Echografie-innovaties maken pijnvrije vaccinatie mogelijk en monitoren de spierdynamiek in realtime – Physics World

De Akoestiek 2023 Sydney conferentie, mede georganiseerd door de Acoustical Society of America en de Australian Acoustical Society, bracht akoestici, onderzoekers, muzikanten en andere experts van over de hele wereld samen om de nieuwste ontwikkelingen op dit gebied te delen. Verschillende van de gepresenteerde onderzoeken beschreven innovatieve toepassingen van akoestiek in de gezondheidszorg, waaronder het gebruik van akoestische cavitatie voor naaldloze toediening van vaccins, en een draagbare ultrasone transducer die de spierdynamiek volgt tijdens herstel van een blessure.

Echografie maakt pijnloze vaccinatie mogelijk

Darcy Dunn-Lawless van de Universiteit van Oxford Instituut voor Biomedische Technologie beschreef het gebruik van echografie voor naaldvrije toediening van vaccins.

Om de angst voor naalden te omzeilen waar veel volwassenen, en nog veel meer kinderen, last van hebben, maken Dunn-Lawless en collega's gebruik van een akoestisch effect dat cavitatie wordt genoemd, waarbij een geluidsgolf de vorming en het ploffen van bellen veroorzaakt. Wanneer deze bellen instorten, komt er een geconcentreerde uitbarsting van mechanische energie vrij.

Het idee is om deze energiestoten op drie manieren te gebruiken: om doorgangen door de buitenste laag dode huidcellen vrij te maken en vaccinmoleculen door te laten; om actief vaccinmoleculen in het lichaam te dwingen; en om celmembranen in het lichaam te openen. Om de cavitatieactiviteit te verbeteren, gebruikten de onderzoekers deeltjes van nanometergrootte, eiwitcavitatiekernen (PCaN's) genoemd – in wezen komvormige eiwitdeeltjes – om de gasbellen te ondersteunen.

In tests op muizen vergeleken de onderzoekers de immuunrespons die werd gegenereerd door standaard intradermale vaccinatie van een DNA-vaccin met de cavitatiebenadering. Voor op cavitatie gebaseerde toediening mengden ze PCaN's met het DNA-vaccin in een kamer die op de huid van het dier werd geplaatst en gedurende twee minuten werd blootgesteld aan echografie.

Ze ontdekten dat conventionele injectie verschillende ordes van grootte meer vaccinmoleculen opleverde dan de cavitatiebenadering. “Dit is echter waar het interessant wordt”, legde Dunn-Lawless uit op een persconferentie. “Als je kijkt naar de immuunrespons die door beide toedieningsmethoden wordt gegenereerd, de antilichaamconcentratie, kun je zien dat de cavitatiegroep een aanzienlijk hogere immuunrespons kreeg, ook al kregen ze zoveel minder vaccinmoleculen.”

Hij merkte op dat dit een bijzonder opwindend resultaat is, in de eerste plaats omdat het bevestigt dat het mogelijk is om op deze manier vaccins af te leveren. Maar ook omdat het laat zien dat de naaldvrije techniek het lichaam in theorie in staat kan stellen een grotere immuunrespons te bereiken met minder vaccin, waardoor vaccinatie efficiënter wordt.

Het mechanisme dat aan dit effect ten grondslag ligt is nog niet duidelijk, maar Dunn-Lawless suggereerde dat dit te wijten kan zijn aan cavitatieactiviteit die celmembranen opent en moleculen in de cellen toelaat. Met andere woorden: ook al komen er minder moleculen in het lichaam, de moleculen die dat wel doen, komen op de juiste plaats terecht. Dit zou met name gunstig kunnen zijn voor DNA-vaccins, die momenteel moeilijk te leveren zijn omdat ze de cel binnen moeten dringen om te kunnen functioneren.

Spierherstel in realtime monitoren

Herstel van letsel aan het bewegingsapparaat kan een lang en moeilijk proces zijn. Het is daarom belangrijk om de voortgang van een patiënt te volgen terwijl deze revalidatie ondergaat en langzaam de spierkracht opbouwt. Maar directe metingen van de spierfunctie tijdens lichamelijke activiteit zijn niet direct beschikbaar, en er kunnen maar weinig medische technologieën worden gebruikt terwijl de patiënt in beweging is, wat de behandeling en revalidatie kan belemmeren.

Eén optie is echografie, die niet-invasieve beelden van weefsel onder de huid kan opleveren en kan onthullen hoe verschillende spiergroepen bewegen en samentrekken tijdens dynamische fysieke activiteit. Traditionele ultrasone systemen zijn echter groot en omslachtig, vereisen dat de patiënt aan het instrument wordt vastgemaakt en zijn dus niet bevorderlijk voor real-time beeldvorming tijdens activiteit.

So Parag Chitnis van George Mason University en collega's besloten om hun eigen echoapparaat helemaal opnieuw te bouwen. Ze ontwierpen een compact, draagbaar echografiesysteem dat met de patiënt meebeweegt en klinisch relevante informatie produceert over de spierfunctie tijdens fysieke activiteit.

Om dit te doen, ontwikkelden de onderzoekers nieuwe ultrasone technologie die afhankelijk is van de overdracht van laagspannings-, langdurende chirps – in tegenstelling tot de conventioneel gebruikte zeer hoogspannings- en kortdurende pulssequenties. Hierdoor konden ze goedkope elektronische componenten, zoals die in een autoradio, gebruiken om een ​​eenvoudiger, draagbaar echografiesysteem te ontwerpen dat door batterijen van stroom kon worden voorzien en aan een patiënt kon worden bevestigd. Ze noemen de nieuwe aanpak SMART-US, oftewel gelijktijdige beoordeling van het bewegingsapparaat met realtime echografie.

Het team testte de aanpak op een proefpersoon die tegenbewegingssprongen uitvoerde (een routineoefening voor het evalueren van de gezondheid en functie van de onderste ledematen en kniegewrichten) op een krachtplaat met een ultrasone transducer aan hun been. Het SMART-US-apparaat gaf realtime feedback over het niveau van spieractivatie en -functie tijdens de sprongen, waarbij een significante correlatie werd waargenomen tussen krachtgegevens en echografiemetingen. Chitnis voegde eraan toe dat de techniek ook kan worden gebruikt om verschillende spieren tegelijkertijd te onderzoeken.

Draagbare ultrasone sensor zorgt voor continue beeldvorming van het hart

“Op echografie gebaseerde biofeedback kan helpen bij het personaliseren van therapie en revalidatie om de behandelresultaten te verbeteren”, legde hij uit op een persconferentie. “Andere toepassingen die we voor onze technologie voorzien zijn onder meer persoonlijke fitness, atletiektraining en sportgeneeskunde, militaire gezondheidszorg, revalidatie na een beroerte en het inschatten van het risico op vallen bij ouderen.”

Het volgende doel is technologieoverdracht, om het apparaat door de FDA-goedkeuring te laten komen, zodat het team klinische onderzoeken voor revalidatie kan uitvoeren. In de toekomst verwacht Chitnis dat klinieken voor slechts een paar honderd dollar een basissysteem kunnen aanschaffen.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/ultrasound-innovations-enable-pain-free-vaccination-monitor-muscle-dynamics-in-real-time/