøse materialer kaldet hydrogeler i et forsøg på at fremstille et effektivt materiale til at kontrollere blødning. Ud over at have overlegen biokompatibilitet og justerbare elastiske og mekaniske egenskaber, hydrogeler udviser også rene udtyndingsegenskaber - evnen til at deformeres ved injektion og derefter hurtigt genvinde sig selv og forme sig selv, så den passer til det ønskede rum; dette gør det muligt at foretage levering ved hjælp af standardkatetre uden specialudstyr. Nanopladeskiver af silikat blev blandet ind i hydrogelen for at efterligne blodpladecellers koagulationsevne, og den resulterende komposit viste sig at være yderst effektiv til at forsegle beskadigede årer.

Et samarbejdende team af specialister i klinisk interventionsradiologi og bioingeniørforskere har taget dette projekt et skridt videre ved at tilføje billeddannelsespartikler fremstillet af tantalhydrogelblanding. Tantal, et meget biokompatibelt metal, har vist sig at være sikker at bruge i biomedicinske applikationer og udskilles i urinen.

Holdet bestående af forskere fra Terasaki Institute og Mayo Clinic udførte forskellige tests for at bestemme den optimale tantalpartikelstørrelse og -mængde, der skal bruges og deres effekt på hydrogelkomposittens mekaniske egenskaber. De etablerede også den optimale formulering for de tre komponenter i deres nye kompositgel. Deres eksperimenter viste, at tantalpartiklerne spredte sig godt ind i hydrogelkompositten, påvirkede ikke dets mekaniske egenskaber og bibeholdt deres sterilitet over tid.

Et andet ambitiøst mål med projektet var at udføre deres blødningskontroleksperimenter på arterier, noget der ikke var blevet gjort med hydrogeler før. Denne indsats gav yderligere udfordringer, på grund af den højere blodgennemstrømning og tryk i arterierne, deres store størrelsesvariation og deres potentielle skrøbelighed.

Efter forskellige eksperimenter udført på arterielle kar i levende antikoagulerede svinemodeller, holdet opnåede positive resultater med deres nye tantal-snøret komposithydrogel. De var i stand til at skabe en effektiv tætning mod blødning i grisens arterier, med en implementeringstid, der var 40 gange hurtigere end med spoler. Den arterielle blok udviste også stabilitet og holdbarhed, forblive i stilling uden migration i fire uger, før den nedbrydes naturligt og erstattes af bindevævsreparation af karret.

På grund af tantalkomponenten i gelen blev dyremodellernes arterielle procedurer og overvågning udført med klare, realtidsvisualisering ved hjælp af CT, Røntgen fluoroskopi og ultralyd.

"De eksperimentelle resultater, der blev observeret i vores tantalfyldte gel, viser tydeligt dens effektivitet og alsidighed", sagde HanJun Kim, et medlem af Terasaki Institutes team. "Vi var i stand til at opfylde vores mål om at være i stand til at visualisere og præcist placere en stabil blok i et arterielt kar for hurtigt at behandle ukontrolleret intravaskulær blødning."

Holdet fortsatte med at udføre yderligere eksperimenter for at teste reversibiliteten af ​​den nye hydrogels arterielle placering og fandt ud af, at deres størknede arterielle prop nemt kunne fjernes ved hjælp af et aspirationskateter. De var også i stand til at opnå vellykket arteriel blokering ved at påføre deres hydrogel-komposit på spoler, der var blevet placeret i karrene og ikke havde opnået eller opretholde blokering.

Brugen af ​​denne tantalfyldte gel til at kontrollere blødning udviser mange unikke fordele i forhold til nuværende metoder. Det er et pengeskab, let at bruge, og omkostningseffektiv metode, som viser optimal effektivitet, præcision og alsidighed til en række potentielle medicinske anvendelser.

"Behandlingsmetoden, der er udviklet her, er en stor forbedring i forhold til nuværende metoder, og den har potentiale til at påvirke mange liv, " sagde Ali Khademhosseini, Ph.d., direktør og administrerende direktør for Terasaki Institute. "Det er et af mange eksempler på det innovative og effektfulde arbejde, vi udfører på vores institut."