Inovações em ultrassom permitem vacinação sem dor e monitoram a dinâmica muscular em tempo real – Physics World

Inovações em ultrassom permitem vacinação sem dor e monitoram a dinâmica muscular em tempo real – Physics World

Carimbo de data / hora: 15 de dezembro de 2023 8h00

Conceito de vacinação sem agulha
Conceito de vacinação sem agulha Os pulsos de ultrassom causam cavitação acústica, gerando rajadas de energia que abrem um caminho para a vacina através da pele. A abordagem pode ser particularmente útil para a administração de vacinas de ADN. (Cortesia: Darcy Dunn-Lawless)

A Acústica 2023 Sydney A conferência, co-organizada pela Acoustical Society of America e pela Australian Acoustical Society, reuniu acústicos, pesquisadores, músicos e outros especialistas de todo o mundo para compartilhar os mais recentes desenvolvimentos na área. Vários dos estudos apresentados descreveram aplicações inovadoras da acústica na área da saúde, incluindo o uso de cavitação acústica para administração de vacinas sem agulha e um transdutor de ultrassom vestível que rastreia a dinâmica muscular durante a recuperação de lesões.

O ultrassom permite vacinação sem dor

Darcy Dunn-Lawless da Universidade de Oxford Instituto de Engenharia Biomédica descreveram o uso de ultrassom para administração de vacinas sem agulha.

Com o objetivo de contornar o medo de agulhas sofrido por muitos adultos e muito mais crianças, Dunn-Lawless e colegas estão explorando um efeito acústico chamado cavitação, no qual uma onda sonora causa a formação e o estouro de bolhas. Quando essas bolhas entram em colapso, elas liberam uma explosão concentrada de energia mecânica.

A ideia é usar essas explosões de energia de três maneiras: para limpar passagens através da camada externa de células mortas da pele e permitir a passagem de moléculas de vacina; forçar ativamente as moléculas da vacina a entrar no corpo; e para abrir as membranas celulares dentro do corpo. Para aumentar a atividade de cavitação, os pesquisadores empregaram partículas de tamanho nanométrico chamadas núcleos de cavitação de proteínas (PCaNs) – essencialmente partículas de proteína em forma de copo – para apoiar as bolhas de gás.

Em testes em ratos, os investigadores compararam a resposta imunitária gerada pela vacinação intradérmica padrão de uma vacina de ADN com a abordagem de cavitação. Para a entrega baseada em cavitação, eles misturaram PCaNs com a vacina de DNA em uma câmara colocada na pele do animal e exposta ao ultrassom por dois minutos.

Eles descobriram que a injeção convencional forneceu várias ordens de magnitude mais moléculas de vacina do que a abordagem de cavitação. “No entanto, é aqui que as coisas ficam interessantes”, explicou Dunn-Lawless em conferência de imprensa. “Quando olhamos para a resposta imunitária gerada por ambos os métodos de entrega, a concentração de anticorpos, podemos ver que o grupo da cavitação recebeu uma resposta imunitária significativamente mais elevada, embora tenha recebido muito menos moléculas de vacina.”

Ele observou que este é um resultado particularmente entusiasmante, em primeiro lugar porque confirma que é possível administrar vacinas desta forma. Mas também porque mostra que a técnica sem agulha pode, em teoria, permitir que o organismo consiga uma maior resposta imunitária com menos vacina, tornando a vacinação mais eficiente.

O mecanismo subjacente a este efeito ainda não está claro, mas Dunn-Lawless sugeriu que pode ser devido à atividade de cavitação que abre as membranas celulares e permite a entrada de moléculas nas células. Ou, em outras palavras, embora menos moléculas entrem no corpo, aquelas que entram, vão para o lugar correto. Isto poderá ser particularmente favorável para as vacinas de ADN, que atualmente são difíceis de administrar, pois necessitam de entrar na célula para funcionar.

Monitorando a recuperação muscular em tempo real

A recuperação de lesões musculoesqueléticas pode ser um processo longo e difícil. Portanto, é importante acompanhar o progresso do paciente à medida que ele passa pela reabilitação e reconstrói lentamente a força muscular. Mas medidas diretas da função muscular durante a atividade física não estão prontamente disponíveis e poucas tecnologias médicas podem ser utilizadas enquanto o paciente está em movimento, o que pode dificultar o tratamento e a reabilitação.

Praticar exercícios com um monitor de ultrassom vestível
Avaliando a dinâmica muscular Um monitor de ultrassom vestível pode fornecer informações sobre o movimento muscular dinâmico durante atividades como pular. As imagens inferiores mostram feedback de ultrassom em tempo real durante o exercício. (Cortesia: Parag Chitnis)

Uma opção é a ultrassonografia, que pode fornecer imagens não invasivas do tecido sob a pele e revelar como diferentes grupos musculares se movem e se contraem durante a atividade física dinâmica. Os sistemas de ultrassom tradicionais, no entanto, são grandes e complicados, exigem que o paciente esteja preso ao instrumento e, portanto, não conduzem à geração de imagens em tempo real durante a atividade.

So Parag Chitnis da George Mason University e colegas decidiram construir seu próprio dispositivo de ultrassom do zero. Eles projetaram um sistema de ultrassom compacto e vestível que se move com o paciente e produz informações clinicamente relevantes sobre a função muscular durante a atividade física.

Para fazer isso, os pesquisadores desenvolveram uma nova tecnologia de ultrassom que se baseia na transmissão de sinais sonoros de baixa voltagem e longa duração – em oposição às sequências de pulso de curta duração e de muito alta voltagem usadas convencionalmente. Isso lhes permitiu empregar componentes eletrônicos de baixo custo, como os encontrados em um rádio de carro, para projetar um sistema de ultrassom portátil mais simples, que pudesse ser alimentado por baterias e conectado ao paciente. Eles chamam a nova abordagem de SMART-US, ou avaliação musculoesquelética simultânea com ultrassom em tempo real.

A equipe testou a abordagem em um sujeito realizando saltos com contra-movimento (um exercício de rotina para avaliar a saúde e a função dos membros inferiores e das articulações dos joelhos) em uma plataforma de força com um transdutor de ultrassom conectado à perna. O dispositivo SMART-US forneceu feedback em tempo real sobre o nível de ativação e função muscular durante os saltos, com correlação significativa observada entre os dados de força e as medições ultrassonográficas. Chitnis acrescentou que a técnica também pode ser usada para examinar vários músculos diferentes simultaneamente.

“O biofeedback baseado em ultrassom pode ajudar a personalizar a terapia e a reabilitação para melhorar os resultados do tratamento”, explicou ele em entrevista coletiva. “Outras aplicações que imaginamos para a nossa tecnologia incluem fitness pessoal, treino atlético e medicina desportiva, saúde militar, reabilitação de AVC e avaliação do risco de quedas em populações idosas.”

O próximo objetivo é a transferência de tecnologia, para que o dispositivo seja aprovado pela FDA para que a equipe possa realizar estudos clínicos para reabilitação. Seguindo em frente, Chitnis prevê que as clínicas poderão adquirir um sistema de nível básico por apenas algumas centenas de dólares.

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