U.Ва. профессор биомедицинской инженерии Джон Хоссак и его коллеги создают целую технологию на основе крошечных микроскопических пузырьков – технологию, которая может сыграть важную роль в диагностике, а также лечении таких заболеваний, как инсульт и рак.
Когда профессор биомедицинской инженерии Университета Вирджинии Джон Хоссак и его коллеги из Школы инженерии и прикладных наук и Школы медицины рассматривают пузыри, они думают о чем-то гораздо более полезном, чем детская игрушка или игристое вино. Они создают целую технологию на основе крошечных микроскопических пузырьков – технологию, которая может сыграть важную роль в диагностике, а также лечении таких заболеваний, как инсульт и рак.
"Сочетание микропузырьков с ультразвуком дает нам новый способ доставки терапевтических средств туда, где они нам нужны," Хоссак сказал.
Эти микропузырьки действительно маленькие, от одного до пяти микрон в диаметре. Напротив, человеческий волос имеет диаметр 100 микрон. Поскольку они такие маленькие, они могут проскользнуть через мельчайшие проходы в человеческом теле – большое преимущество с медицинской точки зрения.
Однако их размер – это лишь одна из характеристик, которая способствует их потенциалу. Из-за того, как они вибрируют под воздействием ультразвуковых волн, микропузырьки могут использоваться для увеличения контрастности ультразвукового изображения, позволяя врачам видеть особенности, которые иначе было бы трудно различить.
Кроме того, их колебания заставляют мембраны соседних клеток открываться. Это создает основу для создания системы, в которой используются микропузырьки, несущие лекарства или гены, для доставки терапии в определенные участки тела. Сотрудничество с доктором. Александр Клибанов, доцент кафедры сердечно-сосудистых исследований и кафедры биомедицинской инженерии, Хоссак экспериментировал с использованием микропузырьков для уменьшения рубцевания стенок кровеносных сосудов после ангиопластики.
Хоссак и Клибанов также разрабатывают методы использования вибрирующих микропузырьков для разрушения сгустков, вызывающих ишемический инсульт. В настоящее время предпочтительным лечением является введение вещества, разрушающего сгустки, тканевого активатора плазминогена в течение трех часов после появления первых симптомов. Когда пациенты пропускают временное окно или когда tPA не работает, врачи используют устройство на основе катетера, чтобы попытаться извлечь сгусток. Одна из опасностей заключается в том, что в результате этого процесса могут образовываться более мелкие сгустки, которые могут скапливаться в более мелких кровеносных сосудах ниже по течению и вне досягаемости катетера.
В качестве альтернативы Хоссак и Клибанов предлагают вводить микропузырьки через катетер, чтобы атаковать эти вторичные сгустки. "Микропузырьки в сочетании с ультразвуком ускоряют действие tPA и способствуют разрушению сгустка," Хоссак сказал. "Фрагменты, которые производит этот процесс, слишком малы, чтобы нанести дальнейший ущерб."
Hossack также работает над разработкой более универсальной технологии микропузырьков. Самый распространенный метод получения микропузырьков, основанный на перемешивании, генерирует пузырьки разного размера. Если эта область будет продвигаться вперед, исследователи должны будут иметь возможность сопоставить размер пузыря с приложением.
Работа с Ph.D. Студент Адам Диксон, Хоссак, совершенствует микрожидкостные устройства на основе компьютерных микросхем, которые при размещении на кончике катетера могут доставлять поток однородных микропузырьков с точно контролируемым диаметром.
"Создание микрожидкостного устройства, подходящего для микросреды, требует творческого мышления," Хоссак сказал. "Но когда врачи оказываются в критической ситуации, они могут отрегулировать размер пузырьков на месте в зависимости от обстоятельств."
Хоссак также работает с Клибановым, Али Дханаливала и исследователем Джонни Ченом, чтобы найти способы увеличить продолжительность жизни микропузырька. Гениальное решение, которое они разрабатывают, – защитить их, поместив в клетки крови. Одно из преимуществ этого подхода состоит в том, что он повысит контрастность ультразвука везде, где проходят эти акустически активные эритроциты. Поскольку они больше, количество лекарственного вещества, которое может нести каждый акустически активный эритроцит, также может быть увеличено. Команда получила финансирование от Национальных институтов здравоохранения для проведения этого исследования.
"Микропузырьки – лишь один из многообещающих проектов, связанных с ультразвуком, над которыми мы работаем в моей лаборатории," Хоссак сказал. "Мы являемся частью более крупного глобального движения за использование большего количества преимуществ, которые можно получить с помощью этого ультразвукового исследования."