Un sistema in vitro per valutare l'efficacia trombolitica dell'istotripsia e di un farmaco lititico

La trombosi è la condizione di formazione di coaguli in un vaso sanguigno altrimenti sano che ostruisce la circolazione^1,2. Il tromboembolismo venoso ha un costo sanitario annuo di $ 7-10 miliardi, con 375.000-425.000 casi negli Stati Uniti³. L'embolia polmonare è l'ostruzione dell'arteria polmonare ed è la conseguenza più grave del tromboembolismo venoso. La fonte primaria di ostruzione polmonare sono i trombi venosi profondi, principalmente dai segmenti venosi ileofemorali^4,5,6. La trombosi venosa profonda (TVP) ha sequele intrinseche oltre alle ostruzioni polmonari, con complicanze a lungo termine che provocano dolore, gonfiore, ulcerazioni alle gambe e amputazioni degli arti^7,8,9. Per le ostruzioni critiche, i trombolitici diretti dal catetere (CDT) sono l'approccio di prima linea per la ricanalizzazione della nave¹⁰. L'esito della CDT dipende da una serie di fattori, tra cui l'età del trombo, la posizione, le dimensioni, la composizione, l'eziologia e la categoria di rischio del^{paziente 11.} Inoltre, la CDT è associata a danni vascolari, infezioni, complicanze emorragiche e lungo tempo di trattamento¹⁰. I dispositivi di nuova generazione mirano a combinare la trombectomia meccanica con i trombolitici^(cioèla trombectomia farmacocineccanica) 12^,13. L'uso di questi dispositivi abbassa il dosaggio litico portando a una riduzione delle complicanze emorragiche e riduce il tempo di trattamento^12,13,14 rispetto al CDT. Questi dispositivi conservano ancora problemi di effetti collaterali emorragici e rimozione incompleta di trombi cronici¹⁵. È quindi necessaria una strategia adiuvante in grado di rimuovere completamente il trombo con minori complicanze emorragici.

Un potenziale approccio è il trattamento trombolitico assistito da istotripsia, indicato come lysotripsy. L'istotripsia è una modalità di trattamento non invasiva che utilizza ultrasuoni focalizzati per nucleane nuvole di bolle nei tessuti¹⁶. L'attività della bolla è generata non tramite nuclei esogeni, ma dall'applicazione di impulsi ultrasonici con tensione sufficiente ad attivare nuclei intrinseci ai tessuti, tra cui il coagulo^17,18. L'oscillazione meccanica della nube di bolle conferisce tensione al coagulo, disintegrando la struttura in detriti acellulari¹⁹. L'attività della bolla istotripsia fornisce un'efficace degradazione dei coaguli di sangue retratti e non rintracciati sia in vivo che in vitro^20,21,22. Studi precedenti hanno^{dimostrato 23,24} che la combinazione di istotripsia e attivatore del plasminogeno di tipo tissutale ricombinante lititico (rt-PA) aumenta significativamente l'efficacia del trattamento rispetto alla sola lititica o all'istotripsia da sola. Si ipotizza che due meccanismi primari associati all'attività della bolla istotripsia siano responsabili della migliore efficacia del trattamento: 1) aumento della fibrinolisi a causa di una maggiore consegna litica e 2) emolisi dei globuli rossi all'interno del coagulo. La maggior parte della massa del coagulo è composta da globuli rossi²⁴e, pertanto, il monitoraggio della degradazione degli eritrociti è un buon surrogato per l'ablazione del campione. Altri elementi coaguli formati sono anche probabilmente disintegrati sotto l'attività della bolla istotripsia, ma non sono considerati in questo protocollo.

Qui, viene delineato un approccio da banco per trattare la TVP in vitro con lisitripsia. Il protocollo descrive i parametri operativi critici della fonte di istotripsia, la valutazione dell'efficacia del trattamento e la guida all'immagine. Il protocollo include la progettazione di un canale di flusso per imitare un segmento venoso iliofemorale e la produzione di coaguli di sangue intero umano. La procedura sperimentale delinea il posizionamento della sorgente di istotripsia e dell'array di imaging per ottenere l'esposizione istotripsia lungo il coagulo posto nel canale di flusso. Vengono definiti i parametri di insonazione rilevanti per ottenere l'interruzione del coagulo e ridurre al minimo l'attività della bolla fuori bersaglio. L'uso dell'imaging a ultrasuoni per la guida e la valutazione dell'attività delle bolle è illustrato²⁴. Le metriche per quantificare l'efficacia del trattamento come la perdita di massa del coagulo, il D-dimero (fibrinolisi) e l'emoglobina (emolisi) sono delineate^{23,24,25,26,27.} Nel complesso, lo studio fornisce un mezzo efficace per eseguire e valutare l'efficacia della lysotripsy per il trattamento della TVP.

Per i risultati qui presentati, il sangue umano venoso è stato prelevato per formare coaguli dopo l'approvazione da parte del comitato di revisione interno locale (IRB #19-1300) e il consenso informato scritto fornito da donatori volontari²⁴. Questa sezione delinea un protocollo di progettazione per valutare l'efficacia della lisitripsia. Il protocollo si basa su un precedente lavoro di Bollen et al.²⁴.

1. Modellazione del coagulo

NOTA: Preparare i coaguli entro 2 settimane ma più di 3 giorni prima del giorno dell'esperimento per garantire la stabilità del coagulo e massimizzare la retrazione²⁸. Preparare il coagulo dopo l'approvazione da parte del comitato di revisione istituzionale locale.

1. Preparare la pipetta Pasteur al borosilicato per la conservazione del sangue (vedere Tabella dei materiali per le specifiche della pipetta). I tubi borosilicati sono utilizzati a causa della natura idrofila del materiale che promuove l'attivazione piastrinica e la retrazione del coagulo²⁹. Sigillare la punta della pipetta riscaldando un bruciatore Bunsen.
2. Prelevare sangue venoso umano fresco. Aliquotare il sangue totale prelevato con incrementi di 2 ml per coagulo desiderato. Trasferire ogni aliquota da 2 ml in una pipetta Pasteur.
   NOTA: Eseguire il passaggio 1.2 entro circa 3 minuti dal prelievo di sangue in modo che il sangue non si coaguli prima del trasferimento alle pipette. Inoltre, assicurarsi che il donatore volontario non stia utilizzando farmaci che possano alterare la cascata di coagulazione (ad esempio fluidificanti del sangue o inibitori piastrinici).
3. Incubare le aliquote di sangue all'interno delle pipette (pari al numero di coaguli necessari) a bagnomaria per 3 ore a 37 °C.
4. Conservare le pipette per un minimo di 3 giorni a 4 °C per consentire la retrazione dei coaguli²⁸. Mentre i coaguli si ritraggono, si osserverà che il siero si accumula nella parte superiore del coagulo all'interno della pipetta. La risposta rt-PA dei coaguli rimane stabile per 2 settimane dopo la retrazione²⁸.

2. Preparazione del serbatoio dell'acqua

1. Riempire il serbatoio dell'acqua con acqua ad osmosi inversa. Rivestire la superficie inferiore del serbatoio con un materiale acustico assorbente per ridurre la riflessione della terapia o l'imaging degli impulsi a ultrasuoni. Utilizzare un sistema di gestione dell'acqua per degassare e filtrare l'acqua per ridurre al minimo i nuclei di bolle.
   NOTA: un modo per filtrare l'acqua è utilizzare un filtro in linea. Le specifiche del sacchetto utilizzato per generare i risultati rappresentativi sono riportate nella Tabella dei materiali.
2. Posizionare due elementi riscaldanti sulla superficie inferiore del serbatoio. Riscaldare l'acqua a 37,3 °C per ottenere la massima attività enzimatica³⁰.
3. Impostare un canale di flusso come illustrato nella Figura 1A. Il canale di flusso è costituito da tubi, un recipiente modello con materiale e proprietà geometriche rappresentative di una vena iliofemorale, un serbatoio per il plasma e una siringa sull'estremità distale più del serbatoio (Tabella dei materiali). La siringa è collegata a una pompa per regolare un flusso attraverso il canale durante l'esperimento.
4. Immergere manualmente il canale di flusso nel serbatoio dell'acqua per portare il canale alla temperatura fisiologica durante la fase di degasaggio/filtraggio/riscaldamento (passaggi 2.1 e 2.2).

3. Preparazione della miscela di plasma e rt-PA

1. Prima del giorno dell'esperimento
   NOTA: Se conservato a -80 °C, il plasma è stabile per almeno 2,5 anni³¹ e rt-PA è stabile per almeno 7 anni³². Pertanto, eseguire il passaggio 3.1 in qualsiasi momento entro questi periodi per garantire la stabilità dei due componenti.
   1. Diluire l'rt-PA ottenuto da un produttore in polvere a 1 mg/mL in acqua sterile.
   2. Aliquota 100 μL di rt-PA diluito in tubi centrifughi da 0,5 mL e conservarli a -80 °C.
   3. Aliquota 35 mL di plasma umano di tipo O congelato fresco in tubi da centrifuga da 50 mL. Conservare i tubi a -80 °C.
2. Il giorno dell'esperimento
   1. Recuperare le aliquote di plasma dal congelatore. Recupera tante aliquote quante sono le quantità di coaguli da testare quel giorno. Immergere le aliquote congelate a bagnomaria a 37 °C per scongelare (~10 min).
   2. Una volta che il plasma si è scongelato, versarlo in un becher che viene risciacquato triplicamente con acqua ultrapura. Coprire leggermente la bocca del becher con un foglio di alluminio per evitare la contaminazione e posizionare il becher a bagnomaria. Lasciare che la lamina sia abbastanza sciolta da consentire all'aria di contattare il plasma.
   3. Lasciare che il plasma si equilibra a 37 °C alla pressione atmosferica per almeno 2 ore.
   4. Esere le fiale di rt-PA congelate e metterle sul ghiaccio fino a quando non è necessario, con una fiala per ogni esperimento.
   5. Produrre acarosio a bassa gelificazione (2%) in un matraccio da 50 ml, sciogliendo l'agarose in acqua ultrapura. Scegliere la quantità totale di soluzione di agarose in modo tale che siano disponibili circa 2 ml per ciascun campione da analizzare. Riscaldare la soluzione in un matraccio in un microonde fino a quando non è frizzante. Fissare il pallone con un coperchio a vite impermeabile su di esso. Immergere il pallone a bagnomaria accanto al plasma.
      NOTA: questo passaggio garantisce che l'agarose sia disponibile per proteggere i segmenti di coagulo esposti per l'analisi istologica dopo l'insonazione dell'istotripsia.

4. Impostazione della sorgente di istotripsia e dell'array di imaging

1. Assicurarsi che i posizionatori motorizzati possano essere controllati dall'ambiente di runtime di una piattaforma di programmazione, utilizzando le indicazioni e i comandi forniti dal produttore. Verificare che i motori del sistema siano collegati alla porta appropriata del computer con l'ambiente di runtime.
2. Montare la sorgente di istotripsia sul sistema di posizionamento motorizzato come mostrato nella Figura 1B.
3. Collegare la sorgente di istotripsia alla sua elettronica di guida (ad esempio, amplificatore di potenza e generatore di funzioni) tramite i connettori appropriati (ad esempio, cavi BNC) come specificato dal produttore.
   NOTA: assicurarsi che l'elettronica di guida della sorgente di istotripsia possa essere controllata tramite l'ambiente di runtime utilizzato nel passaggio 4.1.
4. Coprire l'array di imaging con un coperchio della sonda e apporre l'array coassialmente nell'apertura della sorgente di istotripsia come mostrato nella Figura 2. Assicurarsi di comprendere l'orientamento del piano di imaging rispetto all'orientamento della sorgente di istotripsia.
5. Collegare l'array di imaging a un sistema di scansione ad ultrasuoni. Assicurarsi che questo sistema sia in grado di controllare il funzionamento e l'attivazione dell'array di imaging e raccogliere dati di imaging, secondo i comandi forniti dal produttore dello scanner.
6. Immergere la sorgente di istotripsia/array di imaging nel serbatoio durante il degassamento come mostrato nella Figura 1A. Rimuovere delicatamente eventuali bolle d'aria utilizzando una siringa dalla superficie della sorgente di istotripsia o dell'array di imaging.
   NOTA: immergere completamente la sorgente di istotripsia e l'array di imaging in acqua prima dell'operazione. Evitare di toccare la superficie della sorgente di istotripsia.
7. Acquisisci immagini in modalità B a una velocità di 20 fotogrammi al secondo utilizzando l'array di immagini e i comandi incorporati dello scanner. Regolare la finestra di imaging per garantire la visualizzazione della messa a fuoco della sorgente di istotripsia in queste immagini in tempo reale.
   NOTA: Si presume che le dimensioni della regione focale della fonte terapeutica siano note.
8. Impostare i parametri operativi della sorgente istotripsia, tra cui la frequenza fondamentale (ad esempio, 1,5 MHz), la frequenza di ripetizione dell'impulso (ad esempio, 20-100 Hz), la durata dell'impulso (ad esempio, 1-20 cicli per impulso) e il numero totale di impulsi per posizione (ad esempio, 100-2.000)^18,23,24,33. Modificare questi parametri se non si ottiene una sufficiente lisi del coagulo o se l'attività della bolla si estende oltre il lume del recipiente modello. Per impostare questi parametri, utilizzare il protocollo fornito dal produttore dell'origine o utilizzare una piattaforma di programmazione in grado di comunicare con l'origine (passaggio 4.3).
9. Utilizzando il protocollo del produttore o la piattaforma di programmazione utilizzata nel passaggio 4.8, eseguire la sorgente di istotripsia ai parametri impostati solo in acqua degassata, senza alcuna ostruzione nell'ambiente circostante. Aumentare la tensione applicata alla sorgente di istotripsia fino a formare una nuvola di bolle.
10. Utilizzando l'imaging in tempo reale del passaggio 4.7, regolare la posizione dell'array di immagini all'interno dell'apertura del trasduttore confocale fino a quando la nuvola di bolle non si trova approssimativamente al centro della finestra dell'immagine. La nube a bolle è la regione dei pixel iperecoici nel piano di imaging (Figura 3). Stringere le viti per tenere saldamente l'array di immagini nell'apertura del trasduttore.
    NOTA: se l'array è allineato correttamente, la posizione azimutale della nube a bolle deve essere approssimativamente a 0 mm nel piano di imaging. L'array di imaging può proiettare leggermente dalla superficie interna della sorgente di terapia, e quindi la posizione dell'intervallo della nube di bolle può differire dalla lunghezza focale della sorgente.
11. Identificare la posizione della nuvola di bolle nel piano di imaging. Assegnare il focus della sorgente di istotripsia come centro della nube a bolle (Figura 3).
12. Registrare la posizione focale rilevata (passaggio 4.11) nella finestra di imaging (Figura 3). Un modo possibile per contrassegnare la posizione focale è posizionare un cursore per annotare la posizione nella finestra di imaging, se disponibile con la piattaforma di imaging.
13. Interrompere l'insonazione e impostare la tensione applicata alla sorgente di istotripsia su 0 V.

5. Preparazione del coagulo

1. Rimuovere il coagulo dalla pipetta tagliando l'estremità sigillata con una pinza. Lasciare che il coagulo scivoli in una capsula di Petri insieme al siero. Se il coagulo non si sposta, applicare delicatamente una pressione dall'altra estremità della pipetta tramite filo salino per rimuovere il coagulo.
2. Tagliare il coagulo a 1 cm di lunghezza usando un bisturi, mirando a un pezzo uniforme dal centro (cioè lontano da sezioni del coagulo formate nella parte superiore o inferiore della pipetta).
3. Utilizzare una salvietta detergente per asciugare delicatamente la sezione tagliata del coagulo per rimuovere il liquido in eccesso.
4. Utilizzando una pinzetta, posizionare delicatamente la sezione del coagulo su una bilancia e registrare il peso.
5. Sollevare manualmente il canale di flusso fuori dal serbatoio dell'acqua e rimuovere il recipiente modello dal canale di flusso.
6. Posizionare il coagulo nel recipiente modello usando una pinzetta e collegare nuovamente il recipiente modello al canale di flusso.
   NOTA: un'asta di nylon può essere posizionata all'interno del recipiente modello per evitare che il coagulo si muova a valle a causa del flusso.
7. Abbassare il canale di flusso nel serbatoio in modo tale che l'estremità prossimale dello stadio rispetto al serbatoio sia bassa rispetto al lato distale. L'inclinazione dello stadio in questo modo impedisce l'intrappolamento di bolle nel recipiente modello quando il plasma viene aspirato attraverso il canale di flusso nel passaggio 6.1.
8. Aggiungere 30 ml di plasma al serbatoio utilizzando una pipetta e monitorare la temperatura fino a raggiungere almeno 36 °C.
9. Utilizzare una pipetta per erogare l'rt-PA (80,4 μg in 30 ml di plasma, 2,68 μg/mL) nel serbatoio di plasma. Mescolare il plasma con la pipetta per garantire una distribuzione uniforme di rt-PA all'interno del serbatoio.

6. Adescamento del canale di flusso

1. Aspirare il plasma nel canale di flusso dal serbatoio tramite la pompa della siringa fino a quando il plasma non riempie il recipiente modello.
   NOTA: se il coagulo non è a filo con l'asta di nylon, utilizzare brevi tiranti della pompa a 60 ml/min per cercare di forzare il plasma a valle del coagulo o aspirare manualmente attraverso la siringa. Limitare la quantità di plasma aspirato in questo processo o riempire il serbatoio utilizzando plasma/rt-PA aggiuntivo per garantire 30 ml di soluzione nel canale di flusso.
2. Utilizzando i posizionatori motorizzati, allineare l'array di imaging parallelamente alla lunghezza del coagulo utilizzando lo script di imaging (passaggio 4.7). L'allineamento parallelo consente all'utente di garantire visivamente il corretto posizionamento del coagulo e l'assenza di bolle all'interno del recipiente modello.
3. Livellare il recipiente modello manualmente e visivamente per assicurarsi che non siano presenti bolle d'aria utilizzando la finestra di imaging (passaggio 4.7).

7. Procedura dell'esperimento

1. Pre-trattamento
   NOTA: questo passaggio consiste nel pianificare un percorso per la sorgente di istotripsia/array di imaging per un'esposizione uniforme all'istotripsia lungo la lunghezza del coagulo.
   1. Allineare l'array di imaging utilizzando i posizionatori motorizzati in modo tale che il piano di imaging sia parallelo alla sezione trasversale del coagulo (cioè perpendicolare all'orientamento descritto nel passaggio 6.2).
   2. Sotto guida tramite la finestra di imaging (passaggio 4.7), spostare la sorgente di istotripsia all'estremità prossimale del coagulo rispetto al serbatoio utilizzando i posizionatori motorizzati. A questo punto, regolare la posizione della sorgente di istotripsia in modo tale che il punto focale contrassegnato nel passaggio 4.12 si allinei con il centro del coagulo.
   3. Determinare il percorso di insonazione lungo la lunghezza del coagulo. Per definire questo percorso, impostare tre waypoint lungo la lunghezza del coagulo (cioè le posizioni dei motori in cui l'attività della bolla istotripsia è contenuta all'interno del coagulo) con incrementi di 5 mm. Allineare i waypoint in modo tale che il moto complessivo della sorgente istotripsia lungo il percorso sia anantegrado con il flusso nel sistema (cioè, il primo waypoint è all'estremità più prossimale del coagulo rispetto al serbatoio, e il terzo waypoint è in posizione distale rispetto al serbatoio).
   4. Prima di finalizzare ogni waypoint, il test del fuoco pulsa dalla sorgente istotripsia con gli stessi parametri di insonazione del passaggio 4.8, ma riduce l'esposizione complessiva a 10 impulsi totali. Regolare la posizione della sorgente di istotripsia utilizzando i posizionatori motorizzati, se necessario, per contenere l'attività della bolla all'interno del coagulo.
   5. In ogni waypoint, salvare le posizioni del motore utilizzando i comandi forniti dal produttore, in modo simile al passaggio 4.1.
2. Trattamento
   NOTA: Questa fase definisce la procedura per trattare il coagulo lungo la sua lunghezza in base al percorso definito nella fase di pre-trattamento.
   1. Aegua la pompa della siringa a 0,65 ml/min e attendi che il menisco del plasma si muova. Questa portata imita un'occlusione quasi totale della vascolarizzazione iliofemorale^24,34.
   2. Interpolare il percorso creato nel passaggio 7.1.3 con passaggi intermedi tra i waypoint stabiliti con una dimensione del passo fissa (ad esempio, 0,5 mm). La dimensione del passo viene scelta per essere inferiore alla metà della larghezza della regione focale misurata lungo la lunghezza del coagulo (direzione di elevazione dell'array di imaging). Spostare la sorgente di istotripsia utilizzando posizionatori motorizzati in ogni posizione del percorso con i parametri di insonazione definiti nel passaggio 4.8.
   3. Monitorare l'attività della bolla/immagine durante l'applicazione dell'impulso istotripsia in ogni posizione del percorso utilizzando la finestra di imaging (passaggio 4.7). Centra l'immagine sulla messa a fuoco dell'istotripsia con le dimensioni dell'immagine che coprono 15 mm nell'azimut e nell'intervallo. Prima dell'applicazione dell'impulso istotripsia in ogni posizione, acquisire un'immagine in modalità B per fornire la visualizzazione del coagulo e del vaso modello, creando uno script in una piattaforma di programmazione. Assicurarsi che lo script stabilisca la comunicazione con lo scanner utilizzando i comandi del produttore.
   4. Durante l'applicazione dell'impulso istotripsia, implementare l'acquisizione delle emissioni acustiche nello script al punto 7.2.3 per formare immagini di cavitazione passiva post hoc^35. Acquisire un'immagine di cavitazione passiva dopo ogni 10 impulsi di trattamento. Applicare una compensazione del guadagno temporale piatto di 50 a 8 profondità incrementali fino alla fine della profondità di imaging. Scegli una dimensione della finestra di acquisizione appropriata in modo tale che l'intero segnale dal coagulo venga catturato con una perdita minima di energia dovuta alla finestra³⁵.
   5. Se sono presenti nuvole di bolle fuori bersaglio, regolare la posizione del trasduttore in situ con i posizionatori motorizzati.
      NOTA: monitorare i trigger mancati dell'array di immagini. Regolare il numero di set di dati di imaging acquisiti per garantire che l'archiviazione dei dati sia completata prima del successivo attivazione.

8. Procedura post-esperimento

1. Sollevare manualmente il recipiente modello dal serbatoio dell'acqua per drenare il perfusato per gravità. Assicurarsi di mantenere il canale di flusso livellato per evitare che il coagulo si muova a valle e fuori dal recipiente modello durante il drenaggio.
2. Raccogliere l'intero perfusato per ulteriori analisi in un piccolo becher (Figura 4A) disegnando la soluzione di plasma dal canale di flusso attraverso la pompa della siringa a una portata molto bassa.
3. Scollegare il recipiente modello e rimuovere il coagulo. Se necessario, iniettare una piccola quantità di soluzione salina nel recipiente modello per rimuovere delicatamente il coagulo.
4. Pulire il coagulo in modo simile al passaggio 1.2.3. Pesare il coagulo sulla bilancia per valutare la perdita di massa del coagulo.
5. Per analizzare il contenuto di D-dimero, aggiungere 100 mg di acido aminocaproico a un tubo di microcentrifuga seguito da 1 mL di perfusato e mescolare bene usando una pipetta. Eseguire un test immuno-turbidimetrico del lattice per quantificare il D-dimero all'interno del campione³⁶.
6. Per valutare l'emolisi, aggiungere 1 mL di perfusato ai tubi della centrifuga e ruotare a 610 x g (3.500 giri/min) per 10 minuti. Combinare 0,5 mL di surnatante (concentrato) con 0,5 mL di soluzione di Drabkins e lasciare riposare la miscela a temperatura ambiente per 15 minuti. Trasferire 200 μL alle piastre del pozzo, come mostrato nella Figura 4B. Utilizzare un lettore di piastre per leggere l'assorbanza a 540 nm, Figura 4C (saggio Drabkins³⁷).
7. Valutazione istologica
   1. Tagliare una sezione dal centro del coagulo di circa 2-3 mm di lunghezza con un bisturi.
   2. Aggiungere la sezione a una cassetta. Mantenere l'orientamento della sezione rispetto alla direzione della propagazione dell'impulso istotripsia.
   3. Aggiungere 2 mL di soluzione di agarose a bassa gelificazione preparata al punto 3.2.5 nella cassetta per fissare il coagulo in posizione.
   4. Fissare il campione in formalina al 10% per 24 ore. Posizionare il campione in alcool al 70% dopo 24 ore ed eseguire la colorazione standard di emotoxilina-eosina³⁸.

9. Analisi delle immagini di cavitazione passiva

1. Elaborare i segnali acquisiti dall'array di imaging durante l'eccitazione istotripsia (fase 7.2.4) utilizzando un algoritmo basato sul robusto capon beamformer³⁹ per creare un'immagine delle emissioni acustiche generate dalla nube di bolle in ogni luogo di trattamento.
   NOTA: Per generare immagini quantitative, seguire i passaggi descritti in Haworth et al.³⁵. In caso contrario, ogni valore di pixel nell'immagine dovrebbe rappresentare l'energia acustica relativa della nuvola di bolle (unità di V²) in ogni posizione corrispondente.
2. Segmentare l'immagine in modalità B acquistata nei passaggi 7.2.3 per distinguere tra i pixel che rappresentano il coagulo e il recipiente modello.
3. Co-registrare l'immagine di cavitazione passiva con l'immagine in modalità B come mostrato nella Figura 5B. Sommare l'energia acustica all'interno del coagulo durante il periodo di esposizione³⁵.

Il protocollo delineato in questo studio evidenzia i dettagli della modellazione del coagulo venoso, della lisotripsia per l'interruzione del coagulo e dell'imaging ecografico in una configurazione in vitro della TVP. La procedura adottata dimostra i passaggi necessari per valutare l'interruzione del coagulo dovuta agli effetti combinati dell'attività della nube a bolle di rt-PA e istotripsia. La configurazione da banco è stata progettata per imitare le caratteristiche di una vena iliofemorale venosa. La Figura 1A mostra un vaso modello che ha le proprietà acustiche, meccaniche e geometriche della vena iliofemorale. Il coagulo viene posto all'interno del vaso modello per imitare un trombo parzialmente occlusivo. Il coagulo viene perfuso con plasma e rt-PA prelevati da un serbatoio ad una velocità di 0,65 ml / min. Questa velocità è coerente con la portata lenta in un recipiente altamente occluso34.

Un trasduttore ellitticamente focalizzato di frequenza fondamentale di 1,5 MHz con un asse maggiore di 9 cm, un asse minore di 7 cm e una lunghezza focale di 6 cm(Figura 2A)è montato sul sistema di posizionamento come indicato nella Figura 1B. Un array di imaging coperto con gel ad ultrasuoni e una copertura in lattice (Figure 2B, C) è montato coassialmente con il trasduttore come mostrato nella Figura 1A tramite un'apertura al centro della sorgente di istotripsia. I posizionatori motorizzati sono stati utilizzati per tradurre il trasduttore di terapia/ array di imaging lungo la lunghezza del coagulo all'interno del vaso modello (Figura 1). Dopo l'applicazione di una tensione sufficiente alla sorgente di istotripsia, viene generata una nube di bolle nella regione focale del trasduttore e visualizzata tramite imaging ad ultrasuoni, come mostrato nella Figura 3. La posizione focale è definita come il centro della nube a bolle utilizzando il piano di imaging (passi 4.10-4.11).

La Figura 4A mostra i perfusati raccolti per due diverse condizioni di trattamento. Il becher etichettato come controllo contiene perfusato di un coagulo esposto al solo plasma. Il secondo becher etichettato come trattato contiene il perfusato del coagulo trattato con lisitripsia. I perfusati raccolti vengono utilizzati per valutare il contenuto di emoglobina (metrica di emolisi) e D-dimero (metrica della fibrinolisi) attraverso saggi come specificato nel protocollo. La differenza di colore dei perfusati denota variabilità nella concentrazione di emoglobina, che può essere quantificata tramite assorbanza ottica. La relazione tra valore di assorbanza e concentrazione di emoglobina può essere determinata attraverso una curva di calibrazione. Le soluzioni con contenuto noto di emoglobina compreso tra 0 (misurazione in bianco) e 180 mg/mL vengono poste nella piastra del pozzo e l'assorbanza viene determinata in triplice copia utilizzando il lettore di piastre (Figura 4B,C). Il limite superiore di assorbanza del lettore di piastre può variare e potrebbe non essere noto a priori per realizzare le soluzioni nella piastra del pozzo. Pertanto, le concentrazioni di emoglobina fino a 180 mg / mL sono prodotte nella piastra del pozzo, Figura 4B. Tuttavia, il lettore di piastre utilizzato qui può leggere l'assorbanza solo per concentrazioni fino a 23 mg / mL, Figura 4C.

La Figura 5A mostra la visualizzazione del coagulo all'interno del vaso modello tramite imaging in modalità B prima dell'esposizione all'istotripsia come specificato nel passaggio 7.2.3. Questa immagine viene acquisita per determinare la posizione del coagulo per la segmentazione dell'immagine di cavitazione passiva. La Figura 5B mostra l'immagine di cavitazione passiva co-registrata con l'immagine in modalità B acquisita prima dell'esposizione all'istotripsia. Questa cifra conferma che l'energia acustica è contenuta principalmente all'interno del coagulo durante l'esposizione all'istotripsia.

La tipica interruzione del coagulo dovuta a istotripsia e lititica è indicata nella Figura 6. La Figura 6A,B mostra rispettivamente le immagini del coagulo non trattate e trattate con lysotripsia. Per i campioni esposti all'istotripsia, l'interruzione è principalmente limitata al centro del coagulo, in linea con le posizioni osservate dell'attività della bolla tracciate con l'imaging della cavitazione passiva (Figura 5B). Tuttavia, con l'aggiunta di lytic, la perdita di massa si verifica anche in regioni più vicine alla periferia del coagulo. Si ipotizza che questa ulteriore perdita di massa sia dovuta a una maggiore miscelazione fluida della fluidità della lirica sotto l'attività della bolla. La miscelazione del fluido aumenta la distribuzione e la profondità di penetrazione del litico nel coagulo. Poiché il litico è responsabile della fibrinolisi40, la perdita di massa aumenta. La fibrinolisi può essere quantificata misurando il contenuto di D-dimero nel perfusato41.

Figura 1: Configurazione sperimentale per la litotripsia del coagulo di sangue umano. (A) I componenti dell'impianto sono (1) sorgente di istotripsia focalizzata con geometria ellittica, (2) array di immagini rivestito in lattice, (3) vaso modello collegato al canale di flusso, (4) canale di flusso, (5) serbatoio, (6) materiale assorbente acustico, (7) elemento riscaldante e (8) serbatoio d'acqua riempito con acqua di osmosi inversa degassata e riscaldata. La dimensione azimutale del piano di imaging è perpendicolare alle dimensioni elevazionale e di intervallo (nella pagina). (B) La sorgente di istotripsia montata sul sistema di posizionamento motorizzato. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Sorgente di ultrasuoni e componenti di imaging. Singole immagini ingrandite di(A)sorgente di istotripsia focalizzata,(B)array di imaging e(C)array di imaging con gel ad ultrasuoni e copertura in lattice. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Nuvola di bolle di istotripsia visualizzata utilizzando l'array di immagini. Una nuvola di bolle viene generata nella zona focale della sorgente di istotripsia e ripresa utilizzando un array di immagini. Il focus designato, mostrato come una croce, viene salvato per la pianificazione del trattamento. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Quantificazione dell'emoglobina rilasciata a causa della lisi del coagulo. (A) Campioni di perfusato raccolti a seguito di studio di controllo con plasma da solo (senza istotripsia o litica) e braccio di trattamento, istotripsia (ad esempio, pressione negativa di picco di 35 MPa, durata dell'impulso a 5 cicli, frequenza fondamentale di 1,5 MHz) ed esposizione litica a 2,68 μg/mL. (B) Piastra contenente diluizioni di concentrazioni note di emoglobina comprese tra 180 mg/mL (fila superiore, angolo più a sinistra) a 0 mg/mL (riga inferiore, angolo più a destra). La punta della freccia punta verso la diminuzione della concentrazione di emoglobina. (C) Questi campioni vengono utilizzati per creare una curva standard per quantificare l'emoglobina prodotta a causa dell'esposizione all'istotripsia tramite spettrofotometria. La curva di assorbanza per concentrazioni di emoglobina comprese tra 0 e 23 mg/mL si ottiene a causa della limitazione del lettore di piastre nell'analisi di concentrazioni più elevate. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Immagini del coagulo durante il trattamento. ( A )Immaginein modalità B acquisita prima dell'iniziodel trattamento che mostra la posizione del coagulo all'interno del recipiente modello. (B) Visualizzazione post-hoc dell'emissione di energia acustica calcolata dall'imaging a cavitazione passiva mostrato in hot colormap co-registrato con l'immagine in modalità B del coagulo acquisito prima dell'applicazione dell'impulso istotripsia. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: Istologia del coagulo ablato in diverse condizioni di trattamento. (A) Coagulo di controllo senza trattamento. (B) Coagulo trattato con lisitripsia (ad esempio, pressione negativa di picco di 35 MPa, durata dell'impulso a ciclo singolo, frequenza fondamentale di 1,5 MHz). L'impulso istotripsia si è propagato dall'alto verso il basso in questa immagine. Il percorso per la sorgente di istotripsia lungo la lunghezza del coagulo (cioè perpendicolare al piano dell'immagine mostrata qui) è definito al passo 7.2.3. La scala delle micrografie è di 2 mm. Si noti che il grado di interruzione del coagulo raggiunto qui sarebbe ridotto rispetto agli schemi di insonazione con una durata dell'impulso piùlunga 24. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Gli autori non hanno nulla da rivelare.