Ультразвукові інновації дозволяють проводити вакцинацію без болю, відстежувати динаміку м’язів у режимі реального часу – Physics World

Команда Акустика 2023 Сідней Конференція, спільно організована Акустичним товариством Америки та Австралійським акустичним товариством, зібрала акустиків, дослідників, музикантів та інших експертів з усього світу, щоб поділитися останніми розробками в цій галузі. Кілька представлених досліджень описували інноваційні застосування акустики в охороні здоров’я, включаючи використання акустичної кавітації для безголкової доставки вакцини та переносного ультразвукового перетворювача, який відстежує динаміку м’язів під час відновлення після травми.

УЗД дозволяє зробити щеплення безболісним

Дарсі Данн-Лоулесс з Оксфордського університету Інститут біомедичної інженерії описав використання ультразвуку для безголкової доставки вакцин.

Прагнучи уникнути страху голок, від якого страждають багато дорослих і багато дітей, Данн-Лоулесс і його колеги використовують акустичний ефект, званий кавітацією, під час якого звукова хвиля викликає утворення та лопання бульбашок. Коли ці бульбашки згортаються, вони вивільняють концентрований викид механічної енергії.

Ідея полягає в тому, щоб використовувати ці спалахи енергії трьома способами: щоб очистити проходи через зовнішній шар мертвих клітин шкіри та дозволити молекулам вакцини пройти через нього; активно проникати в організм молекулами вакцини; і відкрити клітинні мембрани всередині тіла. Щоб посилити активність кавітації, дослідники використовували частинки нанометрового розміру, які називаються білковими кавітаційними ядрами (PCaN) – по суті чашеподібними білковими частинками – для підтримки бульбашок газу.

У тестах на мишах дослідники порівнювали імунну відповідь, спричинену стандартною внутрішньошкірною вакцинацією ДНК-вакциною, з підходом кавітації. Для доставки на основі кавітації вони змішали PCaN з ДНК-вакциною в камері, розміщеній на шкірі тварини та підданій ультразвуку протягом двох хвилин.

Вони виявили, що звичайна ін’єкція доставляє на кілька порядків більше молекул вакцини, ніж кавітаційний підхід. «Однак тут все стає цікавим», — пояснив Данн-Лоулесс на прес-конференції. «Коли ви подивитеся на імунну відповідь, спричинену обома цими методами доставки, концентрацію антитіл, ви побачите, що група кавітації отримала значно вищу імунну відповідь, навіть незважаючи на те, що вони отримали набагато менше молекул вакцини».

Він зазначив, що це особливо захоплюючий результат, по-перше, оскільки він підтверджує, що таким чином можна доставляти вакцини. Але також тому, що це показує, що безголкова техніка теоретично може дозволити організму досягти більшої імунної відповіді з меншою кількістю вакцини, що робить вакцинацію ефективнішою.

Механізм, що лежить в основі цього ефекту, ще не ясний, але Данн-Лоулесс припустив, що це може бути пов’язано з діяльністю кавітації, що відкриває клітинні мембрани та пропускає молекули в клітини. Або іншими словами, хоча в організм потрапляє менше молекул, ті, які потрапляють, потрапляють у правильне місце. Це може бути особливо сприятливим для ДНК-вакцин, які зараз важко доставити, оскільки вони повинні потрапити всередину клітини, щоб функціонувати.

Моніторинг відновлення м'язів у реальному часі

Відновлення після пошкодження опорно-рухового апарату може бути тривалим і складним процесом. Тому важливо відстежувати прогрес пацієнта під час реабілітації та повільного відновлення м’язової сили. Але прямі вимірювання функції м’язів під час фізичної активності недоступні, і небагато медичних технологій можна використовувати під час руху пацієнта, що може перешкоджати лікуванню та реабілітації.

Одним із варіантів є ультразвукове дослідження, яке може забезпечити неінвазивні зображення тканин під шкірою та виявити, як різні групи м’язів рухаються та скорочуються під час динамічної фізичної активності. Традиційні ультразвукові системи, однак, є великими та громіздкими, вимагають, щоб пацієнт був прив’язаний до інструменту, і тому не сприяють отриманню зображень у реальному часі під час активності.

So Параг Читніс з Університету Джорджа Мейсона та його колеги вирішили створити власний ультразвуковий пристрій з нуля. Вони розробили компактну переносну ультразвукову систему, яка рухається разом з пацієнтом і видає клінічно значущу інформацію про роботу м’язів під час фізичної активності.

Для цього дослідники розробили нову ультразвукову технологію, яка базується на передачі низьковольтних довготривалих звукових сигналів на відміну від традиційно використовуваних дуже високовольтних короткотривалих імпульсних послідовностей. Це дозволило їм використовувати недорогі електронні компоненти, такі як ті, що є в автомобільному радіо, щоб розробити простішу портативну ультразвукову систему, яку можна було б живити від батарейок і приєднати до пацієнта. Вони називають новий підхід SMART-US, або одночасну оцінку опорно-рухового апарату з ультразвуком у реальному часі.

Команда перевірила цей підхід на суб’єкті, який виконував стрибки проти руху (звичайна вправа для оцінки здоров’я та функції нижніх кінцівок і колінних суглобів) на силовій пластині з ультразвуковим датчиком, прикріпленим до їхньої ноги. Пристрій SMART-US забезпечував зворотний зв’язок у режимі реального часу щодо рівня активації та функції м’язів під час стрибків із значною кореляцією між даними про силу та ультразвуковими вимірюваннями. Читніс додав, що цю техніку також можна використовувати для обстеження кількох різних м’язів одночасно.

Носимий ультразвуковий датчик забезпечує безперервне зображення серця

«Біологічний зворотний зв’язок на основі ультразвуку може допомогти персоналізувати терапію та реабілітацію для покращення результатів лікування», — пояснив він на прес-конференції. «Інші програми, які ми передбачаємо для нашої технології, включають особисту фітнес, спортивну підготовку та спортивну медицину, військову охорону здоров’я, реабілітацію після інсульту та оцінку ризику падінь у людей похилого віку».

Наступною метою є передача технології, щоб пристрій пройшов дозвіл FDA, щоб команда могла проводити клінічні дослідження для реабілітації. Рухаючись вперед, Чітніс передбачає, що клініки зможуть придбати систему базового рівня всього за кілька сотень доларів.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/ultrasound-innovations-enable-pain-free-vaccination-monitor-muscle-dynamics-in-real-time/