Inovasi USG memungkinkan vaksinasi tanpa rasa sakit, memantau dinamika otot secara real time – Dunia Fisika

Grafik Akustik 2023 Sydney konferensi, yang diselenggarakan bersama oleh Acoustical Society of America dan Australian Acoustical Society, mempertemukan para ahli akustik, peneliti, musisi, dan pakar lainnya dari seluruh dunia untuk berbagi perkembangan terkini di bidang ini. Beberapa penelitian yang dipresentasikan menggambarkan penerapan akustik inovatif dalam layanan kesehatan, termasuk penggunaan kavitasi akustik untuk pemberian vaksin tanpa jarum, dan transduser ultrasonik yang dapat dipakai yang melacak dinamika otot selama pemulihan dari cedera.

USG memungkinkan vaksinasi tanpa rasa sakit

Darcy Dunn-Pelanggar Hukum dari Universitas Oxford Institut Teknik Biomedis menjelaskan penggunaan USG untuk pemberian vaksin tanpa jarum.

Bertujuan untuk menghindari rasa takut terhadap jarum suntik yang diderita oleh banyak orang dewasa, dan banyak lagi anak-anak, Dunn-Lawless dan rekannya mengeksploitasi efek akustik yang disebut kavitasi, di mana gelombang suara menyebabkan pembentukan dan meletusnya gelembung. Ketika gelembung-gelembung ini pecah, mereka melepaskan ledakan energi mekanik yang terkonsentrasi.

Idenya adalah menggunakan semburan energi ini dalam tiga cara: membersihkan saluran melalui lapisan luar sel kulit mati dan memungkinkan molekul vaksin melewatinya; untuk secara aktif memaksa molekul vaksin masuk ke dalam tubuh; dan untuk membuka membran sel di dalam tubuh. Untuk meningkatkan aktivitas kavitasi, para peneliti menggunakan partikel berukuran nanometer yang disebut inti kavitasi protein (PCaNs) – yang pada dasarnya adalah partikel protein berbentuk cangkir – untuk mendukung gelembung gas.

Dalam pengujian pada tikus, para peneliti membandingkan respon imun yang dihasilkan oleh vaksinasi intradermal standar dari vaksin DNA versus pendekatan kavitasi. Untuk pengiriman berbasis kavitasi, mereka mencampurkan PCaN dengan vaksin DNA dalam ruang yang ditempatkan pada kulit hewan dan dipaparkan dengan USG selama dua menit.

Mereka menemukan bahwa injeksi konvensional menghasilkan molekul vaksin beberapa kali lipat lebih banyak dibandingkan pendekatan kavitasi. “Namun, di sinilah hal-hal menjadi menarik,” jelas Dunn-Lawless pada konferensi pers. “Jika Anda melihat respons imun yang dihasilkan oleh kedua metode penyampaian ini, yaitu konsentrasi antibodi, Anda dapat melihat bahwa kelompok kavitasi menerima respons imun yang jauh lebih tinggi, meskipun mereka menerima molekul vaksin yang jauh lebih sedikit.”

Ia mencatat bahwa hal ini merupakan hasil yang sangat menggembirakan, pertama karena hal ini menegaskan bahwa pemberian vaksin dengan cara ini dapat dilakukan. Namun juga karena hal ini menunjukkan bahwa teknik tanpa jarum suntik, secara teori, memungkinkan tubuh mencapai respons imun yang lebih besar dengan jumlah vaksin yang lebih sedikit, sehingga menjadikan vaksinasi lebih efisien.

Mekanisme yang mendasari efek ini belum jelas, namun Dunn-Lawless berpendapat bahwa hal ini mungkin disebabkan oleh aktivitas kavitasi yang membuka membran sel dan memungkinkan molekul masuk ke dalam sel. Atau dengan kata lain, meskipun lebih sedikit molekul yang masuk ke dalam tubuh, molekul yang masuk akan masuk ke tempat yang tepat. Hal ini khususnya menguntungkan bagi vaksin DNA, yang saat ini sulit diberikan karena harus masuk ke dalam sel agar dapat berfungsi.

Memantau pemulihan otot secara real time

Pemulihan dari cedera muskuloskeletal bisa menjadi proses yang panjang dan sulit. Oleh karena itu, penting untuk melacak kemajuan pasien saat mereka menjalani rehabilitasi dan membangun kembali kekuatan otot secara perlahan. Namun pengukuran langsung terhadap fungsi otot selama aktivitas fisik belum tersedia, dan hanya sedikit teknologi medis yang dapat digunakan saat pasien bergerak, sehingga dapat menghambat pengobatan dan rehabilitasi.

Salah satu pilihannya adalah ultrasonografi, yang dapat memberikan gambaran non-invasif dari jaringan di bawah kulit dan mengungkapkan bagaimana kelompok otot yang berbeda bergerak dan berkontraksi selama aktivitas fisik yang dinamis. Namun, sistem USG tradisional berukuran besar dan tidak praktis, mengharuskan pasien ditambatkan ke instrumen, sehingga tidak kondusif untuk pencitraan real-time selama beraktivitas.

So Parag Chitnis dari Universitas George Mason dan rekannya memutuskan untuk membuat perangkat USG mereka sendiri dari awal. Mereka merancang sistem ultrasonografi ringkas yang dapat dipakai yang bergerak bersama pasien dan menghasilkan informasi yang relevan secara klinis tentang fungsi otot selama aktivitas fisik.

Untuk melakukan hal ini, para peneliti mengembangkan teknologi ultrasound baru yang mengandalkan transmisi kicauan bertegangan rendah dan berdurasi panjang – dibandingkan dengan rangkaian pulsa bertegangan sangat tinggi dan berdurasi pendek yang biasa digunakan. Hal ini memungkinkan mereka menggunakan komponen elektronik berbiaya rendah, seperti yang ditemukan di radio mobil, untuk merancang sistem ultrasound portabel yang lebih sederhana yang dapat ditenagai oleh baterai dan dipasang ke pasien. Mereka menyebut pendekatan baru ini SMART-US, atau penilaian muskuloskeletal simultan dengan USG waktu nyata.

Tim menguji pendekatan tersebut pada subjek yang melakukan gerakan counter jump (latihan rutin untuk mengevaluasi kesehatan dan fungsi tungkai bawah dan sendi lutut) pada pelat gaya dengan transduser ultrasonik terpasang di kaki mereka. Perangkat SMART-US memberikan umpan balik real-time mengenai tingkat aktivasi dan fungsi otot selama lompatan, dengan korelasi signifikan terlihat antara data kekuatan dan pengukuran ultrasound. Chitnis menambahkan, teknik tersebut juga dapat digunakan untuk memeriksa beberapa otot berbeda secara bersamaan.

Sensor ultrasound yang dapat dipakai menyediakan pencitraan jantung terus menerus

“Biofeedback berbasis USG dapat membantu mempersonalisasi terapi dan rehabilitasi untuk meningkatkan hasil pengobatan,” jelasnya pada konferensi pers. “Aplikasi lain yang kami bayangkan untuk teknologi kami mencakup kebugaran pribadi, pelatihan atletik dan kedokteran olahraga, kesehatan militer, rehabilitasi stroke, dan penilaian risiko jatuh pada populasi lansia.”

Tujuan berikutnya adalah transfer teknologi, untuk memasukkan perangkat tersebut melalui izin FDA sehingga tim dapat melakukan studi klinis untuk rehabilitasi. Ke depan, Chitnis membayangkan bahwa klinik akan mampu membeli sistem tingkat dasar hanya dengan beberapa ratus dolar.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/ultrasound-innovations-enable-pain-free-vaccination-monitor-muscle-dynamics-in-real-time/