Målrettet lægemiddellevering kan drage fordel af ny teknik, der involverer lydbølger

Flytning af objekter uden at røre ved dem

Moderne videnskab har opdaget måder at flytte ting på uden at røre ved dem. Dette blev først gjort med såkaldte optiske pincetter, som bruger lys, og blev snart efterfulgt af akustiske pincetter, som bruger lyd.

Akustiske pincetter er af særlig interesse, fordi de kan trænge igennem de fleste materialer. Deres brede frekvensområde muliggør manipulation af genstande i forskellige størrelser, fra enkelte celler til komplekse objekter. De er også harmløse for biologisk væv.

Af denne grund kan akustiske pincetter have et bredt anvendelsesområde, fra kirurgi til lægemiddellevering. Problemet er, at indtil nu har præcis kontrol ved brug af dem været vanskelig i et komplekst miljø som en levende krop.

Dette er ved at ændre sig, takket være nye opdagelser offentliggjort i Nature Physics af forskere ved EPFL (Schweiz) og Wien Teknologiske Universitet (Østrig).

Skub med lydbølger

Forskningsholdet brugte en ny metode til at skabe akustiske pincetter kaldet “wave-momentum shaping”. Teknikken er tilpasningen af en lydbølge til en ny metode, der bruger lys til at organisere den trods et “rodet” miljø.

Grundlæggende “kortlægger” den først spredningseffekten af forhindringer til en matrixstruktur (til højre nedenfor), hvilket gør det muligt at bestemme, hvordan pincetterne kan bruges på trods af forhindringer på vejen.

Denne spredningsmatrix udvikler sig i realtid, efterhånden som objektet bevæger sig, og at holde den opdateret i realtid var en af forskernes hovedpræstationer, som brugte komplekse matematiske værktøjer til at gøre det.

Kilde: Nature

Dette ændrer måden, akustiske pincetter fungerer på. Normalt fastholder metoden et objekt på ét sted. Her i stedet skubber lydbølgerne det blidt frem, som en hockeykølle, der skubber en puck.

Metoden fungerer med kugleformede objekter, men også med mere komplekse former. Den kan også kontrollere rotationer, hvilket giver mere fleksibilitet i de mulige bevægelser. Den kan arbejde med stort set ethvert materiale, uden at målet behøver at være magnetisk eller særligt modstandsdygtigt.

Kilde: Nature

Mulige anvendelser

Medicinsk & Bioteknologi

Muligheden for direkte terapeutisk behandling i hele kroppen uden operation er ret interessant. Dette kunne især anvendes til kræftbehandling, hvor levering af lægemidlet direkte ind i tumoren kan øge effektiviteten markant.

“Nogle metoder til lægemiddellevering bruger allerede lydbølger til at frigive indkapslede lægemidler, så denne teknik er især attraktiv for at skubbe et lægemiddel direkte mod tumorceller”

Tilsvarende kan biologisk analyse og prøvetagning udføres uden direkte at røre ved vævet, hvilket reducerer risikoen for forurening eller skade forårsaget af proceduren.

Endelig kan den også bruges til vævsteknologi eller endda 3D-bioprintning. At muliggøre manipulation uden at skulle skære igennem kan hjælpe med at skabe mere komplekse designs, hvilket bringer os et skridt tættere på drømmen om at producere organer på efterspørgsel.

Fremstilling

At bevæge sig frit i alle retninger, små partikler lyder præcis som det, 3D-printning forsøger at opnå.

I den henseende kan akustiske pincetter være en ny metode, der kan tilføjes til eksisterende additive fremstillingsteknikker, ved at arrangere partiklerne, før de bindes sammen til et solidt objekt.

Den kan også bruges til at samle separate dele, selv når direkte manipulation ikke ville være mulig.

Ikke den første?

Vi har allerede dækket en lignende teknologi i vores artikel “Akustiske energiemitter kan snart eliminere behovet for snit under operation”.

I den forklarede vi, hvordan en anden type optiske pincetter kunne opnå lignende resultater. I så fald var fokus mere på at udføre operation uden nogen snit og at flytte små objekter inde i kroppen.

Dette var dog mere af en “klassisk” type optisk pincet, der låser objektet på ét sted.

I begge tilfælde gør akustiske pincetter store fremskridt inden for deres grundlæggende videnskab, enten til operation med realtidsvisning gennem ekkografi eller med ekstremt præcise skubsystmer og en opdateret spredningsmatrix for at holde den tilsigtede bevægelse nøjagtig.

Så bør vi nu gå videre til det trin, hvor disse teknologier vil blive standardiseret og kommercialiseret, hvilket hjælper med at skubbe nye innovative typer af terapier frem og øge effektiviteten af eksisterende.

3D-manipulationsvirksomheder

Mens et af de mest avancerede robotkirurgisystemer sælges af Intuitive Surgical (ISRG )  (ISRG), har virksomheden mindre ekspertise inden for ultralyd eller endoskopi end nogle af dens konkurrenter. Så det er sandsynligt, at den første virkelige medicinske anvendelse af akustiske pincetter kan komme fra medicinsk udstyrsvirksomheder, der allerede er dygtige til at integrere mange medicinske enhedssystemer som robotter eller kirurgiske værktøjer.

Alternativt kan fremskridtene inden for akustiske pincetter drage stor fordel af 3D-printning og bioprintning, så en førende virksomhed i denne sektor også kan have gavn af det.

1. Medtronic plc

Medtronic er en førende leverandør af medicinsk udstyr, især inden for kirurgi og intensivpleje. Mens de andre segmenter også kan betragtes som tilknyttede, udgør Medtronic’s medicinsk‑kirurgiske segment $2,1 mia. i omsætning ud af i alt $7,7 mia.

Kilde: Medtronic

Virksomheden har vokset gennem organisk vækst, takket være en stor procentdel af forsknings‑ og udviklingsbudgettet ($2,7 mia. i 2022) og opkøb (9 i 2022 og $3,3 i yderligere opkøb overvejet for 2023).

Medtronic ser en enorm mulighed for enklere, lavpris‑robotkirurgi:

“kun 2 % af operationerne verden over udføres med robotassistance. Der er 98 % der kunne udføres robotassisteret, men ikke i dag på grund af omkostnings‑ og udnyttelsesbyrder”

Det er med den strategi i tankerne, at Medtronic har udviklet Hugo‑systemet.

Kilde: Medtronic

Den sælger også Mazor X Stealth spinal robot‑assisteret kirurgi‑enhed, takket være sit $1,7 mia. opkøb af Mazor Robotics i december 2018.

Samlet set giver Medtronic’s stærke omdømme og tilstedeværelse i stort set hvert hospital et godt indgangspunkt til at erobre en solid del af det spirende robotkirurgimarked, enten gennem intern udvikling eller opkøb.

Den sælger også endoskopisk ultralydssystemer, og dens tilstedeværelse inden for kardiologi kan hjælpe med at anvende akustisk‑pincette‑teknologi til kardiovaskulære terapier og operationer.

2. Cyfuse Biomedical K.K.

Den japanske virksomhed blev grundlagt i 2010 og begyndte at sælge 3D‑printere til forskere i 2013.

Dens fokus er på at producere væv og organer uden kunstige scaffold‑strukturer, kun med cellerne selv, gennem dens S‑Spike‑platform. Dette er et ambitiøst mål, men også den endelige form for 3D‑bioprintning, der sandsynligvis vil blive vedtaget over tid.

Fraværet af scaffold kan vise sig afgørende for at producere “premium” organer så tæt på naturlige organer som muligt. Teknologien kan kun 3D‑printe organstykker på 2‑3 cm ad gangen.

Kilde: Cyfuse Biomedical

Den retter sig mod 4 segmenter: led, lever, nerver og blodkar. Den kan også bruges til at skabe “trænings”‑organer for kirurger, så de kan lære uden at risikere en patients liv.

Kilde: Cyfuse Biomedical

Cyfuse er i øjeblikket ikke profitabel (efter en kortvarig profitperiode i 2021), men registrerer allerede nogle få millioner dollars i omsætning.

Dette firma henvender sig til patient‑investorer, der satser på, at teknologien bliver mere udbredt og forbedres til det punkt, hvor den kan bygge komplette organer på én gang i én blok.

I den henseende kan avancerede akustiske pincetter mangle trin til at samle mere komplekse og store organer.