Ci sono molti eventi diversi che possono portare a un'emorragia eccessiva e incontrollata all'interno del corpo. Ciò può verificarsi a causa di infiammazione e ulcerazioni, anomalie nei vasi sanguigni o lesioni legate a traumi. Individui con condizioni predisponenti, come pazienti cardiaci, sono particolarmente a rischio di emorragie interne a causa degli anticoagulanti che spesso vengono prescritti come misura preventiva. Sono anche inclini a sanguinamenti gastrointestinali, che colpisce il 40% dei pazienti portatori di dispositivi di assistenza cardiaca. Oltre alla necessità di un trattamento efficace per queste condizioni, ci sono anche indicazioni per il controllo del flusso sanguigno che contribuiscono agli aneurismi e alla vascolarizzazione delle cellule tumorali.

Un metodo di trattamento ideale bloccherebbe in modo rapido ed efficace la rottura dei vasi sanguigni interessati per fermare l'emorragia e consentire alla parete del vaso di guarire. Quindi il materiale di blocco alla fine si degraderebbe abbastanza da consentire al sangue di fluire di nuovo normalmente.

I trattamenti attuali coinvolgono sia materiali solidi che liquidi come agenti bloccanti. Vengono comunemente utilizzate bobine fatte di fili di platino intrecciati o di acciaio inossidabile. Sono disponibili in diverse lunghezze, forme e spessori e vengono inseriti nei vasi sanguigni mediante uno speciale catetere. Esistono anche agenti bloccanti liquidi che vengono iniettati nei vasi sanguigni e si solidificano dopo l'iniezione.

Ma ci sono molte difficoltà nell'usare i metodi attuali. Poiché le bobine richiedono cateteri speciali per l'inserimento e attrezzature specializzate per staccarle e posizionarle, la procedura è difficile e richiede un addestramento intensivo da parte del medico. Anche, ci sono momenti in cui è necessario posizionare più bobine per essere efficaci, e ci sono altre volte in cui le spire migrano o si compattano, richiedono procedure ripetute. Gli agenti liquidi spesso fuoriescono durante le iniezioni, con conseguente posizionamento impreciso, effetti tossici sui tessuti circostanti e la necessità di ulteriori tentativi. Questi problemi aumentano il potenziale per tempi e costi aggiuntivi.

Inoltre, nessuno di questi metodi ha la capacità di visualizzare con precisione le procedure mediante TC convenzionale, risonanza magnetica, Metodi a raggi X e fluoroscopici. L'imaging di successo aiuterebbe notevolmente a guidare il posizionamento e a monitorare il blocco dei vasi sanguigni nel tempo.

Uno studio precedente degli autori ha utilizzato poco costoso, materiali gelatinosi chiamati idrogel nel tentativo di produrre un materiale efficace per controllare l'emorragia. Oltre ad avere una biocompatibilità superiore e proprietà elastiche e meccaniche regolabili, gli idrogel mostrano anche capacità di assottigliamento:la capacità di deformarsi durante l'iniezione e quindi di auto-recuperarsi rapidamente e modellarsi per adattarsi allo spazio desiderato; ciò consente di effettuare la consegna utilizzando cateteri standard senza attrezzature specializzate. Dischi di nanopiastrine di silicato sono stati miscelati nell'idrogel per imitare la capacità di coagulazione delle cellule piastriniche, e il composito risultante si è dimostrato altamente efficace nel sigillare le vene danneggiate.

Un team collaborativo di specialisti in radiologia dell'intervento clinico e ricercatori di bioingegneria ha fatto un ulteriore passo avanti con questo progetto aggiungendo particelle di imaging ottenute da una miscela di idrogel di tantalio. tantalio, un metallo altamente biocompatibile, ha dimostrato di essere sicuro da usare in applicazioni biomediche ed è escreto nelle urine.

Il team composto da scienziati del Terasaki Institute e della Mayo Clinic ha eseguito vari test per determinare la dimensione e la quantità ottimali delle particelle di tantalio da utilizzare e il loro effetto sulle proprietà meccaniche del composito di idrogel. Hanno anche stabilito la formulazione ottimale per i tre componenti del loro nuovo gel composito. I loro esperimenti hanno determinato che le particelle di tantalio si disperdevano bene nel composito di idrogel, non intaccava le sue proprietà meccaniche e conservava la loro sterilità nel tempo.

Un altro obiettivo ambizioso del progetto era eseguire i loro esperimenti di controllo dell'emorragia sulle arterie, qualcosa che non era mai stato fatto prima con gli idrogel. Questo sforzo ha posto ulteriori sfide, a causa dell'aumento del flusso sanguigno e della pressione nelle arterie, la loro ampia variabilità dimensionale e la loro potenziale fragilità.

Dopo vari esperimenti condotti sui vasi arteriosi di modelli suini anticoagulati vivi, il team ha ottenuto risultati positivi con il nuovo idrogel composito allacciato al tantalio. Sono stati in grado di creare un efficace sigillo contro il sanguinamento nelle arterie dei maiali, con un tempo di implementazione 40 volte più veloce rispetto alle bobine. Il blocco arterioso ha anche mostrato stabilità e durata, rimanere in posizione senza migrazione per quattro settimane prima di degradarsi naturalmente ed essere sostituiti dalla riparazione del tessuto connettivo del vaso.

A causa del componente tantalio nel gel, le procedure arteriose e il monitoraggio dei modelli animali sono stati eseguiti con visualizzazione in tempo reale tramite TC, Fluoroscopia a raggi X ed ultrasuoni.

"I risultati sperimentali osservati nel nostro gel caricato al tantalio dimostrano chiaramente la sua efficacia e versatilità", disse HanJun Kim, un membro del team del Terasaki Institute. "Siamo stati in grado di raggiungere i nostri obiettivi di essere in grado di visualizzare e posizionare con precisione un blocco stabile in un vaso arterioso per trattare rapidamente un'emorragia intravascolare incontrollata".

Il team ha continuato a condurre ulteriori esperimenti per testare la reversibilità del posizionamento arterioso del nuovo idrogel e ha scoperto che il tappo arterioso solidificato poteva essere facilmente rimosso utilizzando un catetere per aspirazione. Sono stati anche in grado di ottenere un blocco arterioso efficace applicando il loro composito di idrogel a bobine che erano state posizionate nei vasi e non erano riuscite a raggiungere o mantenere il blocco.

L'uso di questo gel caricato al tantalio per controllare il sanguinamento mostra molti vantaggi unici rispetto ai metodi attuali. è una cassaforte, facile da usare, ed economicamente conveniente che dimostri l'efficacia ottimale, precisione e versatilità per una varietà di potenziali applicazioni mediche.

"Il metodo di trattamento sviluppato qui rappresenta un grande miglioramento rispetto ai metodi attuali e ha il potenziale per influenzare molte vite, " ha detto Ali Khademhosseini, dottorato di ricerca, direttore e CEO del Terasaki Institute. "È uno dei tanti esempi del lavoro innovativo e di grande impatto che svolgiamo nel nostro istituto".