Ultrazvočne inovacije omogočajo neboleče cepljenje, spremljanje mišične dinamike v realnem času – Physics World

O Akustika 2023 Sydney Konferenca, ki sta jo soorganizirala Ameriško akustično društvo in Avstralsko akustično društvo, je zbrala akustike, raziskovalce, glasbenike in druge strokovnjake z vsega sveta, da bi delili najnovejše dosežke na tem področju. Več predstavljenih študij je opisalo inovativne aplikacije akustike v zdravstvu, vključno z uporabo akustične kavitacije za dajanje cepiva brez igel in nosljivega ultrazvočnega pretvornika, ki spremlja dinamiko mišic med okrevanjem po poškodbi.

Ultrazvok omogoča neboleče cepljenje

Darcy Dunn-Lawless z Univerze v Oxfordu Inštitut za biomedicinsko inženirstvo je opisal uporabo ultrazvoka za dajanje cepiv brez igle.

Da bi se izognili strahu pred iglami, ki ga trpijo številni odrasli in še veliko več otrok, Dunn-Lawless in sodelavci izkoriščajo akustični učinek, imenovan kavitacija, pri katerem zvočni val povzroči nastanek in pokanje mehurčkov. Ko se ti mehurčki sesedejo, sprostijo koncentriran izbruh mehanske energije.

Ideja je uporabiti te energijske izbruhe na tri načine: očistiti prehode skozi zunanjo plast odmrlih kožnih celic in omogočiti molekulam cepiva, da preidejo skozi; aktivno prisiliti molekule cepiva v telo; in za odpiranje celičnih membran v telesu. Da bi povečali aktivnost kavitacije, so raziskovalci uporabili delce nanometrske velikosti, imenovane proteinska kavitacijska jedra (PCaN) – v bistvu beljakovinski delci v obliki skodelice – za podporo plinskim mehurčkom.

V testih na miših so raziskovalci primerjali imunski odziv, ustvarjen s standardnim intradermalnim cepljenjem cepiva DNA, s pristopom kavitacije. Za dostavo na podlagi kavitacije so zmešali PCaN s cepivom DNK v komori, ki so jo postavili na živalsko kožo in jo za dve minuti izpostavili ultrazvoku.

Ugotovili so, da je konvencionalno injiciranje zagotovilo več vrst velikosti več molekul cepiva kot kavitacijski pristop. "Vendar tukaj stvari postanejo zanimive," je pojasnil Dunn-Lawless na tiskovni konferenci. "Ko pogledate imunski odziv, ki ga ustvarita obe metodi dostave, koncentracijo protiteles, lahko vidite, da je kavitacijska skupina prejela bistveno večji imunski odziv, čeprav so prejeli toliko manj molekul cepiva."

Opozoril je, da je to še posebej vznemirljiv rezultat, prvič, ker potrjuje, da je mogoče na ta način dostaviti cepiva. Pa tudi zato, ker kaže, da lahko tehnika brez igle teoretično omogoči telesu, da doseže večji imunski odziv z manj cepiva, zaradi česar je cepljenje učinkovitejše.

Mehanizem, na katerem temelji ta učinek, še ni jasen, vendar je Dunn-Lawless predlagal, da je lahko posledica kavitacijske aktivnosti, ki odpira celične membrane in omogoča molekulam v celice. Ali z drugimi besedami, čeprav manj molekul pride v telo, tiste, ki pridejo, pridejo na pravo mesto. To bi lahko bilo še posebej ugodno za cepiva DNK, ki jih je trenutno težko dostaviti, saj morajo za delovanje priti v celico.

Spremljanje okrevanja mišic v realnem času

Okrevanje po poškodbi mišično-skeletnega sistema je lahko dolgotrajen in težaven proces. Zato je pomembno spremljati pacientov napredek med rehabilitacijo in počasnim obnavljanjem mišične moči. Toda neposredne meritve delovanja mišic med telesno aktivnostjo niso takoj na voljo in malo medicinskih tehnologij je mogoče uporabiti, medtem ko se bolnik premika, kar lahko ovira zdravljenje in rehabilitacijo.

Ena od možnosti je ultrazvok, ki lahko zagotovi neinvazivne slike tkiva pod kožo in razkrije, kako se različne mišične skupine premikajo in krčijo med dinamično telesno aktivnostjo. Tradicionalni ultrazvočni sistemi pa so veliki in okorni, zahtevajo, da je pacient privezan na instrument, in zato niso primerni za slikanje v realnem času med aktivnostjo.

So Parag Chitnis z Univerze George Mason in sodelavci so se odločili iz nič izdelati lastno ultrazvočno napravo. Oblikovali so kompakten nosljiv ultrazvočni sistem, ki se premika s pacientom in proizvaja klinično pomembne informacije o delovanju mišic med telesno aktivnostjo.

Da bi to naredili, so raziskovalci razvili novo ultrazvočno tehnologijo, ki temelji na prenosu nizkonapetostnih, dolgotrajnih čivkov – v nasprotju s konvencionalno uporabljenimi zelo visokonapetostnimi, kratkotrajnimi impulznimi sekvencami. To jim je omogočilo uporabo poceni elektronskih komponent, kot so tiste, ki jih najdemo v avtomobilskem radiu, za oblikovanje enostavnejšega prenosnega ultrazvočnega sistema, ki bi ga lahko napajali baterije in pritrdili na pacienta. Novi pristop imenujejo SMART-US ali sočasna ocena mišično-skeletnega sistema z ultrazvokom v realnem času.

Ekipa je preizkusila pristop na subjektu, ki je izvajal skoke proti gibanju (rutinska vaja za ocenjevanje zdravja in delovanja spodnjih okončin in kolenskih sklepov) na plošči za silo z ultrazvočnim pretvornikom, pritrjenim na njihovo nogo. Naprava SMART-US je zagotovila povratne informacije v realnem času o ravni mišične aktivacije in delovanja med skoki, pri čemer je bila opažena pomembna korelacija med podatki o sili in ultrazvočnimi meritvami. Chitnis je dodal, da se lahko tehnika uporablja tudi za pregled več različnih mišic hkrati.

"Biofeedback, ki temelji na ultrazvoku, lahko pomaga prilagoditi terapijo in rehabilitacijo za izboljšanje rezultatov zdravljenja," je pojasnil na tiskovni konferenci. "Druge aplikacije, ki jih predvidevamo za našo tehnologijo, vključujejo osebno telesno pripravljenost, atletsko usposabljanje in športno medicino, vojaško zdravje, rehabilitacijo po možganski kapi in ocenjevanje tveganja padcev pri starejših."

Naslednji cilj je prenos tehnologije, da bi napravo odobrili FDA, da bi ekipa lahko izvajala klinične študije za rehabilitacijo. V prihodnje Chitnis predvideva, da bi klinike lahko kupile sistem osnovne ravni za samo nekaj sto dolarjev.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/ultrasound-innovations-enable-pain-free-vaccination-monitor-muscle-dynamics-in-real-time/