Inovațiile cu ultrasunete permit vaccinarea fără durere, monitorizează dinamica musculară în timp real – Physics World

Acustica 2023 Sydney conferința, co-găzduită de Acoustical Society of America și Australian Acoustical Society, a reunit acusticieni, cercetători, muzicieni și alți experți din întreaga lume pentru a împărtăși cele mai recente evoluții în domeniu. Mai multe dintre studiile prezentate au descris aplicații inovatoare ale acusticii în domeniul sănătății, inclusiv utilizarea cavitației acustice pentru livrarea de vaccin fără ac și un traductor cu ultrasunete care urmărește dinamica musculară în timpul recuperării după leziuni.

Ecografia permite vaccinarea nedureroasă

Darcy Dunn-Lawless de la Universitatea din Oxford Institutul de Inginerie Biomedicală a descris utilizarea ultrasunetelor pentru livrarea vaccinurilor fără ace.

Cu scopul de a ocoli teama de ace suferită de mulți adulți și de mulți alți copii, Dunn-Lawless și colegii exploatează un efect acustic numit cavitație, în care o undă sonoră provoacă formarea și explozia de bule. Când aceste bule se prăbușesc, ele eliberează o explozie concentrată de energie mecanică.

Ideea este de a folosi aceste explozii de energie în trei moduri: pentru a curăța trecerile prin stratul exterior de celule moarte ale pielii și pentru a permite trecerea moleculelor de vaccin; pentru a forța în mod activ moleculele de vaccin în organism; și pentru a deschide membranele celulare în interiorul corpului. Pentru a îmbunătăți activitatea de cavitație, cercetătorii au folosit particule de dimensiuni nanometrice numite nuclei de cavitație proteică (PCaNs) - în esență particule de proteine ​​în formă de cupă - pentru a susține bulele de gaz.

În testele pe șoareci, cercetătorii au comparat răspunsul imun generat de vaccinarea intradermică standard a unui vaccin cu ADN față de abordarea cavitației. Pentru livrarea pe bază de cavitație, au amestecat PCaN cu vaccinul ADN într-o cameră plasată pe pielea animalului și expusă la ultrasunete timp de două minute.

Ei au descoperit că injecția convențională a furnizat câteva ordine de mărime mai multe molecule de vaccin decât abordarea cavitației. „Cu toate acestea, aici lucrurile devin interesante”, a explicat Dunn-Lawless la o conferință de presă. „Când te uiți la răspunsul imun generat de ambele metode de livrare, concentrația de anticorpi, poți vedea că grupul de cavitație a primit un răspuns imun semnificativ mai mare, chiar dacă a primit atât de puține molecule de vaccin.”

El a remarcat că acesta este un rezultat deosebit de interesant, în primul rând, deoarece confirmă faptul că este posibil să se livreze vaccinuri în acest mod. Dar și pentru că arată că tehnica fără ace poate, teoretic, să permită organismului să obțină un răspuns imun mai mare cu mai puțin vaccin, făcând vaccinarea mai eficientă.

Mecanismul care stă la baza acestui efect nu este încă clar, dar Dunn-Lawless a sugerat că se poate datora activității de cavitație care deschide membranele celulare și permite moleculelor să intre în celule. Sau, cu alte cuvinte, deși mai puține molecule intră în organism, cele care ajung, ajung în locul potrivit. Acest lucru ar putea fi deosebit de favorabil pentru vaccinurile ADN, care în prezent sunt dificil de furnizat, deoarece trebuie să intre în interiorul celulei pentru a funcționa.

Monitorizarea recuperării musculare în timp real

Recuperarea după leziuni musculo-scheletice poate fi un proces lung și dificil. Prin urmare, este important să urmăriți progresul pacientului pe măsură ce acesta este supus reabilitării și își reface încet puterea musculară. Dar măsurile directe ale funcției musculare în timpul activității fizice nu sunt disponibile cu ușurință și puține tehnologii medicale pot fi utilizate în timp ce pacientul se mișcă, ceea ce poate împiedica tratamentul și reabilitarea.

O opțiune este ultrasonografia, care poate oferi imagini non-invazive ale țesutului de sub piele și poate dezvălui modul în care diferite grupuri musculare se mișcă și se contractă în timpul activității fizice dinamice. Sistemele tradiționale cu ultrasunete, totuși, sunt mari și greoaie, necesită ca pacientul să fie legat de instrument și, prin urmare, nu sunt propice pentru imagini în timp real în timpul activității.

So Parag Chitnis de la Universitatea George Mason și colegii au decis să-și construiască propriul aparat cu ultrasunete de la zero. Ei au proiectat un sistem compact cu ultrasunete purtabil care se mișcă cu pacientul și produce informații relevante din punct de vedere clinic despre funcția musculară în timpul activității fizice.

Pentru a face acest lucru, cercetătorii au dezvoltat o nouă tehnologie cu ultrasunete care se bazează pe transmisia de ciripituri de joasă tensiune și de lungă durată - spre deosebire de secvențele de impulsuri de foarte înaltă tensiune și de scurtă durată utilizate în mod convențional. Acest lucru le-a permis să utilizeze componente electronice ieftine, cum ar fi cele găsite într-un radio de mașină, pentru a proiecta un sistem de ultrasunete mai simplu, portabil, care ar putea fi alimentat cu baterii și atașat la un pacient. Ei numesc noua abordare SMART-US sau evaluarea simultană a sistemului musculo-scheletal cu ultrasunete în timp real.

Echipa a testat abordarea pe un subiect care efectuează sărituri contra mișcării (un exercițiu de rutină pentru evaluarea sănătății și funcției membrelor inferioare și a articulațiilor genunchiului) pe o placă de forță cu un traductor cu ultrasunete atașat la picior. Dispozitivul SMART-US a oferit feedback în timp real asupra nivelului de activare și funcție musculară în timpul sărituri, cu o corelație semnificativă observată între datele de forță și măsurătorile cu ultrasunete. Chitnis a adăugat că tehnica poate fi folosită și pentru a examina mai mulți mușchi diferiți simultan.

„Biofeedback-ul bazat pe ultrasunete poate ajuta la personalizarea terapiei și a reabilitării pentru a îmbunătăți rezultatele tratamentului”, a explicat el într-o conferință de presă. „Alte aplicații pe care le imaginăm pentru tehnologia noastră includ fitness personal, antrenament atletic și medicina sportivă, sănătatea militară, reabilitarea accidentului vascular cerebral și evaluarea riscului de cădere la populațiile în vârstă.”

Următorul obiectiv este transferul de tehnologie, pentru a trece dispozitivul prin aprobarea FDA, astfel încât echipa să poată efectua studii clinice pentru reabilitare. Mergând mai departe, Chitnis prevede că clinicile ar putea achiziționa un sistem de nivel de bază pentru doar câteva sute de dolari.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Împuterniciți-vă. Accesați Aici.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Mediu inconjurator, Solar, Managementul deșeurilor. Accesați Aici.
• PlatoHealth. Biotehnologie și Inteligență pentru studii clinice. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/ultrasound-innovations-enable-pain-free-vaccination-monitor-muscle-dynamics-in-real-time/