« Nos travaux précédents ont examiné diverses techniques qui utilisent les ultrasons pour éliminer les caillots sanguins en utilisant ce qui sont essentiellement des ondes orientées vers l’avant », explique Xiaoning Jiang, co-auteur correspondant d’un article sur les travaux. « Notre nouveau travail utilise l’échographie vortex, où les ondes ultrasonores ont un front d’onde hélicoïdal.

« En d’autres termes, l’échographie tourbillonne à mesure qu’elle avance », explique Jiang, qui est professeur doyen F. Duncan de génie mécanique et aérospatial à l’Université d’État de Caroline du Nord. « Sur la base de nos tests in vitro, cette approche élimine les caillots sanguins plus rapidement que les techniques existantes, en grande partie à cause de la contrainte de cisaillement induite par l’onde vortex. »

« Le fait que notre nouvelle technique fonctionne rapidement est important, car les caillots CVST augmentent la pression sur les vaisseaux sanguins dans le cerveau », explique Chengzhi Shi, co-auteur correspondant des travaux et professeur adjoint de génie mécanique à Georgia Tech. « Cela augmente le risque d’hémorragie cérébrale, ce qui peut être catastrophique pour les patients.

« Les techniques existantes reposent en grande partie sur des interventions qui dissolvent le caillot sanguin. Mais c’est un processus qui prend du temps. Notre approche a le potentiel de traiter ces caillots plus rapidement, réduisant ainsi les risques pour les patients. »

CVST se produit lorsqu’un caillot sanguin se forme dans les veines responsables du drainage du sang du cerveau. Les taux d’incidence de CVST se situaient entre 2 et 3 pour 100 000 aux États-Unis en 2018 et 2019, et le taux d’incidence semble augmenter.

« Une autre raison pour laquelle notre travail ici est important est que les traitements actuels de la CVST échouent dans 20 à 40 % des cas », déclare Jiang.

Le nouvel outil se compose d’un seul transducteur spécialement conçu pour produire l’effet tourbillonnant et vortex. Le transducteur est suffisamment petit pour être incorporé dans un cathéter, qui est ensuite alimenté à travers le système circulatoire jusqu’au site du caillot sanguin.

Pour les tests in vitro de preuve de concept, les chercheurs ont utilisé du sang de vache dans un modèle imprimé en 3D du sinus veineux cérébral.

« Sur la base des données disponibles, les interventions pharmaceutiques pour dissoudre les caillots sanguins CVST prennent au moins 15 heures et en moyenne environ 29 heures », a déclaré Shi. « Au cours de tests in vitro, nous avons pu dissoudre un caillot sanguin aigu en moins d’une demi-heure. »

Lors de toute cathétérisation ou intervention chirurgicale, il existe un risque potentiel de préjudice, tel que l’endommagement du vaisseau sanguin lui-même. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont réalisé des expériences en appliquant des ultrasons vortex à des échantillons de veines de sang animal. Ces tests n’ont révélé aucun dommage aux parois des vaisseaux sanguins.

Les chercheurs ont également effectué des tests pour déterminer si l’échographie vortex a causé des dommages importants aux globules rouges. Ils ont constaté qu’il n’y avait pas de dommages importants aux globules rouges.

« La prochaine étape consiste pour nous à effectuer des tests à l’aide d’un modèle animal afin de mieux établir la viabilité de cette technique pour le traitement CVST », a déclaré Jiang. « Si ces tests réussissent, nous espérons poursuivre les essais cliniques. »

« Et si jamais l’échographie vortex devenait une application clinique, son coût serait probablement comparable à celui d’autres interventions utilisées pour traiter la CVST », déclare Shi.

Le travail a été effectué avec le soutien des National Institutes of Health dans le cadre des subventions R01HL141967, R41HL154735 et R21EB027304 ; et la National Science Foundation, sous le numéro de subvention CMMI-2142555.