Er zijn veel verschillende gebeurtenissen die kunnen leiden tot overmatige en ongecontroleerde bloedingen in het lichaam. Dit kan optreden als gevolg van ontstekingen en ulceraties, afwijkingen in de bloedvaten of traumagerelateerde verwondingen. Personen met predisponerende aandoeningen, zoals hartpatiënten, lopen een bijzonder risico op inwendige bloedingen vanwege de anticoagulantia die ze vaak preventief worden voorgeschreven. Ze zijn ook vatbaar voor gastro-intestinale bloedingen, treft 40% van de patiënten die harthulpsystemen gebruiken. Naast de noodzaak van een effectieve behandeling voor deze aandoeningen, er zijn ook aanwijzingen voor het regelen van de bloedstroom die bijdragen aan aneurysma's en tumorcelvascularisatie.

Een ideale behandelmethode zou de breuk in de aangetaste bloedvaten snel en effectief blokkeren om het bloeden te stoppen en de vaatwand te laten genezen. Dan zou het blokkerende materiaal uiteindelijk voldoende degraderen om het bloed weer normaal te laten stromen.

Huidige behandelingen omvatten zowel vaste als vloeibare materialen als blokkeringsmiddelen. Spoelen van gevlochten platina- of roestvrijstalen draden worden vaak gebruikt. Ze zijn er in verschillende lengtes, vormen en diktes en worden met een speciale katheter in bloedvaten geplaatst. Er zijn ook vloeistofblokkers die in de bloedvaten worden geïnjecteerd en na injectie stollen.

Maar er zijn veel moeilijkheden bij het gebruik van de huidige methoden. Omdat spoelen speciale katheters nodig hebben voor het inbrengen en gespecialiseerde apparatuur om ze los te maken en te plaatsen, de procedure is moeilijk en vereist intensieve training door de arts. Ook, er zijn momenten waarop meerdere spoelen moeten worden geplaatst om effectief te zijn, en er zijn andere momenten waarop de spoelen migreren of compact worden, herhalende procedures noodzakelijk maken. Vloeibare middelen lekken vaak tijdens injecties, resulterend in een onnauwkeurige plaatsing, toxische effecten op de omliggende weefsels en de noodzaak van aanvullende pogingen. Deze problemen verhogen het potentieel voor extra tijd en kosten.

In aanvulling, geen van deze methoden heeft de mogelijkheid om de procedures nauwkeurig te bekijken met conventionele CT, MRI, X-ray en fluoroscopische methoden. Succesvolle beeldvorming zou enorm helpen om de plaatsing te begeleiden en de bloedvatblokkade in de loop van de tijd te controleren.

Een eerdere studie van de auteurs heeft goedkope, gelatineuze materialen, hydrogels genaamd, in een poging een effectief materiaal te produceren voor het beheersen van bloedingen. Naast superieure biocompatibiliteit en instelbare elastische en mechanische eigenschappen, hydrogels vertonen ook pure verdunningsvermogens - het vermogen om te vervormen bij injectie en vervolgens snel zichzelf te herstellen en zichzelf te vormen om in de gewenste ruimte te passen; hierdoor kan de bevalling worden gedaan met behulp van standaardkatheters zonder gespecialiseerde apparatuur. Silicaat-nanoplaatjesschijven werden in de hydrogel gemengd om het stollingsvermogen van bloedplaatjescellen na te bootsen, en de resulterende composiet bleek zeer effectief te zijn bij het afdichten van beschadigde aderen.

Een samenwerkend team van klinische interventieradiologiespecialisten en bio-ingenieursonderzoekers heeft dit project een stap verder gebracht door beeldvormingsdeeltjes toe te voegen die zijn gemaakt van een mengsel van tantaalhydrogel. Tantaal, een zeer biocompatibel metaal, is aangetoond dat het veilig is voor gebruik in biomedische toepassingen en wordt uitgescheiden in de urine.

Het team bestaande uit wetenschappers van het Terasaki Institute en Mayo Clinic voerde verschillende tests uit om de optimale tantaaldeeltjesgrootte en -hoeveelheid te bepalen en hun effect op de mechanische eigenschappen van het hydrogelcomposiet. Ze hebben ook de optimale formulering voor de drie componenten van hun nieuwe composietgel vastgesteld. Hun experimenten stelden vast dat de tantaaldeeltjes goed verspreidden in de hydrogelcomposiet, had geen invloed op de mechanische eigenschappen en behield hun steriliteit in de tijd.

Een ander ambitieus doel van het project was om hun bloedingscontrole-experimenten op slagaders uit te voeren, iets dat nog niet eerder met hydrogels was gedaan. Deze inspanning bracht extra uitdagingen met zich mee, door de hogere bloedstroom en druk in de slagaders, hun grote variatie in grootte en hun potentiële kwetsbaarheid.

Na verschillende experimenten uitgevoerd op de arteriële vaten van levende anticoagulerende varkensmodellen, het team behaalde positieve resultaten met hun nieuwe met tantaal geregen composiethydrogel. Ze waren in staat om een ​​effectieve afdichting te creëren tegen bloedingen in de slagaders van de varkens, met een inzettijd die 40 keer sneller was dan bij coils. Het arteriële blok vertoonde ook stabiliteit en duurzaamheid, vier weken in positie blijven zonder migratie voordat ze op natuurlijke wijze worden afgebroken en worden vervangen door bindweefselherstel van het vat.

Vanwege de tantaalcomponent in de gel werden de arteriële procedures en monitoring van de diermodellen uitgevoerd met duidelijke, realtime visualisatie met behulp van CT, Röntgenfluoroscopie en echografie.

"De experimentele resultaten die werden waargenomen in onze met tantaal beladen gel tonen duidelijk de effectiviteit en veelzijdigheid aan", zei HanJun Kim, een lid van het team van het Terasaki Institute. "We waren in staat om onze doelen te bereiken om een ​​stabiel blok in een arterieel vat te visualiseren en nauwkeurig te plaatsen om ongecontroleerde intravasculaire bloeding snel te behandelen."

Het team voerde vervolgens aanvullende experimenten uit om de omkeerbaarheid van de arteriële plaatsing van de nieuwe hydrogel te testen en ontdekte dat hun gestolde arteriële plug gemakkelijk kon worden verwijderd met behulp van een aspiratiekatheter. Ze waren ook in staat om een ​​succesvolle arteriële blokkade te verkrijgen door hun hydrogelcomposiet aan te brengen op spiralen die in de bloedvaten waren geplaatst en die geen blokkade hadden bereikt of behouden.

Het gebruik van deze met tantaal beladen gel om bloedingen onder controle te houden, heeft vele unieke voordelen ten opzichte van de huidige methoden. Het is een veilige, makkelijk te gebruiken, en kosteneffectieve methode die optimale effectiviteit aantoont, precisie en veelzijdigheid voor een verscheidenheid aan potentiële medische toepassingen.

"De hier ontwikkelde behandelmethode is een enorme verbetering ten opzichte van de huidige methoden en heeft het potentieel om veel levens te beïnvloeden, " zei Ali Khademhosseini, doctoraat, directeur en CEO van het Terasaki Institute. "Het is een van de vele voorbeelden van het innovatieve en impactvolle werk dat we op ons instituut doen."