Las innovaciones en ultrasonido permiten una vacunación sin dolor y monitorean la dinámica muscular en tiempo real – Physics World

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Marca de tiempo: 15 de diciembre de 2023 8:00 a.m.
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Concepto de vacunación sin agujas
Concepto de vacunación sin agujas Los pulsos de ultrasonido provocan cavitación acústica, generando ráfagas de energía que abren un camino para la vacuna a través de la piel. El enfoque puede ser particularmente útil para administrar vacunas de ADN. (Cortesía: Darcy Dunn-Lawless)

La Acústica 2023 Sídney La conferencia, organizada conjuntamente por la Acoustical Society of America y la Australian Acoustical Society, reunió a acústicos, investigadores, músicos y otros expertos de todo el mundo para compartir los últimos avances en este campo. Varios de los estudios presentados describieron aplicaciones innovadoras de la acústica en la atención sanitaria, incluido el uso de cavitación acústica para la administración de vacunas sin agujas y un transductor de ultrasonido portátil que rastrea la dinámica muscular durante la recuperación de una lesión.

La ecografía permite una vacunación indolora

Darcy Dunn-Lawless de la Universidad de Oxford Instituto de Ingeniería Biomédica describieron el uso de ultrasonido para la administración de vacunas sin agujas.

Con el objetivo de sortear el miedo a las agujas que sufren muchos adultos y muchos más niños, Dunn-Lawless y sus colegas están explotando un efecto acústico llamado cavitación, en el que una onda sonora provoca la formación y el estallido de burbujas. Cuando estas burbujas colapsan, liberan una explosión concentrada de energía mecánica.

La idea es utilizar estas ráfagas de energía de tres maneras: para despejar pasajes a través de la capa externa de células muertas de la piel y permitir el paso de las moléculas de la vacuna; forzar activamente la entrada de moléculas de vacuna en el cuerpo; y abrir las membranas celulares dentro del cuerpo. Para mejorar la actividad de cavitación, los investigadores emplearon partículas de tamaño nanométrico llamadas núcleos de cavitación proteica (PCaN), esencialmente partículas proteicas en forma de copa, para sostener las burbujas de gas.

En pruebas en ratones, los investigadores compararon la respuesta inmune generada por la vacunación intradérmica estándar de una vacuna de ADN versus el enfoque de cavitación. Para la administración basada en cavitación, mezclaron PCaN con la vacuna de ADN en una cámara colocada sobre la piel del animal y expuesta a ultrasonido durante dos minutos.

Descubrieron que la inyección convencional liberaba varios órdenes de magnitud más moléculas de vacuna que el método de cavitación. "Sin embargo, aquí es donde las cosas se ponen interesantes", explicó Dunn-Lawless en una conferencia de prensa. "Cuando se observa la respuesta inmune generada por ambos métodos de administración, la concentración de anticuerpos, se puede ver que el grupo de cavitación recibió una respuesta inmune significativamente mayor, a pesar de que recibieron muchas menos moléculas de vacuna".

Señaló que se trata de un resultado particularmente interesante, en primer lugar porque confirma que es posible administrar vacunas de esta manera. Pero también porque demuestra que la técnica sin agujas puede, en teoría, permitir al cuerpo lograr una mayor respuesta inmune con menos vacuna, haciendo que la vacunación sea más eficiente.

El mecanismo subyacente a este efecto aún no está claro, pero Dunn-Lawless sugirió que puede deberse a la actividad de cavitación que abre las membranas celulares y permite que las moléculas entren en las células. O en otras palabras, aunque entran menos moléculas al cuerpo, las que lo hacen, llegan al lugar correcto. Esto podría ser particularmente favorable para las vacunas de ADN, que actualmente son difíciles de administrar porque necesitan ingresar a la célula para funcionar.

Seguimiento de la recuperación muscular en tiempo real

La recuperación de una lesión musculoesquelética puede ser un proceso largo y difícil. Por lo tanto, es importante realizar un seguimiento del progreso del paciente a medida que se somete a rehabilitación y recupera lentamente la fuerza muscular. Pero no es fácil disponer de medidas directas de la función muscular durante la actividad física y pocas tecnologías médicas pueden utilizarse mientras el paciente está en movimiento, lo que puede dificultar el tratamiento y la rehabilitación.

Hacer ejercicio con un monitor de ultrasonido portátil
Evaluación de la dinámica muscular. Un monitor de ultrasonido portátil puede proporcionar información sobre el movimiento dinámico de los músculos durante actividades como saltar. Las imágenes inferiores muestran retroalimentación ultrasónica en tiempo real durante el ejercicio. (Cortesía: Parag Chitnis)

Una opción es la ecografía, que puede proporcionar imágenes no invasivas del tejido debajo de la piel y revelar cómo se mueven y contraen diferentes grupos de músculos durante la actividad física dinámica. Sin embargo, los sistemas de ultrasonido tradicionales son grandes y engorrosos, requieren que el paciente esté atado al instrumento y, por lo tanto, no permiten obtener imágenes en tiempo real durante la actividad.

So Parag Chitnis de la Universidad George Mason y sus colegas decidieron construir su propio dispositivo de ultrasonido desde cero. Diseñaron un sistema de ultrasonido portátil compacto que se mueve con el paciente y produce información clínicamente relevante sobre la función muscular durante la actividad física.

Para ello, los investigadores desarrollaron una nueva tecnología de ultrasonido que se basa en la transmisión de chirridos de bajo voltaje y larga duración, a diferencia de las secuencias de pulsos de muy alto voltaje y corta duración utilizadas convencionalmente. Esto les permitió emplear componentes electrónicos de bajo costo, como los que se encuentran en la radio de un automóvil, para diseñar un sistema de ultrasonido portátil más simple que podría funcionar con baterías y conectarse a un paciente. Llaman al nuevo enfoque SMART-US, o evaluación musculoesquelética simultánea con ultrasonido en tiempo real.

El equipo probó el enfoque en un sujeto que realizaba saltos de contramovimiento (un ejercicio de rutina para evaluar la salud y la función de las extremidades inferiores y las articulaciones de la rodilla) en una placa de fuerza con un transductor de ultrasonido conectado a su pierna. El dispositivo SMART-US proporcionó información en tiempo real sobre el nivel de activación y función muscular durante los saltos, observándose una correlación significativa entre los datos de fuerza y ​​las mediciones de ultrasonido. Chitnis añadió que la técnica también se puede utilizar para examinar varios músculos diferentes simultáneamente.

"La biorretroalimentación basada en ultrasonido puede ayudar a personalizar la terapia y la rehabilitación para mejorar los resultados del tratamiento", explicó en una conferencia de prensa. "Otras aplicaciones que imaginamos para nuestra tecnología incluyen el fitness personal, el entrenamiento atlético y la medicina deportiva, la salud militar, la rehabilitación de accidentes cerebrovasculares y la evaluación del riesgo de caídas en poblaciones de edad avanzada".

El próximo objetivo es la transferencia de tecnología, para que el dispositivo obtenga la aprobación de la FDA para que el equipo pueda realizar estudios clínicos para la rehabilitación. En el futuro, Chitnis prevé que las clínicas podrían comprar un sistema de nivel básico por sólo unos pocos cientos de dólares.

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