Ultraääninnovaatiot mahdollistavat kivuttoman rokotuksen, tarkkailevat lihasdynamiikkaa reaaliajassa – Physics World

- Akustiikka 2023 Sydney Acoustical Society of America:n ja Australian Acoustical Societyn isännöimä konferenssi kokosi yhteen akustikot, tutkijat, muusikot ja muut asiantuntijat ympäri maailmaa jakamaan alan viimeisimmät kehityssuunnat. Useat esitellyistä tutkimuksista kuvasivat akustiikan innovatiivisia sovelluksia terveydenhuollossa, mukaan lukien akustisen kavitaation käyttö neulattomaan rokotteen antoon sekä puettava ultraäänianturi, joka seuraa lihasdynamiikkaa vamman toipumisen aikana.

Ultraääni mahdollistaa kivuttoman rokotuksen

Darcy Dunn-Lawless Oxfordin yliopistosta Biolääketieteen tekniikan instituutti kuvaili ultraäänen käyttöä rokotteiden neulattomaan toimitukseen.

Dunn-Lawless ja kollegat käyttävät kavitaatioksi kutsuttua akustista vaikutusta, jossa ääniaalto aiheuttaa kuplien muodostumista ja poksahtelua. Kun nämä kuplat romahtavat, ne vapauttavat keskittyneen mekaanisen energian.

Ajatuksena on käyttää näitä energiapurskeita kolmella tavalla: puhdistaa kuolleiden ihosolujen ulkokerroksen läpi kulkevat käytävät ja päästää rokotemolekyylit läpi; pakottaa aktiivisesti rokotemolekyylejä kehoon; ja avata solukalvoja kehon sisällä. Kavitaatioaktiivisuuden tehostamiseksi tutkijat käyttivät nanometrin kokoisia hiukkasia, joita kutsutaan proteiinikavitaatioytimiksi (PCaN) - olennaisesti kupin muotoisiksi proteiinihiukkasiksi - tukemaan kaasukuplia.

Hiirillä tehdyissä testeissä tutkijat vertasivat DNA-rokotteen tavanomaisen intradermaalisen rokotuksen synnyttämää immuunivastetta kavitaatiomenetelmään. Kavitaatioon perustuvaa toimitusta varten he sekoittivat PCaN-soluja DNA-rokotteen kanssa kammiossa, joka asetettiin eläimen iholle ja altistettiin ultraäänelle kahden minuutin ajan.

He havaitsivat, että perinteinen injektio antoi useita suuruusluokkaa enemmän rokotemolekyylejä kuin kavitaatiomenetelmä. "Täällä asiat ovat kuitenkin mielenkiintoisia", Dunn-Lawless selitti lehdistötilaisuudessa. "Kun tarkastellaan molempien annostelumenetelmien tuottamaa immuunivastetta, vasta-ainepitoisuutta, voit nähdä, että kavitaatioryhmä sai merkittävästi korkeamman immuunivasteen, vaikka he saivatkin niin paljon vähemmän rokotemolekyylejä."

Hän huomautti, että tämä on erityisen jännittävä tulos, koska se vahvistaa ensinnäkin, että rokotteita on mahdollista toimittaa tällä tavalla. Mutta myös siksi, että se osoittaa, että neulaton tekniikka voi teoriassa antaa keholle mahdollisuuden saavuttaa suuremman immuunivasteen vähemmällä rokotteella, mikä tekee rokottamisesta tehokkaampaa.

Tämän vaikutuksen taustalla oleva mekanismi ei ole vielä selvä, mutta Dunn-Lawless ehdotti, että se voi johtua kavitaatioaktiivisuudesta, joka avaa solukalvoja ja päästää molekyylit soluihin. Tai toisin sanoen, vaikka vähemmän molekyylejä pääsee kehoon, ne, jotka pääsevät, pääsevät oikeaan paikkaan. Tämä voi olla erityisen edullista DNA-rokotteille, joita on tällä hetkellä vaikea antaa, koska niiden on päästävä solun sisään toimiakseen.

Lihasten palautumisen seuranta reaaliajassa

Toipuminen tuki- ja liikuntaelinvammoista voi olla pitkä ja vaikea prosessi. Siksi on tärkeää seurata potilaan edistymistä, kun hän käy läpi kuntoutuksen ja rakentaa hitaasti lihasvoimaa. Mutta suoria mittareita lihasten toiminnasta fyysisen toiminnan aikana ei ole helposti saatavilla, ja vain vähän lääketieteellisiä tekniikoita voidaan käyttää potilaan liikkuessa, mikä voi haitata hoitoa ja kuntoutusta.

Yksi vaihtoehto on ultraääni, joka voi tuottaa ei-invasiivisia kuvia ihon alla olevasta kudoksesta ja paljastaa, kuinka eri lihasryhmät liikkuvat ja supistuvat dynaamisen fyysisen toiminnan aikana. Perinteiset ultraäänijärjestelmät ovat kuitenkin suuria ja hankalia, vaativat potilaan kytkemisen instrumenttiin, eivätkä ne siten edistä reaaliaikaista kuvantamista toiminnan aikana.

So Parag Chitnis George Mason -yliopistosta ja kollegat päättivät rakentaa oman ultraäänilaitteensa tyhjästä. He suunnittelivat kompaktin kannettavan ultraäänijärjestelmän, joka liikkuu potilaan mukana ja tuottaa kliinisesti merkityksellistä tietoa lihasten toiminnasta fyysisen toiminnan aikana.

Tätä varten tutkijat kehittivät uutta ultraäänitekniikkaa, joka perustuu matalajännitteisten, pitkäkestoisten sirkutuksen lähetykseen – toisin kuin perinteisesti käytetyt erittäin korkeajännitteiset, lyhytkestoiset pulssisekvenssit. Tämä antoi heille mahdollisuuden käyttää edullisia elektronisia komponentteja, kuten autoradiosta löytyviä komponentteja, suunnitellakseen yksinkertaisemman, kannettavan ultraäänijärjestelmän, joka voisi toimia paristoilla ja liittää potilaaseen. He kutsuvat uutta lähestymistapaa SMART-US:ksi tai samanaikaiseksi tuki- ja liikuntaelinten arvioimiseksi reaaliaikaisella ultraäänellä.

Ryhmä testasi lähestymistapaa koehenkilöllä, joka suoritti vastaliikehyppyjä (rutiiniharjoitus alaraajojen ja polvinivelten terveyden ja toiminnan arvioimiseksi) voimalevyllä, jonka jalkaan oli kiinnitetty ultraäänianturi. SMART-US-laite antoi reaaliaikaista palautetta lihasten aktivaatiotasosta ja toiminnasta hyppyjen aikana, ja voimatietojen ja ultraäänimittausten välillä havaittiin merkittävä korrelaatio. Chitnis lisäsi, että tekniikkaa voidaan käyttää myös useiden eri lihasten tutkimiseen samanaikaisesti.

"Ultraäänipohjainen biofeedback voi auttaa yksilöimään terapiaa ja kuntoutusta parantamaan hoitotuloksia", hän selitti lehdistötilaisuudessa. "Muita sovelluksia, joita kuvittelemme teknologiallemme, ovat henkilökohtainen kunto, urheiluharjoittelu ja urheilulääketiede, sotilasterveys, aivohalvauskuntoutus ja kaatumisriskin arviointi vanhuksilla."

Seuraava tavoite on teknologian siirto, jotta laite saa FDA:n hyväksynnän, jotta tiimi voi suorittaa kliinisiä tutkimuksia kuntoutusta varten. Jatkossa Chitnis arvioi, että klinikat voisivat ostaa perustason järjestelmän vain muutamalla sadalla dollarilla.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/ultrasound-innovations-enable-pain-free-vaccination-monitor-muscle-dynamics-in-real-time/