Az ultrahangos innovációk fájdalommentes oltást tesznek lehetővé, valós időben figyelik az izomdinamikát – Fizika világa

A Akusztika 2023 Sydney konferencia, amelynek közös házigazdája az Amerikai Akusztikai Társaság és az Ausztrál Akusztikai Társaság akusztikusok, kutatók, zenészek és más szakértők jöttek össze a világ minden tájáról, hogy megosszák a terület legújabb fejleményeit. A bemutatott tanulmányok közül több az akusztika innovatív alkalmazásait ismertette az egészségügyben, ideértve az akusztikus kavitáció használatát a tű nélküli vakcina bejuttatásához, valamint egy viselhető ultrahang transzducert, amely nyomon követi az izomdinamikát a sérülésből való felépülés során.

Az ultrahang fájdalommentes oltást tesz lehetővé

Darcy Dunn-Lawless az Oxfordi Egyetemről Orvosbiológiai Mérnöki Intézet ismertette az ultrahang használatát a vakcinák tű nélküli bejuttatására.

Dunn-Lawless és munkatársai a sok felnőtt és még sok gyerek által elszenvedett tűtől való félelem megkerülésére törekszenek, és a kavitációnak nevezett akusztikus hatást használják ki, amelyben egy hanghullám okozza a buborékok képződését és felpattanását. Amikor ezek a buborékok összeomlanak, koncentrált mechanikai energiát bocsátanak ki.

Az ötlet az, hogy ezeket az energiakitöréseket háromféleképpen használjuk fel: az elhalt bőrsejtek külső rétegén áthaladó járatok megtisztítására és a vakcinamolekulák átjutására; az oltóanyag molekulák aktív kényszerítésére a szervezetbe; és a sejtmembránok megnyitására a testen belül. A kavitációs aktivitás fokozása érdekében a kutatók nanométer méretű részecskéket, úgynevezett protein kavitációs magokat (PCaN) – lényegében csésze alakú fehérjerészecskéket – alkalmaztak a gázbuborékok támogatására.

Az egereken végzett tesztek során a kutatók összehasonlították a DNS-vakcina standard intradermális vakcinációja által generált immunválaszt a kavitációs megközelítéssel. A kavitációs alapú bejuttatáshoz PCaN-eket kevertek a DNS-vakcinával egy kamrában, amelyet az állat bőrére helyeztek, és két percig ultrahanggal kezelték.

Azt találták, hogy a hagyományos injekció több nagyságrenddel több oltóanyag-molekulát juttat be, mint a kavitációs megközelítés. "A dolgok azonban itt válnak érdekessé" - magyarázta Dunn-Lawless egy sajtótájékoztatón. "Ha megnézi a mindkét bejuttatási módszer által generált immunválaszt, az antitestkoncentrációt, láthatja, hogy a kavitációs csoport szignifikánsan magasabb immunválaszt kapott, annak ellenére, hogy sokkal kevesebb vakcina molekulát kapott."

Megjegyezte, hogy ez különösen izgalmas eredmény, egyrészt megerősíti, hogy ilyen módon is lehet vakcinákat beadni. Hanem azért is, mert azt mutatja, hogy a tű nélküli technika elméletileg lehetővé teheti a szervezet számára, hogy kevesebb vakcinával nagyobb immunválaszt érjen el, ami hatékonyabbá teszi az oltást.

A hatás mögött meghúzódó mechanizmus még nem tisztázott, de Dunn-Lawless felvetette, hogy ennek oka lehet a sejtmembránokat megnyitó kavitációs tevékenység, és molekulák bejutása a sejtekbe. Vagy más szóval, bár kevesebb molekula jut be a szervezetbe, azok, amelyek bejutnak, a megfelelő helyre kerülnek. Ez különösen előnyös lehet a DNS-vakcinák számára, amelyeket jelenleg nehéz bejuttatni, mivel működésükhöz be kell jutniuk a sejtbe.

Az izmok felépülésének nyomon követése valós időben

A mozgásszervi sérülésekből való felépülés hosszú és nehéz folyamat lehet. Ezért fontos nyomon követni a páciens előrehaladását, miközben rehabilitáción esnek át, és lassan helyreállítják az izomerőt. De nem állnak rendelkezésre közvetlen mérések az izomműködésről a fizikai aktivitás során, és kevés orvosi technológia alkalmazható a beteg mozgása közben, ami akadályozhatja a kezelést és a rehabilitációt.

Az egyik lehetőség az ultrahang, amely non-invazív képeket készít a bőr alatti szövetekről, és feltárja, hogyan mozognak és húzódnak össze a különböző izomcsoportok dinamikus fizikai aktivitás során. A hagyományos ultrahangos rendszerek azonban nagyok és nehézkesek, megkövetelik, hogy a páciens a műszerhez legyen kötve, és így nem segítik elő a valós idejű képalkotást tevékenység közben.

So Parag Chitnis a George Mason Egyetem munkatársaival és munkatársaival úgy döntöttek, hogy a semmiből megépítik saját ultrahangkészüléküket. Olyan kompakt, hordható ultrahangrendszert terveztek, amely a pácienssel együtt mozog, és klinikailag releváns információkat szolgáltat az izomműködésről a fizikai aktivitás során.

Ennek érdekében a kutatók új ultrahangtechnológiát fejlesztettek ki, amely alacsony feszültségű, hosszú idejű csipogás átvitelére támaszkodik – szemben a hagyományosan használt nagyon nagy feszültségű, rövid időtartamú impulzussorozatokkal. Ez lehetővé tette számukra, hogy olcsó elektronikus alkatrészeket alkalmazzanak, mint amilyenek az autórádióban találhatók, hogy egy egyszerűbb, hordozható ultrahangrendszert tervezzenek, amely akkumulátorral működhet, és a pácienshez csatlakoztatható. Az új megközelítést SMART-US-nak, vagyis valós idejű ultrahanggal történő szimultán mozgásszervi vizsgálatnak nevezik.

A csapat egy olyan alanyon tesztelte a megközelítést, aki ellenmozgásos ugrásokat (rutin gyakorlat az alsó végtagok és a térdízületek egészségének és működésének értékelésére) végzett egy erőlemezen, a lábára erősített ultrahang-átalakítóval. A SMART-US készülék valós idejű visszajelzést adott az ugrások során az izomaktiváció szintjéről és működéséről, szignifikáns korrelációval az erőadatok és az ultrahang mérések között. Chitnis hozzátette, hogy a technika több különböző izom egyidejű vizsgálatára is használható.

"Az ultrahang alapú biofeedback segíthet személyre szabni a terápiát és a rehabilitációt a kezelési eredmények javítása érdekében" - magyarázta egy sajtótájékoztatón. „Technológiánknak elképzelt további alkalmazásai közé tartozik a személyes fitnesz, az atlétikai edzés és a sportorvoslás, a katonai egészségügy, a stroke-rehabilitáció és az idősek elesésének kockázatának felmérése.”

A következő cél a technológiatranszfer, hogy az eszközt FDA-engedélyezésen át lehessen vinni, hogy a csapat klinikai vizsgálatokat végezhessen a rehabilitáció érdekében. A továbbiakban Chitnis elképzelése szerint a klinikák mindössze néhány száz dollárért megvásárolhatnának egy alapszintű rendszert.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/ultrasound-innovations-enable-pain-free-vaccination-monitor-muscle-dynamics-in-real-time/