Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Search form

Terapia de Ultrasonido Deshace Coágulos de Sangre

Friday, April 30, 2010

Ultrasound Doppler shows that blood flow in a pig blood vessel is blocked by a clot.

Ultrasound Doppler shows that blood flow in a pig blood vessel is blocked by a clot.

This image shows blood flow restored after a 5-minute histotripsy treatment.

This image shows blood flow restored after a 5-minute histotripsy treatment.

En el año 2003, David Bloom, corresponsal de NBC, abordó un avión y viajó hasta Irak para reportar sobre la guerra. Después de pasar varios días en el espacio reducido de un tanque, Bloom empezó a sufrir dolor detrás de sus rodillas. Por lo demás sano a sus 39 años, Bloom desestimó aquel malestar. Sin embargo, a los pocos días, su esposa recibió una llamada de que Bloom había muerto – no a causa de un dispositivo explosivo o un cañonazo, sino de una trombosis venosa profunda (TVP), una condición en la que se formaron coágulos de sangre en la parte inferior de sus piernas y viajaron hasta sus pulmones.

A pesar de que es más probable que la TVP ocurra en personas mayores de 60 años, puede atacar a cualquiera. Para algunos, un viaje prolongado en avión es suficiente para ocasionar TVP. Permanecer sentado sin moverse por periodos prolongados puede ocasionar que la sangre se acumule en la parte inferior de las piernas. Para otros, el trauma venoso por cirugía, la inflamación, o la enfermedad pueden ocasionar coágulos de sangre. Tan sólo cerca de la mitad de los 2 millones de individuos que cada año sufren esta condición tienen síntomas. Cada año, cerca de 600.000 personas son hospitalizadas, y aproximadamente 300.000 americanos en los Estados Unidos mueren a causa de una embolia pulmonar relacionada con TVP.

Actualmente, los clínicos cuentan con dos opciones para tratar la TVP. La primera involucra terapia de medicamentos para adelgazar la sangre y así reducir el coágulo. La segunda opción es remover el coágulo de manera invasiva utilizando un tubo de plástico llamado catéter. Ambos enfoques conllevan un alto riesgo de sangrado, y los procedimientos invasivos, como la intervención de catéter, pueden también dañar la pared de los vasos sanguíneos y causar infección.

Sin embargo, puede ser que muy pronto exista una tercera opción. Investigadores de la Universidad de Michigan han desarrollado una técnica no-invasiva que puede deshacer los coágulos en venas profundas, sin los riesgos asociados con la terapia de medicamentos o la terapia invasiva de catéter. Dicha técnica, conocida como histotripsy, se desarrolló inicialmente para la erosión no-invasiva y controlada de tejido, pero últimamente se ha adaptado para su uso en la destrucción no-invasiva de coágulos.

Investigadores de la Universidad de Michigan desarrollaron la técnica histotripsy para lograr el fraccionamiento mecánico de tejidos mediante el uso de varias pulsaciones cortas de ultrasonido de alta intensidad. El procedimiento de la histotripsy es guiado y monitoreado por imágenes de ultrasonido en tiempo real, y existe investigación en marcha para su uso en cirugía no-invasiva y altamente controlada en órganos profundos. El equipo de investigación que desarrolló esta técnica incluyó a los doctores Charles Cain, Brian Fowlkes, Timothy Hall, Will Roberts, y Zhen Xu.

El enfoque de la histotripsy se ha extendido más recientemente para su uso en la destrucción de coágulos (trombólisis) por el equipo de Adam Maxwell, Charles Cain, Hitinder Gurm, y Zhen Xu en la Universidad de Michigan. En el 2008, el equipo dirigido por la Doctora Xu fue premiado con una beca del NIBIB titulada “Trombólisis Ultrasónica No-Invasiva Guiada por Imágenes Utilizando Histotripsy” (“Image Guided Non-Invasive Ultrasonic Thrombolysis Using Histotripsy”). Este proyecto está investigando los aspectos trombolíticos de la histotripsy para el tratamiento no-invasivo de la trombosis venosa profunda (TVP).

Los tratamientos actuales para la TVP requieren una estancia de hospital de 2 a 3 días, pero el Doctor Hitinder Gurm, cardiólogo intervencionista, y colaborador de los doctores Zhen Xu y Adam Maxwell, declara que la histotripsy es 50 veces más rápida que cualquier otra cosa ahora disponible. Si esta adaptación de la técnica histotripsy cumple con todos los pasos de seguridad necesarios, Gurm espera que el procedimiento se pueda utilizar como tratamiento ambulatorio.

 

Mordisqueando Microburbujas

Similar en enfoque a la lithotripsy, un método de ultrasonido no-invasivo utilizado para deshacer piedras renales, la histotripsy depende de ondas sonoras pulsadas para fragmentar coágulos de sangre. La energía emitida por una sonda o transductor de ultrasonido localizada por afuera y arriba del coágulo ocasiona microburbujas (compuestas de pequeños núcleos de gas presentes en la sangre) que se forman dentro del vaso sanguíneo. A través de un proceso llamado cavitación, los pulsos de energía hacen que las microburbujas se expandan, se contraigan, y se colapsen. El ciclo repetido de pulsos cortos y de alta presión crea una nube milimétrica de microburbujas que destruye el coágulo mecánicamente. “La nube es como un Pac-Man mordisqueando el coágulo”, dice Xu, refiriéndose al famoso video juego de los ochentas. Se demora entre 2 a 5 minutos en disolver un coágulo suave de una pulgada de largo.

En el sistema de histotripsy, un transductor de imágenes se alinea muy de cerca al transductor de terapia generador de la nube. Esto permite a los investigadores poder ver la actividad de la nube de microburbujas al momento de ocurrir. “Podemos ver en tiempo real cuando la nube es generada, si está funcionando, y si ha sido efectiva en deshacer el coágulo”, dice Xu. También usan imágenes Doppler a color para evaluar las mejorías en el torrente sanguíneo durante el proceso.

Un aspecto único de la histotripsy es su influencia en el proceso de cavitación, el cual previamente se consideró incontrolable. Xu y Maxwell logran esta precisión utilizando monitoreo de cavitación en tiempo real y secuenciación apropiada de pulso por ultrasonido. Las presiones usadas para crear cavitación son al menos 10 veces mayores que las presiones usadas en ultrasonido de diagnóstico y comparables con la presión usada en lithotripsy. “La idea es generar la nube de burbujas, fraccionar una porción del coágulo, y generar las semillas de la siguiente nube. Toda la actividad se termina antes de que llegue el siguiente pulso”, explica Xu.

Observe un video de imágenes de ultrasonido que muestra un coágulo en la vena femoral de un cerdo siendo tratado por histotripsy(http://www.bme.umich.edu/labs/xulab/research/index.php#anchor1External link, opens in new window). Pulsos de ultrasonido porhistotripsy fueron generados desde un transductor colocado afuera de la piel. Una nube de burbujas (brillante y centelleante) fue creada en el coágulo adentro de la vena y escaneada a lo largo del coágulo. El video de 43 segundos está acelerado 10 veces.

 

Creando una Red de Seguridad Ultrasónica

Una preocupación potencial con la extirpación de coágulos es que los fragmentos pueden viajar más allá del sitio del coágulo y crear una situación de vida o muerte al bloquear una arteria primordial como la arteria pulmonar en el pulmón. En tratamientos convencionales, los médicos insertan a veces un filtro mecánico dentro del vaso para atrapar material de coágulo errante. Pero cuando Xu y sus colegas desarrollaron la técnica histotripsy, descubrieron un nuevo fenómeno que podría eliminar la necesidad de filtros. “La nube de burbujas de cavitación induce un flujo de fluido en el vaso similar a un vórtice”, dice ella. Al crear una segunda nube de microburbujas a una distancia corta del coágulo, podrían atrapar y disolver por completo cualquier fragmento de coágulo errante.

A pesar de que esta técnica de trampa de émbolo no-invasiva (NET por sus siglas en inglés –noninvasive emboli trap) sólo se ha probado in vitro, Xu espera que pueda tener muchas aplicaciones clínicas. “Si logramos que la técnica NET funcione in vivo, abrirá la puerta a nuevas aplicaciones tales como atrapar coágulos durante operaciones cardiovasculares”, dice ella.

 

Destrucción de Coágulos Maduros

A pesar de que los estudios iniciales de Xu y Maxwell han involucrado coágulos suaves formados en tubos plásticos y modelos porcinos, ahora están investigando la habilidad de la histotripsy para fragmentar coágulos más firmes y maduros. La estructura de coágulos más viejos es similar a la del vaso. “En estos casos, es difícil diferenciar entre el coágulo y la pared del vaso [debido a que el coágulo ha crecido dentro de la pared del vaso]”, dice Xu. En esta situación, el objetivo de lahistotripsy es crear un canal a través del cual pueda fluir la sangre en vez de tratar de fragmentar todo el coágulo. En estudios animales preliminares, la histotripsy ciertamente creó un canal de flujo pero requirió de tiempos de tratamiento más largos.

 

Hacia Aplicaciones Clínicas

El trabajo a futuro se enfocará en cuatro componentes. El primero involucra investigar la ciencia básica detrás de la interacción entre microburbujas y células; entender los mecanismos físicos responsables de estas interacciones ayudará a optimizar la tecnología. El segundo componente determinará la seguridad y eficacia de la técnica histotripsy. Una tercera área explorará qué mecanismos actúan con el fenómeno NET, incluyendo los patrones de flujo de fluidos. La última área involucra ingeniería y desarrollo de software para preparar el sistema para uso clínico. Xu denota que la meta es automatizar la técnica histotripsy de manera que los médicos puedan sentarse frente a una consola; localizar el coágulo con imágenes de ultrasonido; fijar el coágulo mediante un punto inicial, medio, y final; presionar un botón; y dejar que el sistema escanee el vaso sanguíneo bloqueado. El trabajo se enfocará también en integrar los transductores de terapia e imágenes y reducir su tamaño. Los investigadores examinarán también las maneras de transmitir la energía de ultrasonido sin sumergir bajo el agua el transductor de terapia.

“Nosotros combinamos lo mejor de dos mundos: la no-invasividad de la terapia de medicamentos y la localización de procedimientos de catéter, pero sin las complicaciones asociadas con esos dos enfoques”, dice Xu. “Si somos exitosos en la creación de un sistema clínico, el tratamiento de TVP podría convertirse en un procedimiento de oficina. A la larga, podremos también abrir la puerta para tratar otras condiciones causadas por coágulos de sangre”.

Este trabajo está apoyado en parte por el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas.

 

Referencias

"DVT at-a-glance." PreventDVT.org: The Coalition to Prevent Deep Vein Thrombosis. Available athttp://www.preventdvt.org/docs/pdf/DVTAtAGlance.PDF.

Maxwell AD, Cain CA, Duryea AP, Yuan L, Gurm HS, Xu Z. Noninvasive thrombolysis using pulsed ultrasound cavitation therapy—histotripsy. Ultrasound Med Biol. 2009;35(12):1982-94.