Дослідники зі Стенфорда розробили проривний пристрій під назвою тромбектомія з мілі-спіннером, який використовує сили стиснення та зсуву для безпечного зменшення та видалення тромбів, що значно покращує показники успішності першої спроби лікування інсульту та захворювань, пов’язаних зі згустками. Мілліспіннер Стенфорда ущільнює згустки в дрібні кульки для видалення, що покращує успішність екстракції згустків. Окрім лікування інсульту, він може очищати камені в нирках та інші закупорки.
Під час лікування ішемічного інсульту, коли тромб блокує надходження кисню до мозку, кожна хвилина має вирішальне значення. Чим швидше лікарі зможуть видалити тромб і відновити кровотік, тим більший шанс зберегти клітини мозку та покращити одужання пацієнта. Однак сучасні методи лікування успішно видаляють тромби з першої спроби лише приблизно у 50% випадків, а повністю невдалі приблизно у 15% випадків.
Дослідники зі Стенфордського інженерного факультету представили новий метод під назвою тромбектомія з використанням мілі-спіннера, який може значно покращити ці результати. У статті, опублікованій у журналі Nature, команда продемонструвала за допомогою моделей потоку та досліджень на тваринах, що мілі-спіннер працює значно краще, ніж існуючі технології, пропонуючи швидший, простіший та повніший спосіб видалення тромбів.
«У більшості випадків ми більш ніж подвоюємо ефективність сучасних технологій, а для найстійкіших тромбів, які ми видаляємо лише приблизно в 11% випадків за допомогою сучасних пристроїв, нам вдається розкрити артерію з першої спроби у 90% випадків», – сказав співавтор Джеремі Хейт, керівник відділу нейровізуалізації та нейроінтервенції в Стенфорді та доцент радіології. «Це неймовірно. Це революційна технологія, яка кардинально покращить нашу здатність допомагати людям».
Використання клубків
Згустки крові зв’язані клубками фібрину, міцного ниткоподібного білка, який захоплює еритроцити та інші матеріали, утворюючи липку масу. Лікарі зазвичай намагаються видалити ці згустки, вводячи катетер в артерію та або відсмоктуючи згусток, або захоплюючи його дротяною сіткою. Однак ці методи не завжди ефективні та можуть розірвати нитки фібрину, що призведе до зміщення фрагментів згустку та їх застрягання в нових, більш важкодоступних місцях.
«Завдяки існуючим технологіям немає способу зменшити розмір згустку. Вони покладаються на деформацію та розрив згустку, щоб видалити його», – сказала Рене Чжао, доцент кафедри машинобудування та старший автор статті. «Унікальність мілі-спінера полягає в тому, що він застосовує сили стиснення та зсуву для стиснення всього згустку, різко зменшуючи об’єм, не спричиняючи розриву».
Міллі-спіннер, який також досягає згустку через катетер, являє собою довгу порожнисту трубку, що швидко обертається. Вона має ряд ребер і прорізів, які створюють локалізоване всмоктування поблизу згустку. Ця установка застосовує дві сили — стиснення та зсув — щоб згорнути нитки фібрину в компактну кульку, не розриваючи їх.
Уявіть собі вільну кульку бавовняних волокон або жменю волосся, витягнутого з щітки. Коли ви стискаєте її між долонями (стискання) та рухаєте руками круговими рухами (зсув), волокна сплутуються в меншу, щільнішу кульку. Мілі-спінер працює так само з нитками фібрину, використовуючи всмоктування, щоб притиснути згусток до кінця трубки, одночасно швидко обертаючись, створюючи зсув.
Чжао та її команда продемонстрували, що мілі-спіннер може зменшити тромб до 5% від його початкового розміру. Процес вивільняє захоплені еритроцити, дозволяючи їм вільно циркулювати по організму, тоді як компактна фібринова кулька втягується в мілі-спіннер і видаляється.
«Це працює дуже добре для широкого діапазону складів та розмірів згустків», — сказав Чжао. «Навіть для міцних, багатих на фібрин згустків, які неможливо обробити за допомогою сучасних технологій, наш мілі-спіннер може обробити їх, використовуючи цю просту, але потужну механічну концепцію для ущільнення фібринової мережі та зменшення згустку».
Несподіваний успіх
Конструкція мілі-спінера є продовженням роботи Чжао над міліроботами – крихітними роботами на основі орігамі, побудованими для плавання крізь тіло для видачі ліків або допомоги в діагностиці. Обертова порожниста структура з плавниками та прорізами задумувалася як рушійний механізм, але коли дослідники зрозуміли, що вона також створює локалізоване всмоктування, вони вирішили перевірити, чи може вона мати й інші способи використання.
«Спочатку ми просто задавалися питанням, чи може це відсмоктування допомогти видалити тромб», — сказав Чжао. «Але коли ми випробували спіннер на тромбі, ми спостерігали вражаючу зміну кольору тромбу з червоного на білий, а також різке зменшення об’єму. Чесно кажучи, це було схоже на магію. На той час ми не до кінця розуміли механізм».
Заінтриговані цією несподіваною та безпрецедентною реакцією тромбу, дослідники вирішили розкрити основний механізм, а потім провели сотні ітерацій проектування, щоб зробити мілі-спіннер максимально ефективним та результативним. Але вони не забули про його можливості рушійної сили. Чжао та її колеги також працюють над вільною версією мілі-спіннера, яка могла б вільно плавати крізь кровоносні судини, щоб націлюватися на тромби та лікувати їх.
Хоча вони спочатку зосередилися на лікуванні тромбів, існує багато інших потенційних застосувань мілі-спінера, сказала Чжао. Вона та її команда вже працюють над використанням локалізованого всмоктування мілі-спінера для захоплення та видалення фрагментів каменів у нирках.
«Ми досліджуємо інші біомедичні застосування конструкції мілі-спінера, і навіть можливості поза медициною», — сказав Чжао. «Попереду є кілька дуже захопливих можливостей».
Знаючи, яку різницю це може мати для пацієнтів з інсультом та іншими захворюваннями, пов’язаними з утворенням тромбів, Чжао, Хейт та їхні колеги сподіваються якомога швидше отримати схвалення для використання пацієнтами тромбектомії з використанням мілі-спіннера. Вони заснували нову компанію, яка ліцензує цю технологію у Стенфорда, щоб розробити та вивести її на ринок, а клінічні випробування заплановані на найближче майбутнє.
«Що робить цю технологію справді захопливою, так це її унікальний механізм активного зміни форми та ущільнення згустків, а не просто їх вилучення», – сказав Чжао. «Ми працюємо над тим, щоб впровадити це в клінічні умови, де це може значно підвищити рівень успішності процедур тромбектомії та врятувати життя пацієнтів».
