Ultraheli uuendused võimaldavad valuvaba vaktsineerimist, jälgida lihaste dünaamikat reaalajas – Physics World

. Akustika 2023 Sydney Ameerika Akustilise Ühingu ja Austraalia Akustilise Ühingu kahasse korraldatud konverents tõi kokku akustikud, teadlased, muusikud ja teised eksperdid üle maailma, et jagada valdkonna uusimaid arenguid. Mitmed esitatud uuringud kirjeldasid akustika uuenduslikke rakendusi tervishoius, sealhulgas akustilise kavitatsiooni kasutamist nõelavaba vaktsiini manustamiseks ja kantavat ultraheliandurit, mis jälgib lihaste dünaamikat vigastusest taastumise ajal.

Ultraheli võimaldab valutut vaktsineerimist

Darcy Dunn-Lawless Oxfordi ülikoolist Biomeditsiinitehnika instituut kirjeldas ultraheli kasutamist vaktsiinide nõelavabaks manustamiseks.

Dunn-Lawless ja kolleegid kasutavad akustilist efekti, mida nimetatakse kavitatsiooniks, mille puhul helilaine põhjustab mullide moodustumist ja hüppamist, püüdes mööda hiilida nõelte hirmust, mida kannatavad paljud täiskasvanud ja palju rohkem lapsi. Kui need mullid kokku kukuvad, vabastavad nad kontsentreeritud mehaanilise energia puhangu.

Idee on kasutada neid energiapurskeid kolmel viisil: puhastada surnud naharakkude väliskihti läbivad käigud ja lasta vaktsiini molekulidel läbida; vaktsiinimolekule aktiivselt kehasse sundima; ja rakumembraanide avamiseks keha sees. Kavitatsiooni aktiivsuse suurendamiseks kasutasid teadlased gaasimullide toetamiseks nanomeetri suurusi osakesi, mida nimetatakse valgu kavitatsiooni tuumadeks (PCaN) - põhiliselt tassikujulised valguosakesed.

Hiirtega tehtud katsetes võrdlesid teadlased DNA vaktsiini standardse intradermaalse vaktsineerimisega tekitatud immuunvastust kavitatsioonimeetodiga. Kavitatsioonipõhiseks kohaletoimetamiseks segasid nad PCaN-id DNA vaktsiiniga kambris, mis asetati looma nahale ja eksponeeriti kahe minuti jooksul ultraheliga.

Nad leidsid, et tavaline süstimine andis mitu suurusjärku rohkem vaktsiinimolekule kui kavitatsioonimeetod. "Siiski lähevad asjad huvitavaks," selgitas Dunn-Lawless pressikonverentsil. "Kui vaatate mõlema manustamismeetodi tekitatud immuunvastust, antikehade kontsentratsiooni, näete, et kavitatsioonirühm sai oluliselt kõrgema immuunvastuse, kuigi nad said nii palju vähem vaktsiinimolekule."

Ta märkis, et see on eriti põnev tulemus, esiteks kinnitab, et nii on võimalik vaktsiine kohale toimetada. Aga ka sellepärast, et see näitab, et nõelavaba tehnika võib teoreetiliselt võimaldada organismil saavutada suurema immuunvastuse väiksema vaktsiiniga, muutes vaktsineerimise tõhusamaks.

Selle toime aluseks olev mehhanism pole veel selge, kuid Dunn-Lawless väitis, et see võib olla tingitud kavitatsiooni aktiivsusest, mis avab rakumembraane ja lubab molekulid rakkudesse. Ehk teisisõnu, kuigi kehasse satub vähem molekule, satuvad need, mis satuvad, õigesse kohta. See võib olla eriti soodne DNA vaktsiinide puhul, mida on praegu raske tarnida, kuna neil on vaja toimimiseks rakku siseneda.

Lihaste taastumise jälgimine reaalajas

Lihas-skeleti vigastusest taastumine võib olla pikk ja raske protsess. Seetõttu on oluline jälgida patsiendi arengut, kui ta läbib taastusravi ja taastab aeglaselt lihasjõudu. Kuid füüsilise tegevuse ajal ei ole lihaste funktsioonide otsesed mõõtmised kättesaadavad ja patsiendi liikumise ajal saab kasutada väheseid meditsiinitehnoloogiaid, mis võivad takistada ravi ja taastusravi.

Üks võimalus on ultraheli, mis võimaldab saada nahaalusest koest mitteinvasiivseid pilte ja paljastada, kuidas erinevad lihasrühmad liiguvad ja tõmbuvad kokku dünaamilise füüsilise tegevuse ajal. Traditsioonilised ultrahelisüsteemid on aga suured ja tülikad, nõuavad patsiendi sidumist instrumendiga ja seega ei soodusta need tegevuse ajal reaalajas pildistamist.

So Parag Chitnis George Masoni ülikoolist ja kolleegid otsustasid luua oma ultraheliseadme nullist. Nad kujundasid kompaktse kantava ultrahelisüsteemi, mis liigub koos patsiendiga ja toodab füüsilise tegevuse ajal kliiniliselt olulist teavet lihaste funktsioonide kohta.

Selleks töötasid teadlased välja uue ultrahelitehnoloogia, mis tugineb madala pingega pikaajaliste helisignaalide edastamisele – erinevalt tavapäraselt kasutatavatest väga kõrgepinge ja lühiajaliste impulsside järjestustest. See võimaldas neil kasutada odavaid elektroonikakomponente, nagu autoraadios leiduvaid komponente, et kujundada lihtsam kaasaskantav ultrahelisüsteem, mida saaks toita akudest ja ühendada patsiendi külge. Nad nimetavad uut lähenemist SMART-US-ks ehk samaaegseks luu- ja lihaskonna hindamiseks reaalajas ultraheliga.

Meeskond katsetas lähenemist katsealusel, kes sooritas vastuliigutustega hüppeid (rutiinne harjutus alajäsemete ja põlveliigeste tervise ja funktsiooni hindamiseks) jõuplaadil, mille jala külge oli kinnitatud ultraheliandur. SMART-US seade andis hüpete ajal reaalajas tagasisidet lihaste aktiveerimise ja funktsioonide taseme kohta, kusjuures jõuandmete ja ultrahelimõõtmiste vahel oli oluline seos. Chitnis lisas, et tehnikat saab kasutada ka mitme erineva lihase samaaegseks uurimiseks.

"Ultrahelipõhine biotagasiside võib aidata isikupärastada teraapiat ja taastusravi, et parandada ravitulemusi," selgitas ta pressikonverentsil. "Teised rakendused, mida oma tehnoloogia jaoks ette kujutame, hõlmavad isiklikku sobivust, sportlikku treeningut ja spordimeditsiini, sõjaväelist tervist, insuldi taastusravi ja eakate inimeste kukkumisohu hindamist."

Järgmine eesmärk on tehnosiire, et seade läbiks FDA loa, et meeskond saaks läbi viia taastusravi kliinilisi uuringuid. Edaspidi näeb Chitnis, et kliinikud saaksid osta algtaseme süsteemi vaid mõnesaja dollari eest.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/ultrasound-innovations-enable-pain-free-vaccination-monitor-muscle-dynamics-in-real-time/