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艾因斯新蟲 (小有名氣)
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用于快速血管內(nèi)止血的含鉭微粒的納米復(fù)合水凝膠
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介紹 抗凝治療(ACA)中的出血是一種嚴(yán)重的內(nèi)科急癥,具有高發(fā)病率和高死亡率僅在美國,就有超過2300萬人在ACA上出現(xiàn)心房纖維性顫動。每年有超過3000萬份coumadin的處方,新型口服抗凝劑的處方也在增加;僅香豆定的出血頻率估計為每年15-20%。使用機(jī)械瓣膜和心臟輔助裝置(CAD)的患者出血風(fēng)險更高。事實上,高達(dá)40%的冠心病患者會出現(xiàn)消化道出血(GIB)。這些患者胃腸道出血的最常見原因是炎癥、血管畸形或與創(chuàng)傷相關(guān)的病因。如果因另一種嚴(yán)重疾病住院期間發(fā)生出血,GIB死亡率會急劇增加至4倍,如果是復(fù)發(fā)性出血,死亡率會增加10倍。經(jīng)導(dǎo)管動脈栓塞已成為治療出血最安全、最有效的方法之一。 血管內(nèi)栓塞治療血管出血包括反復(fù)將線圈狀金屬線推入動脈,直到它們緊密堆積,以減緩血液流動和凝結(jié)。然而,彈簧圈栓塞與高再出血率、不可預(yù)測的經(jīng)濟(jì)性相關(guān),最重要的是,它們依賴于患者形成血栓的能力。當(dāng)患者進(jìn)行抗凝或凝血治療時,這些問題會加劇。報道了一種用于凝膠栓塞材料(Ta-GEM)的新型生物工程化載鉭納米復(fù)合水凝膠,其可使用臨床導(dǎo)管快速遞送,用于即時止血,而不管凝血狀態(tài)如何。Ta-GEM制劑可通過大多數(shù)臨床可用的成像方式(包括超聲、計算機(jī)斷層掃描、磁共振成像和熒光透視)觀察到,沒有明顯的偽影。此外,Ta-GEM可回收,允許暫時血管閉塞,并可用于搶救線圈栓塞失敗的病例。發(fā)現(xiàn)在豬模型中Ta-GEM閉塞一級動脈如腎動脈和髂動脈是安全和持久的;到第28天時,動脈腔中75%的注射Ta-GEM被致密結(jié)締組織取代。總的來說,這項研究表明Ta-GEM比目前的技術(shù)有許多優(yōu)勢,在臨床實踐中有潛在的應(yīng)用。 實驗 開發(fā)Ta-GEM以提高可見性 臨床上,今天用于栓塞的金屬線圈在熒光鏡檢查中是可見的;然而,它們與CT成像、MRI和US一起產(chǎn)生顯著的偽影。由于人為因素,栓塞后無法評估介入治療的結(jié)果,這是當(dāng)今臨床實踐中的一個重大挫折。因此,我們測試了一種Ta-GEM配方,這種配方允許在所有成像模式下進(jìn)行材料和局部解剖可視化,包括CT、MRI、US和熒光透視,而沒有明顯的偽影。 為了提高GEM的可視性,我們將注意力集中在Ta微粒上,因為它已經(jīng)在各種醫(yī)療器械中臨床使用。Ta已被用作碘化劑的替代造影劑,因為它在生物學(xué)上是安全的,并通過尿液排泄。 使用SpeedMixer將平均尺寸為2 μm的Ta微米顆;虺叽< 25納米的Ta納米顆粒與GEM混合,形成Ta-GEM(例如,2–30% w/w的Ta-GEM)。CT體模研究(圖1A,B)表明,混合了20%鉭的寶石產(chǎn)生了令人滿意的可見度,沒有任何條紋偽影。熒光實驗表明,納米鉭不能均勻地分布在整個寶石中,導(dǎo)致可視性差;因此,隨后的實驗在GEM中使用了微米尺寸的Ta顆粒(圖1C,D)。 為了測試Ta-GEM在體內(nèi)的可視性,在超聲引導(dǎo)下使用21 G針頭經(jīng)皮進(jìn)入豬肝的肝靜脈;實時地,在Ta-GEM注射期間進(jìn)行US和熒光成像,顯示足夠的可見度(圖1E,F(xiàn);白色箭頭表示兩幅圖像中的相同區(qū)域)。 用多種成像方式評估寶石可見度。a)顯示了八個注射器的CT軸位圖像,這些注射器在模擬人體胸部的模型中裝有0-30% Ta-GEM;b)與30% Ta-GEM或50%碘海醇-GEM (n = 4)相比,20% Ta-GEM(黃色虛線輪廓)顯示出相似的Hounsfield單位。c,D)裝載有含有10%碘海醇、20% Ta納米顆粒(納米Ta)或20% Ta微粒(微米Ta)的GEM的注射器的熒光圖像;d)熒光透視圖像上平均像素強(qiáng)度的定量顯示20%的微Ta產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度(n = 4);包括50%碘海醇作為對照,因為這是臨床上使用的濃度。e,F(xiàn))在使用20% Ta-GEM對豬進(jìn)行經(jīng)皮肝靜脈栓塞期間,同一區(qū)域(箭頭)的超聲和熒光圖像。g)含有0–30%鉭微粒(n = 3)的寶石剪切波彈性成像的圖解總結(jié)。h)填充有20% Ta-GEM的注射器的標(biāo)準(zhǔn)T1和T2 MRI的橫斷面視圖,顯示T1序列的衰減和T2序列的明亮信號。I)相對于MRI模型(箭頭)計算肌肉和肝臟的T1和T2信號強(qiáng)度。相對于在(I)中計算的信號,20% Ta GEM的T1和T2信號在圖中示出;這些表明Ta-GEM的信號強(qiáng)度大于肌肉或肝臟,表明它將通過MRI可見。l)20% Ta-GEM的掃描電子顯微鏡(白色箭頭,Ta微粒)。數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(**p < 0.01,***p < 0.001,***p < 0.0001)。 Ta-GEM的可注射性及剪切稀化性能分析 為了確定向GEM中添加Ta的效果,使用壓縮試驗(圖2A)檢查了GEM和Ta-GEM通過2.8 French (110 cm)和5 French (100 cm)臨床導(dǎo)管的可注射性。在這兩個系統(tǒng)中,Ta-GEM顯示出與GEM相當(dāng)?shù)目勺⑸湫,表明添加Ta顆粒確實增加了注射力,但這些變化并未顯著影響可注射性(2.8法國導(dǎo)管,圖2B,C;5法國導(dǎo)管,圖2D,E)。接下來,我們研究了中斷交付的影響;再次觀察到對注射力沒有顯著影響(圖2F)。進(jìn)行間歇給藥并實時評估栓塞的能力是一個重要的特性;目前的技術(shù)不可能做到這一點。 除了可注射性之外,Ta微粒對GEM機(jī)械性能的影響通過流變學(xué)研究進(jìn)行分析。GEM和Ta-GEM的流動曲線顯示了相似的剪切變稀特性(圖2G)。為了評估GEM和Ta-GEM的爆炸強(qiáng)度,我們進(jìn)行了振幅振動試驗來測量它們的儲能模量G′和損耗模量G″。圖2H證明了GEM和Ta-GEM都是粘彈性的,它們的G′值約為G″的10倍。此外,與GEM相比,在Ta-GEM中沒有觀察到G′(在0.1%應(yīng)變下測量)的顯著變化(圖2I),這表明Ta對GEM的機(jī)械性能影響最小。這些結(jié)果表明,GEM和Ta-GEM的栓塞強(qiáng)度相當(dāng)。 鉭寶石的物理機(jī)械特性。a)注射力測試示意圖。表中顯示了測試過程中使用的導(dǎo)管和參數(shù)(內(nèi)徑:導(dǎo)管內(nèi)徑)。b)在1 cc注射器中,通過110 cm、2.8F微導(dǎo)管以1mL min-1注射GEM和Ta-GEM的代表性注射力曲線。c)2.8F微導(dǎo)管系統(tǒng)中GEM和Ta-GEM的松脫力和注射力的總結(jié)(n = 5)。d)GEM和Ta-GEM的代表性注射力曲線,分別裝入3 cc注射器,通過100 cm、5F導(dǎo)管以2ml min-1注射。e)總結(jié)5F導(dǎo)管系統(tǒng)中GEM和Ta-GEM的松脫力和注射力(n = 5)。f)Ta-GEM通過5F導(dǎo)管以2ml min-1的速度間斷輸送(輸送10 s,然后停留5 s)的注射力曲線。g)比較GEM和Ta-GEM在37℃下的流動曲線,顯示剪切變稀特性。h)GEM和Ta-GEM在37℃下的振幅掃描。I)GEM和Ta-GEM在25和37℃下的儲能模量動力學(xué)總結(jié)(n = 3)。數(shù)據(jù)是(C)、(E)和(I)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。 評價Ta-GEM的血栓形成性、穩(wěn)定性和無菌性 Ta-GEM的增強(qiáng)的血栓形成性是實現(xiàn)血管閉塞的栓塞劑的有利特性。將與Ta-GEM混合的檸檬酸化人血的等分試樣中的血液凝固與用于患者的標(biāo)準(zhǔn)線圈進(jìn)行比較。當(dāng)與單獨的血液相比時,線圈、GEM和Ta- GEM都表現(xiàn)出促凝特性;然而,當(dāng)測量凝塊的質(zhì)量時,與單獨的GEM和血液相比,Ta-GEM在3分鐘時質(zhì)量開始顯著上升(圖3A,B)。這些結(jié)果表明Ta-GEM具有增強(qiáng)的凝塊形成特性,這可能進(jìn)一步穩(wěn)定血液-GEM界面的栓塞材料。 為了證實Ta-GEM的栓塞能力,進(jìn)行了體外栓塞實驗(圖3C–E)。GEM和Ta-GEM的位移壓力相似(35.8 3.9和33.2 2。G kPa,分別為;p = 0.5),但明顯高于單獨線圈(9.9±1.5千帕,p < 0.0001)。更重要的是,當(dāng)Ta-GEM與線圈結(jié)合時,置換壓力可達(dá)234.5±21.4 kPa,幾乎是人體標(biāo)準(zhǔn)生理收縮壓的15倍。GEM與線圈組合的額外強(qiáng)度可能是由于Ta顆粒和線圈之間的摩擦增加。我們進(jìn)一步評估了Ta-GEM的穩(wěn)定性(圖3F,G)和無菌性(圖3H)。 Ta-GEM的血液血栓形成性和無菌性評價。a)與GEM、20% w/w Ta-GEM和市售纖維線圈混合的血液形成血栓的時間。b)與單獨的血液或單獨的GEM相比,Ta-GEM隨時間顯示出增強(qiáng)的血栓形成性的所形成凝塊的平均質(zhì)量。c)體外栓塞試驗中的阻力壓力曲線。d )( C)中數(shù)據(jù)的圖表總結(jié)顯示,與單獨線圈相比,Ta-GEM +線圈產(chǎn)生的峰值壓力最大(**p < 0.01,***p ≤ 0.001,***p < 0.0001,數(shù)據(jù)代表平均值SD,n = 3)。e)帶有和不帶有GEM(綠色)的血管模型內(nèi)的纖維線圈的照片。在D0、3、7、14、28和70,使用微型CT掃描儀對試管成像,并進(jìn)行圖像分析;顯示了管的冠狀視圖,白色亮點代表Ta。在多個水平的軸向視圖中計數(shù)Ta微粒的數(shù)量,并以(G)表示。使用單向ANOVA、Tukey的多重合作檢驗(ns:不顯著)進(jìn)行統(tǒng)計分析。h)將GEM和Ta-GEM混合在LB肉湯中并在37℃下培養(yǎng)7天的無菌試驗的圖解總結(jié);接種了大腸桿菌的LB肉湯用作陽性對照。在600 nm處測量每個等分試樣的光密度。結(jié)果是平均值±SEM(* * p < 0.01,* * * p < 0.0001n = 4)。 Ta-GEM栓塞豬髂動脈的療效:非存活模型 基于可視化、機(jī)械測試和共凝固測試的結(jié)果,我們研究了Ta-GEM栓塞劑的療效豬的動脈系統(tǒng)。實驗旨在評估Ta-GEM與彈簧圈在極度抗凝狀態(tài)下一級動脈栓塞中的性能。使用臨床工具和成像設(shè)備,使用導(dǎo)線和導(dǎo)管的組合將導(dǎo)管尖端輸送至遠(yuǎn)端腹主動脈。數(shù)字減影血管造影術(shù)(DSA)顯示了主動脈分成成對的髂外動脈和髂內(nèi)動脈的特征性分裂。在靜脈注射20-30000單位肝素以達(dá)到ACT >300 s后,插入一條髂動脈;隨后,通過5 French Bernstein導(dǎo)管或2.8 French微導(dǎo)管使用Ta-GEM對約G–7cm的髂動脈進(jìn)行栓塞(圖4;圖4A–D和電影《S1與S2 》(支持信息)展示了Ta-GEM在體內(nèi)和尸檢時的實時釋放。 非靶向栓塞一直是栓塞術(shù)中關(guān)注的問題程序。作為一種安全機(jī)制,我們評估了Ta- GEM在意外或偶然的非靶栓塞事件中是否可以回收。5例患者使用Ta-GEM栓塞髂動脈;長達(dá)3小時后,使用半影抽吸導(dǎo)管系統(tǒng)(一種用于中風(fēng)血栓切除術(shù)的常見裝置)成功取出全部Ta-GEM。這些結(jié)果表明Ta-GEM是可以回收的;也第一次表明,臨時栓塞可能是一種可能性,例如,在血管創(chuàng)傷患者中,可以回收Ta-GEM以恢復(fù)正常血流。 抗凝豬髂動脈GEM栓塞的評價。a–C)。顯示了Ta- GEM注入髂動脈期間的系列數(shù)字減影血管造影術(shù)(DSA)圖像(有關(guān)實時視頻,請參見電影《S1 》,支持信息)。這些圖像顯示了從導(dǎo)管尖端(箭頭)退出時的即時堵塞,而沒有遠(yuǎn)端碎裂。d)尸檢顯示含有Ta-GEM的髂動脈(箭頭)。e) DSA顯示線圈未能實現(xiàn)閉塞(黑色箭頭;造影劑流過動脈內(nèi)的線圈塊)。對側(cè)髂動脈的白色箭頭顯示動脈被GEM完全閉塞。f)髂動脈中的造影劑注射顯示造影劑流過線圈塊(黑色箭頭)并超出線圈塊(白色箭頭)。在(f)中將Ta-GEM輸送至線圈塊后,( G)中的DSA圖像顯示完全閉塞(黑色箭頭),無突破性血流(白色箭頭)。h )( G)的冠狀微CT圖像顯示Ta-GEM(箭頭)均勻地鑄造了髂內(nèi)動脈,沒有偽影;相反,線圈塊(箭頭)產(chǎn)生明顯的條紋偽影,限制了對動脈和鄰近分支的評估。I–K)代表髂內(nèi)動脈的圖像,最初用Ta-GEM栓塞,后來用半影抽吸導(dǎo)管取回(黑色箭頭)。k)動脈栓塞后3小時取出GEM ≈后恢復(fù)血流。 Ta-GEM栓塞豬髂動脈的療效:長期存活模型 我們研究了使用Ta-GEM栓塞豬髂動脈的長期結(jié)果,同時接受每日抗凝抗血小板治療。栓塞術(shù)后存活28天,對動物進(jìn)行對比增強(qiáng)CT血管造影(CTA ),然后實施安樂死。所有1G的動物在每個時間點都表現(xiàn)出持續(xù)的栓塞,在CTA成像中沒有非靶栓塞的證據(jù) 通過計算機(jī)斷層掃描和組織學(xué)評估豬髂內(nèi)動脈閉塞。A)分別用H&E、VG彈性蛋白、Masson三色和髓過氧化物酶(MPO)對栓塞后0、7、14或28天的一組顯微CT圖像及其相應(yīng)的組織學(xué)上的髂內(nèi)動脈橫截面進(jìn)行染色。在第0天,用GEM(箭頭)均勻閉塞動脈。隨后,發(fā)生同心纖維炎癥反應(yīng),導(dǎo)致寶石的生物降解。b)顯示了在每個時間點分割每個血管內(nèi)的GEM之后,外植豬髂內(nèi)動脈的重建高分辨率微CT掃描的3D冠狀渲染(箭頭指向GEM,動脈內(nèi)為黑色;結(jié)締組織被描繪為灰色)。隨著時間的推移,GEM逐漸生物降解,纖維化增加(灰色)。c)主動脈至髂動脈的重建線性描繪,顯示左髂內(nèi)動脈內(nèi)的Ta-GEM(箭頭)和未閉的右髂內(nèi)動脈(箭頭)。d)來自(B)中的微CT分割數(shù)據(jù)集的Ta-GEM隨時間的定量顯示為揭示動脈內(nèi)Ta-GEM進(jìn)行性減少的圖。使用ANOVA和Tukey的事后分析,數(shù)據(jù)是n = 4,* p < 0.0001,** p = 0.007的平均SEM。 Ta-GEM栓塞豬腎動脈的療效:評估再通的急性和長期存活模型 髂動脈栓塞證明Ta-GEM是穩(wěn)定的,可持續(xù)閉塞超過28天,由于栓塞的髂動脈遠(yuǎn)端的CT圖像顯示有對比增強(qiáng),所以不能肯定地排除栓塞的動脈段;這可能是由于跨盆腔側(cè)支血流繞過了栓塞段。為了評估隨著時間的推移Ta-GEM再通的可能性,對1G豬的主要腎動脈進(jìn)行栓塞。腎臟由終末器官動脈組成;主腎動脈的成功栓塞應(yīng)該導(dǎo)致腎的遠(yuǎn)端缺血和均勻萎縮。然而,Ta-GEM的任何再通都會導(dǎo)致血流的恢復(fù)和萎縮的減少或消失。此外,由于腎動脈是終末動脈,可使用Ta-GEM栓塞的最小血管也通過組織學(xué)確定和證實。 使用5號法國Cobra導(dǎo)管,對主要腎動脈進(jìn)行了導(dǎo)管插入術(shù),并通過DSA成像進(jìn)行了確認(rèn)(圖6A)。隨后,注射2–3毫升Ta-GEM,導(dǎo)致動脈和閉塞的即時鑄造(圖GB)。使用Cobra導(dǎo)管從主動脈進(jìn)行的DSA成像始終顯示腎動脈完全閉塞。就在尸檢之前,使用臨床CT掃描儀進(jìn)行成像(圖GC–E);這些結(jié)果表明,在28天的研究期間,栓塞的腎臟沒有血流,并出現(xiàn)進(jìn)行性萎縮。到第四周,栓塞的腎臟顯示出腎臟體積持續(xù)減少約4倍。而栓塞的腎動脈或任何遠(yuǎn)端動脈段沒有任何血流(圖GF–K);這些數(shù)據(jù),包括廣泛的CT圖像分析,表明不存在血管再通。 Ta-GEM栓塞豬腎動脈及其與明膠海綿的比較。a,B)使用Ta-GEM進(jìn)行腎動脈栓塞前后的熒光圖像;注射2–3毫升Ta-GEM后,完全沒有腎動脈血流流向腎臟(箭頭)。c)最大強(qiáng)度投影圖像顯示用Ta-GEM(箭頭)閉塞的左主腎動脈和節(jié)段性分支。d)軸位CT和E) 3D重建圖像顯示明顯萎縮的腎臟,腎動脈內(nèi)有Ta-GEM。f–I)分別在第0、1、2或4周使用Ta-GEM栓塞腎臟的代表性冠狀圖像。腎皮質(zhì)缺乏鉭寶石。j)顯示對側(cè)腎臟代償性肥大的尸體剖檢后4周栓塞腎臟的大體外觀的照片。k)腎動脈栓塞后總腎體積測量值的總結(jié)(***p < 0.001,***p < 0.0001,采用單向方差分析,每組n = 4)。使用明膠海綿栓塞腎動脈之前和之后的DSA圖像(黑色箭頭)。n)在栓塞后兩周,軸向CT圖像顯示盡管腎動脈栓塞成功,但栓塞的腎臟和動脈中的血流增強(qiáng)(黃色虛線輪廓)。隨著時間的推移,腎臟逐漸萎縮。數(shù)據(jù)以平均值SEM報告。 結(jié)論 在過去的幾十年里,經(jīng)導(dǎo)管栓塞術(shù)取得了巨大的發(fā)展。例如,大多數(shù)腦動脈瘤、非創(chuàng)傷性和一些創(chuàng)傷性出血以及消化道出血的治療已經(jīng)從開放式手術(shù)治療轉(zhuǎn)變?yōu)閺椈扇λㄈ委煛T谶@里,我們展示了一種用于GEM的新型組合物,由明膠、納米硅酸鹽和Ta微粒組成,具有剪切稀化特性,允許使用標(biāo)準(zhǔn)臨床導(dǎo)管輸送。Ta-GEM具有類似于線圈的血栓形成特性,可以滅菌,并且可以在超聲波、CT、MRI和X射線透視下可視化。它的置換壓力比收縮壓大很多倍,當(dāng)與線圈結(jié)合時,置換壓力超過1G00 mmHg。在豬體內(nèi),Ta-GEM可在輸送至一級動脈的過程中實時顯示,使用臨床導(dǎo)管實現(xiàn)即時栓塞,其部署速度比線圈快40倍,且Ta-GEM保持在原位,不會碎裂或移位。Ta-GEM的動脈閉塞是持久的,沒有任何再通的跡象;Ta-GEM在豬體內(nèi)的生物降解很快,四周后僅剩余25%。在豬腎中Ta-GEM不會到達(dá)靜脈循環(huán)。此外,Ta-GEM是安全的,在標(biāo)準(zhǔn)實驗室測試、細(xì)胞因子陣列分析和CT成像中沒有毒性證據(jù)。 |
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