Les innovations en matière d’ultrasons permettent une vaccination sans douleur et surveillent la dynamique musculaire en temps réel – Physics World

Les innovations en matière d’ultrasons permettent une vaccination sans douleur et surveillent la dynamique musculaire en temps réel – Physics World

Horodatage: 15 décembre 2023 8h00
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Concept de vaccination sans aiguille
Concept de vaccination sans aiguille Les impulsions ultrasonores provoquent une cavitation acoustique, générant des sursauts d’énergie qui tracent un chemin pour le vaccin à travers la peau. Cette approche peut être particulièrement utile pour administrer des vaccins à ADN. (Avec l'aimable autorisation de Darcy Dunn-Lawless)

Le Acoustique 2023 Sydney La conférence, co-organisée par l'Acoustical Society of America et l'Australian Acoustical Society, a réuni des acoustiques, des chercheurs, des musiciens et d'autres experts du monde entier pour partager les derniers développements dans le domaine. Plusieurs des études présentées décrivaient des applications innovantes de l'acoustique dans les soins de santé, notamment l'utilisation de la cavitation acoustique pour l'administration de vaccins sans aiguille et un transducteur à ultrasons portable qui suit la dynamique musculaire pendant la récupération après une blessure.

L'échographie permet une vaccination sans douleur

Darcy Dunn-Lawless de l'Université d'Oxford Institut de génie biomédical ont décrit l'utilisation des ultrasons pour l'administration de vaccins sans aiguille.

Dans le but de contourner la peur des aiguilles dont souffrent de nombreux adultes et beaucoup plus d'enfants, Dunn-Lawless et ses collègues exploitent un effet acoustique appelé cavitation, dans lequel une onde sonore provoque la formation et l'éclatement de bulles. Lorsque ces bulles s’effondrent, elles libèrent une explosion concentrée d’énergie mécanique.

L’idée est d’utiliser ces sursauts d’énergie de trois manières : pour dégager des passages à travers la couche externe de cellules mortes de la peau et laisser passer les molécules de vaccin ; forcer activement les molécules de vaccin à pénétrer dans l’organisme ; et pour ouvrir les membranes cellulaires à l’intérieur du corps. Pour améliorer l’activité de cavitation, les chercheurs ont utilisé des particules de taille nanométrique appelées noyaux de cavitation protéique (PCaN) – essentiellement des particules protéiques en forme de coupe – pour soutenir les bulles de gaz.

Lors de tests sur des souris, les chercheurs ont comparé la réponse immunitaire générée par la vaccination intradermique standard d'un vaccin à ADN par rapport à l'approche par cavitation. Pour l’administration par cavitation, ils ont mélangé des PCaN avec le vaccin à ADN dans une chambre placée sur la peau de l’animal et exposée aux ultrasons pendant deux minutes.

Ils ont constaté que l’injection conventionnelle délivrait plusieurs ordres de grandeur de molécules vaccinales en plus que l’approche par cavitation. "Cependant, c'est là que les choses deviennent intéressantes", a expliqué Dunn-Lawless en conférence de presse. "Lorsque vous regardez la réponse immunitaire générée par ces deux méthodes d'administration, la concentration d'anticorps, vous pouvez voir que le groupe par cavitation a reçu une réponse immunitaire significativement plus élevée, même s'il a reçu beaucoup moins de molécules de vaccin."

Il a noté qu’il s’agit d’un résultat particulièrement intéressant, d’abord parce qu’il confirme qu’il est possible de délivrer des vaccins de cette manière. Mais aussi parce qu’elle montre que la technique sans aiguille peut, en théorie, permettre à l’organisme d’obtenir une plus grande réponse immunitaire avec moins de vaccin, rendant ainsi la vaccination plus efficace.

Le mécanisme sous-jacent à cet effet n'est pas encore clair, mais Dunn-Lawless a suggéré que cela pourrait être dû à l'activité de cavitation ouvrant les membranes cellulaires et permettant aux molécules de pénétrer dans les cellules. En d’autres termes, même si moins de molécules pénètrent dans le corps, celles qui y parviennent arrivent au bon endroit. Cela pourrait être particulièrement favorable aux vaccins à ADN, qui sont actuellement difficiles à administrer car ils doivent pénétrer à l’intérieur de la cellule pour fonctionner.

Suivi de la récupération musculaire en temps réel

La guérison d’une blessure musculo-squelettique peut être un processus long et difficile. Il est donc important de suivre les progrès d’un patient au fur et à mesure qu’il suit une rééducation et reconstruit lentement sa force musculaire. Mais les mesures directes de la fonction musculaire pendant l’activité physique ne sont pas facilement disponibles et peu de technologies médicales peuvent être utilisées lorsque le patient est en mouvement, ce qui peut entraver le traitement et la rééducation.

Faire de l'exercice avec un moniteur à ultrasons portable
Évaluer la dynamique musculaire Un moniteur à ultrasons portable peut donner un aperçu des mouvements musculaires dynamiques lors d’activités comme le saut. Les images du bas montrent un retour échographique en temps réel pendant l'exercice. (Avec l'aimable autorisation de Parag Chitnis)

Une option est l’échographie, qui peut fournir des images non invasives des tissus sous la peau et révéler comment différents groupes musculaires bougent et se contractent au cours d’une activité physique dynamique. Cependant, les systèmes à ultrasons traditionnels sont volumineux et encombrants, nécessitent que le patient soit attaché à l'instrument et ne sont donc pas propices à l'imagerie en temps réel pendant l'activité.

So Parag Chitnis de l'Université George Mason et ses collègues ont décidé de construire leur propre appareil à ultrasons à partir de zéro. Ils ont conçu un système à ultrasons portable et compact qui se déplace avec le patient et produit des informations cliniquement pertinentes sur la fonction musculaire pendant l'activité physique.

Pour ce faire, les chercheurs ont développé une nouvelle technologie à ultrasons qui repose sur la transmission de gazouillis basse tension et de longue durée, par opposition aux séquences d'impulsions de très haute tension et de courte durée utilisées conventionnellement. Cela leur a permis d'utiliser des composants électroniques peu coûteux, comme ceux que l'on trouve dans un autoradio, pour concevoir un système à ultrasons portable plus simple qui pourrait être alimenté par des piles et fixé à un patient. Ils appellent la nouvelle approche SMART-US, ou évaluation musculo-squelettique simultanée avec échographie en temps réel.

L’équipe a testé l’approche sur un sujet effectuant des sauts à contre-mouvement (un exercice de routine pour évaluer la santé et le fonctionnement des membres inférieurs et des articulations du genou) sur une plateforme de force avec un transducteur à ultrasons fixé à sa jambe. L'appareil SMART-US a fourni un retour en temps réel sur le niveau d'activation et de fonction musculaire pendant les sauts, avec une corrélation significative entre les données de force et les mesures échographiques. Chitnis a ajouté que la technique peut également être utilisée pour examiner plusieurs muscles différents simultanément.

"Le biofeedback basé sur les ultrasons peut aider à personnaliser la thérapie et la rééducation pour améliorer les résultats du traitement", a-t-il expliqué lors d'une conférence de presse. « Les autres applications que nous envisageons pour notre technologie incluent le conditionnement physique personnel, l'entraînement sportif et la médecine du sport, la santé militaire, la rééducation après un accident vasculaire cérébral et l'évaluation du risque de chute chez les populations âgées. »

Le prochain objectif est le transfert de technologie, pour faire passer le dispositif par la FDA afin que l'équipe puisse réaliser des études cliniques de réadaptation. À l'avenir, Chitnis envisage que les cliniques pourraient acheter un système de base pour seulement quelques centaines de dollars.

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