초음파 혁신을 통해 통증 없는 예방접종이 가능하고 근육 역학을 실시간으로 모니터링할 수 있습니다.

XNUMXD덴탈의 음향 2023 시드니 미국 음향학회(Acoustical Society of America)와 호주 음향학회(Australian Acoustical Society)가 공동 주최한 컨퍼런스에서는 전 세계 음향학자, 연구원, 음악가 및 기타 전문가들이 한자리에 모여 해당 분야의 최신 개발 상황을 공유했습니다. 제시된 연구 중 일부는 무바늘 백신 전달을 위한 음향 캐비테이션 사용, 부상 회복 중 근육 역학을 추적하는 착용형 초음파 변환기 등 의료 분야에서 음향학의 혁신적인 응용을 설명했습니다.

초음파로 통증 없는 예방접종 가능

다아시 던-로리스 옥스퍼드대학교 출신 의생명공학연구소 바늘 없이 백신을 전달하기 위해 초음파를 사용하는 방법을 설명했습니다.

많은 성인과 더 많은 어린이들이 겪고 있는 바늘에 대한 두려움을 피하기 위해 Dunn-Lawless와 동료들은 음파가 거품을 형성하고 터뜨리는 캐비테이션이라는 음향 효과를 활용하고 있습니다. 이러한 거품이 붕괴되면 집중된 기계적 에너지가 방출됩니다.

아이디어는 이러한 에너지 폭발을 세 가지 방법으로 사용하는 것입니다. 죽은 피부 세포의 바깥층을 통과하는 통로를 청소하고 백신 분자가 통과하도록 허용합니다. 백신 분자를 신체에 적극적으로 강제합니다. 그리고 몸 안의 세포막을 엽니다. 캐비테이션 활동을 강화하기 위해 연구원들은 단백질 캐비테이션 핵(PCaN)이라고 불리는 나노미터 크기의 입자(기본적으로 컵 모양의 단백질 입자)를 사용하여 가스 기포를 지원했습니다.

생쥐를 대상으로 한 테스트에서 연구자들은 DNA 백신의 표준 피내 백신 접종과 캐비테이션 접근법에 의해 생성된 면역 반응을 비교했습니다. 캐비테이션 기반 전달을 위해 그들은 동물의 피부에 위치한 챔버에서 PCaN과 DNA 백신을 혼합하고 2분 동안 초음파에 노출시켰습니다.

그들은 기존의 주입이 캐비테이션 접근법보다 몇 배 더 많은 백신 분자를 전달한다는 것을 발견했습니다. Dunn-Lawless는 기자회견에서 “그러나 여기서 상황이 흥미로워집니다.”라고 설명했습니다. "이 두 전달 방법 모두에 의해 생성된 면역 반응, 즉 항체 농도를 살펴보면 캐비테이션 그룹이 훨씬 적은 수의 백신 분자를 받았음에도 불구하고 훨씬 더 높은 면역 반응을 받았다는 것을 알 수 있습니다."

그는 이것이 특히 흥미로운 결과라고 말했습니다. 첫째, 이러한 방식으로 백신을 전달하는 것이 가능하다는 점을 확인했기 때문입니다. 그러나 또한 무바늘 기술이 이론적으로 더 적은 양의 백신으로 신체가 더 큰 면역 반응을 달성할 수 있게 하여 예방접종을 더 효율적으로 만들 수 있음을 보여주기 때문입니다.

이 효과의 기본 메커니즘은 아직 명확하지 않지만 Dunn-Lawless는 이것이 세포막을 열고 분자가 세포로 들어가도록 하는 공동화 활동 때문일 수 있다고 제안했습니다. 즉, 몸에 들어가는 분자의 수는 적더라도 들어가는 분자는 올바른 위치에 들어갑니다. 이는 기능을 위해 세포 내부로 들어가야 하기 때문에 현재 전달이 어려운 DNA 백신에 특히 유리할 수 있습니다.

실시간으로 근육 회복 모니터링

근골격 부상으로부터의 회복은 길고 어려운 과정이 될 수 있습니다. 따라서 환자가 재활을 받고 천천히 근력을 회복하는 과정에서 환자의 진행 상황을 추적하는 것이 중요합니다. 그러나 신체 활동 중 근육 기능을 직접 측정하는 것은 쉽지 않으며, 환자가 움직이는 동안 사용할 수 있는 의료 기술이 거의 없어 치료 및 재활을 방해할 수 있습니다.

한 가지 옵션은 피부 아래 조직의 비침습적 이미지를 제공하고 역동적인 신체 활동 중에 다양한 근육 그룹이 어떻게 움직이고 수축하는지 확인할 수 있는 초음파 검사입니다. 그러나 기존의 초음파 시스템은 규모가 크고 번거롭고 환자가 기구에 묶여 있어야 하므로 활동 중에 실시간 영상을 촬영하는 데 도움이 되지 않습니다.

So 파라그 치트니스 George Mason University의 연구진과 동료들은 처음부터 자신만의 초음파 장치를 만들기로 결정했습니다. 그들은 환자와 함께 움직이고 신체 활동 중 근육 기능에 대한 임상적으로 관련된 정보를 생성하는 소형 웨어러블 초음파 시스템을 설계했습니다.

이를 위해 연구원들은 기존에 사용된 매우 높은 전압, 짧은 기간의 펄스 시퀀스와는 달리, 낮은 전압, 긴 기간의 처프 전송에 의존하는 새로운 초음파 기술을 개발했습니다. 이를 통해 그들은 자동차 라디오에 있는 것과 같은 저렴한 전자 부품을 사용하여 배터리로 구동되고 환자에게 부착될 수 있는 더 간단하고 휴대용 초음파 시스템을 설계할 수 있었습니다. 그들은 새로운 접근 방식을 SMART-US 또는 실시간 초음파를 통한 동시 근골격 평가라고 부릅니다.

팀은 다리에 초음파 변환기를 부착한 힘판에서 역동작 점프(하지 및 무릎 관절의 건강과 기능을 평가하기 위한 일상적인 운동)를 수행하는 대상에 대한 접근 방식을 테스트했습니다. SMART-US 장치는 점프 중 근육 활성화 및 기능 수준에 대한 실시간 피드백을 제공했으며, 힘 데이터와 초음파 측정 간에 상당한 상관 관계가 나타났습니다. Chitnis는 이 기술을 사용하여 여러 다른 근육을 동시에 검사할 수도 있다고 덧붙였습니다.

웨어러블 초음파 센서는 지속적인 심장 영상을 제공합니다.

그는 기자회견에서 “초음파 기반 바이오피드백은 치료와 재활을 개인화하여 치료 결과를 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.”라고 설명했습니다. "우리 기술에 대해 우리가 구상하고 있는 다른 응용 분야에는 개인 피트니스, 운동 훈련 및 스포츠 의학, 군대 건강, 뇌졸중 재활 및 노인 인구의 낙상 위험 평가가 포함됩니다."

다음 목표는 팀이 재활을 위한 임상 연구를 수행할 수 있도록 장치를 FDA 승인을 통해 기술 이전하는 것입니다. 앞으로 Chitnis는 클리닉이 단 몇 백 달러에 기본 수준 시스템을 구입할 수 있을 것으로 예상합니다.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/ultrasound-innovations-enable-pain-free-vaccination-monitor-muscle-dynamics-in-real-time/