חידושי אולטרסאונד מאפשרים חיסון ללא כאבים, מעקב אחר דינמיקת השרירים בזמן אמת - עולם הפיזיקה

השמיים אקוסטיקה 2023 סידני הכנס, שנערך במשותף על ידי האגודה האקוסטית של אמריקה והאגודה האקוסטית האוסטרלית, הפגיש אקוסטיקים, חוקרים, מוזיקאים ומומחים אחרים מרחבי העולם כדי לשתף את ההתפתחויות האחרונות בתחום. כמה מהמחקרים שהוצגו תיארו יישומים חדשניים של אקוסטיקה בתחום הבריאות, כולל שימוש בקוויטציה אקוסטית למתן חיסון ללא מחטים, ומתמר אולטרסאונד לביש שעוקב אחר דינמיקת השרירים במהלך התאוששות מפציעה.

אולטרסאונד מאפשר חיסון ללא כאבים

דארסי דאן-ללא חוקים מאוניברסיטת אוקספורד המכון להנדסה ביו-רפואית תיאר את השימוש באולטרסאונד לאספקה ​​ללא מחטים של חיסונים.

מתוך מטרה לעקוף את הפחד ממחטים שמהם סובלים מבוגרים רבים, ועוד ילדים רבים, Dunn-Lawless ועמיתיו מנצלים אפקט אקוסטי שנקרא cavitation, שבו גל קול גורם להיווצרות ולקפיצה של בועות. כאשר הבועות הללו קורסות, הן משחררות פרץ מרוכז של אנרגיה מכנית.

הרעיון הוא להשתמש בפרצי האנרגיה הללו בשלוש דרכים: לפנות מעברים בשכבה החיצונית של תאי עור מתים ולאפשר למולקולות החיסון לעבור דרכן; לכפות באופן פעיל מולקולות חיסון לתוך הגוף; ולפתוח את קרומי התא בתוך הגוף. כדי להגביר את פעילות הקוויטציה, החוקרים השתמשו בחלקיקים בגודל ננומטר הנקראים גרעיני חלבון קוויטציה (PCaNs) - חלקיקי חלבון בצורת כוס בעצם - כדי לתמוך בבועות הגז.

בבדיקות על עכברים, השוו החוקרים את התגובה החיסונית שנוצרת מחיסון תוך עורי סטנדרטי של חיסון DNA לעומת גישת הקוויטציה. לאספקה ​​על בסיס קוויטציה, הם ערבבו PCaN עם חיסון ה-DNA בתא שהונח על עור החיה ונחשף לאולטרסאונד למשך שתי דקות.

הם גילו שהזרקה קונבנציונלית סיפקה מספר סדרי גודל יותר מולקולות חיסון מאשר גישת הקוויטציה. "עם זאת, זה המקום שבו הדברים נעשים מעניינים", הסביר דאן-לאולס במסיבת עיתונאים. "כשמסתכלים על התגובה החיסונית שנוצרת על ידי שתי שיטות האספקה ​​הללו, ריכוז הנוגדנים, ניתן לראות שקבוצת הקוויטציה קיבלה תגובה חיסונית גבוהה משמעותית, למרות שקיבלו כל כך הרבה פחות מולקולות של חיסון."

הוא ציין שזו תוצאה מרגשת במיוחד, ראשית מכיוון שהיא מאשרת שאפשר לתת חיסונים בדרך זו. אבל גם בגלל שהיא מראה שהטכניקה נטולת המחטים יכולה, בתיאוריה, לאפשר לגוף להשיג תגובה חיסונית גדולה יותר עם פחות חיסון, מה שהופך את החיסון ליעיל יותר.

המנגנון העומד בבסיס האפקט הזה עדיין לא ברור, אבל דאן-ללס הציע שזה עשוי לנבוע מפעילות קוויטציה שפותחת את קרומי התא ומאפשרת למולקולות להיכנס לתאים. או במילים אחרות, למרות שפחות מולקולות נכנסות לגוף, אלו שנכנסות למקום הנכון. זה יכול להיות נוח במיוחד עבור חיסוני DNA, שכרגע קשה לספק אותם מכיוון שהם צריכים להיכנס לתא כדי לתפקד.

מעקב אחר התאוששות השרירים בזמן אמת

החלמה מפגיעה בשריר-שלד יכולה להיות תהליך ארוך וקשה. לכן חשוב לעקוב אחר התקדמות המטופל בזמן שהוא עובר שיקום ובונה לאט את כוח השרירים. אבל מדדים ישירים של תפקוד השרירים במהלך פעילות גופנית אינם זמינים בקלות, וניתן להשתמש בטכנולוגיות רפואיות מעטות בזמן שהמטופל נע, מה שעלול להפריע לטיפול ושיקום.

אפשרות אחת היא בדיקת אולטרסאונד, שיכולה לספק תמונות לא פולשניות של רקמות מתחת לעור ולגלות כיצד קבוצות שרירים שונות נעות ומתכווצות במהלך פעילות גופנית דינמית. עם זאת, מערכות אולטרסאונד מסורתיות הן גדולות ומסורבלות, מחייבות את המטופל להיות קשור למכשיר, ולכן אינן מועילות להדמיה בזמן אמת במהלך פעילות.

So פרג צ'יטניס מאוניברסיטת ג'ורג' מייסון ועמיתיו החליטו לבנות מכשיר אולטרסאונד משלהם מאפס. הם תכננו מערכת אולטרסאונד לבישה קומפקטית שנעה עם המטופל ומייצרת מידע רלוונטי מבחינה קלינית על תפקוד השרירים במהלך פעילות גופנית.

לשם כך, החוקרים פיתחו טכנולוגיית אולטרסאונד חדשה המסתמכת על שידור של ציוצים במתח נמוך וארוך זמן - בניגוד לרצפי הפולסים במתח גבוה מאוד, בשימוש רגיל. זה איפשר להם להשתמש ברכיבים אלקטרוניים בעלות נמוכה, כמו אלה שנמצאים ברדיו לרכב, כדי לעצב מערכת אולטרסאונד ניידת פשוטה יותר, שניתן להפעיל באמצעות סוללות ולחבר אותה למטופל. הם קוראים לגישה החדשה SMART-US, או הערכה סימולטנית של שרירים ושלד עם אולטרסאונד בזמן אמת.

הצוות בדק את הגישה על נבדק המבצע קפיצות תנועת נגד (תרגיל שגרתי להערכת הבריאות והתפקוד של גפיים תחתונות ומפרקי ברכיים) על לוחית כוח עם מתמר אולטרסאונד מחובר לרגל. מכשיר ה-SMART-US סיפק משוב בזמן אמת על רמת ההפעלה והתפקוד של השרירים במהלך הקפיצות, עם מתאם משמעותי שנראה בין נתוני כוח ומדידות אולטרסאונד. צ'יטניס הוסיף כי ניתן להשתמש בטכניקה גם לבחינת מספר שרירים שונים בו זמנית.

"ביופידבק מבוסס אולטרסאונד יכול לעזור להתאים אישית את הטיפול והשיקום כדי לשפר את תוצאות הטיפול", הסביר במסיבת עיתונאים. "יישומים אחרים שאנו מדמיינים עבור הטכנולוגיה שלנו כוללים כושר אישי, אימונים אתלטיים ורפואת ספורט, בריאות צבאית, שיקום שבץ והערכת הסיכון לנפילות באוכלוסיות קשישים".

המטרה הבאה היא העברת טכנולוגיה, להעביר את המכשיר לאישור ה-FDA כדי שהצוות יוכל לבצע מחקרים קליניים לשיקום. בהמשך, Chitnis צופה שמרפאות יוכלו לרכוש מערכת ברמה בסיסית תמורת כמה מאות דולרים בלבד.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/ultrasound-innovations-enable-pain-free-vaccination-monitor-muscle-dynamics-in-real-time/