Η Στοχευμένη Παράδοση Φαρμάκων Θα Μπορεί να Ωφεληθεί από Νέα Τεχνική που Συμπεριλαμβάνει Ηχητικά Κύματα

Μετακίνηση Αντικειμένων Χωρίς Άγγιγμα

Modern science has discovered ways to move things without touching them. This was first done with so-called optical tweezers, which use light, and soon replicated with acoustic tweezers, which use sound.

Τα ακουστικά πλινθόσπαστρα είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντα επειδή μπορούν να διαπεράσουν τα περισσότερα υλικά. Η ευρεία περιοχή συχνοτήτων τους επιτρέπει τη χειραγώγηση αντικειμένων διαφόρων μεγεθών, από μεμονωμένα κύτταρα μέχρι σύνθετα αντικείμενα. Είναι επίσης αβλαβή για τα βιολογικά ιστούς.

Για αυτόν τον λόγο, τα ακουστικά πλινθόσπαστρα θα μπορούσαν να έχουν ευρύ φάσμα εφαρμογών, από τη χειρουργική μέχρι την παράδοση φαρμάκων. Το πρόβλημα είναι ότι μέχρι τώρα, ο ακριβής έλεγχος κατά τη χρήση τους ήταν δύσκολος σε ένα πολύπλοκο περιβάλλον όπως το ζωντανό σώμα.

Αυτό αλλάζει, χάρη στις νέες ανακαλύψεις που δημοσιεύθηκαν στο Nature Physics από ερευνητές του EPFL (Ελβετία) και του Βιεννέζικου Πολυτεχνείου (Αυστρία).

Προώθηση με Ηχητικά Κύματα

Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποίησε μια νέα μέθοδο για τη δημιουργία ακουστικών πλινθόσπαστρων που ονομάζεται «διαμόρφωση κυματικού ορμής». Η τεχνική είναι η προσαρμογή των ηχητικών κυμάτων σε μια καινοτόμο μέθοδο που χρησιμοποιεί φως για οργάνωση, παρά το «ακατάστατο» περιβάλλον.

Βασικά, πρώτα «χαρτογραφεί» το φαινόμενο σκέδασης των εμποδίων σε μια δομή πίνακα (δεξιά παρακάτω), επιτρέποντας τον καθορισμό του πώς να χρησιμοποιηθεί το πλινθόσπαστρο παρά τα εμπόδια στον δρόμο.

Αυτός ο πίνακας σκέδασης εξελίσσεται σε πραγματικό χρόνο καθώς κινείται το αντικείμενο, και η διατήρηση του ενημερωμένου σε πραγματικό χρόνο ήταν μία από τις κύριες επιτυχίες των ερευνητών, οι οποίοι χρησιμοποίησαν σύνθετα μαθηματικά εργαλεία για να το πετύχουν.

Πηγή: Nature

Αυτό αλλάζει τον τρόπο λειτουργίας των ακουστικών πλινθόσπαστρων. Κανονικά η μέθοδος παγιδεύει ένα αντικείμενο σε ένα σημείο. Εδώ, αντίθετα, τα ηχητικά κύματα το ωθούν απαλά, όπως ένα χόκεϊ μπαστούνι που σπρώχνει μια δίσκο.

Η μέθοδος λειτουργεί με σφαιρικά αντικείμενα, αλλά και με πιο σύνθετα σχήματα. Μπορεί επίσης να ελέγχει περιστροφές, προσθέτοντας περισσότερη ευελιξία στις δυνατές κινήσεις. Μπορεί να λειτουργήσει με σχεδόν οποιοδήποτε υλικό, χωρίς το στόχο να χρειάζεται να είναι μαγνητικό ή ιδιαίτερα ανθεκτικό.

Πηγή: Nature

Πιθανές Εφαρμογές

Ιατρική & Βιοτεχνολογία

Η δυνατότητα άμεσης θεραπευτικής αγωγής σε όλο το σώμα χωρίς χειρουργική επέμβαση είναι αρκετά ενδιαφέρουσα. Αυτό θα μπορούσε ιδιαίτερα να χρησιμοποιηθεί για την θεραπεία του καρκίνου, όπου η παράδοση του φαρμάκου απευθείας στον όγκο θα μπορούσε να ενισχύσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα.

“Ορισμένες μέθοδοι παράδοσης φαρμάκων χρησιμοποιούν ήδη ηχητικά κύματα για την απελευθέρωση ενθυλαστωμένων φαρμάκων, επομένως αυτή η τεχνική είναι ιδιαίτερα ελκυστική για την ώθηση ενός φαρμάκου απευθείας προς τα κύτταρα του όγκου”

Ανάλογα, η βιολογική ανάλυση και η λήψη δειγμάτων θα μπορούσαν να γίνουν χωρίς άμεση επαφή με τους ιστούς, μειώνοντας τον κίνδυνο μόλυνσης ή ζημίας που προκαλεί η διαδικασία.

Τέλος, θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη μηχανική ιστών ή ακόμη και 3D βιοεκτύπωση. Η δυνατότητα χειραγώγησης χωρίς ανάγκη κοπής θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία πιο σύνθετων σχεδίων, φέρνοντάς μας ένα βήμα πιο κοντά στο όνειρο της παραγωγής οργάνων κατ’ απαίτηση.

Κατασκευή

Η κίνηση κατά βούληση σε όλες τις κατευθύνσεις, μικρά σωματίδια ακούγεται ακριβώς αυτό που προσπαθεί να επιτύχει η 3D εκτύπωση.

Σε αυτό το πλαίσιο, τα ακουστικά πλινθόσπαστρα θα μπορούσαν να αποτελέσουν μια νέα μέθοδο που θα προσθεθεί στις υπάρχουσες τεχνικές προσθετικής κατασκευής, διατάσσοντας τα σωματίδια πριν δεσμευτούν μαζί σε ένα στερεό αντικείμενο.

Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη συναρμολόγηση ξεχωριστών μερών, ακόμη και όταν η άμεση χειραγώγηση δεν είναι δυνατή.

Δεν Είναι Πρώτη;

We already cover a similar technology in our article “Οι Εκπομπούς Ακουστικής Ενέργειας Μπορεί Σύντομα Να Εξαλείψουν την Ανάγκη Εγκοπής Κατά τη Χειρουργική”.

Σε αυτό, εξηγήσαμε πώς ένας άλλος τύπος οπτικών πλινθόσπαστρων θα μπορούσε να επιτύχει παρόμοια αποτελέσματα. Σε αυτήν την περίπτωση, η έμφαση ήταν περισσότερο στην εκτέλεση χειρουργικής χωρίς κανένα κόψιμο και στη μετακίνηση μικρών αντικειμένων μέσα στο σώμα.

Ωστόσο, αυτό ήταν περισσότερο ένας «κλασικός» τύπος οπτικού πλινθόσπαστρου, που κλειδώνει το αντικείμενο σε ένα σημείο.

Και στις δύο περιπτώσεις, τα ακουστικά πλινθόσπαστρα σημειώνουν ισχυρή πρόοδο στις θεμελιώδεις επιστήμες τους, είτε για χειρουργική με άμεση απεικόνιση μέσω ηχογραφίας είτε με εξαιρετικά ακριβή συστήματα ώθησης και ενημερωμένο πίνακα σκέδασης για τη διατήρηση της ακριβούς κίνησης.

Έτσι, πρέπει τώρα να προχωρήσουμε στο βήμα όπου αυτές οι τεχνολογίες θα τυποποιηθούν και θα εμπορευματοποιηθούν, βοηθώντας στην προώθηση νέων καινοτόμων τύπων θεραπειών και στην ενίσχυση της αποτελεσματικότητας των υφιστάμενων.

Εταιρείες 3Δ Χειρισμού

Ενώ ένα από τα πιο προηγμένα συστήματα ρομποτικής χειρουργικής πωλείται από την Intuitive Surgical (ISRG), η εταιρεία έχει λιγότερη εμπειρία στην υπερηχογραφία ή ενδοσκόπηση σε σύγκριση με ορισμένους ανταγωνιστές της. Έτσι, είναι πιθανό ότι η πρώτη πραγματική ιατρική εφαρμογή των ακουστικών πλινθόσπαστρων θα προέλθει από εταιρείες ιατρικών συσκευών που ήδη είναι εξειδικευμένες στην ενσωμάτωση πολλών συστημάτων ιατρικών συσκευών, όπως ρομπότ ή εργαλεία χειρουργικής.

Εναλλακτικά, η πρόοδος στα ακουστικά πλινθόσπαστρα θα μπορούσε να ωφεληθεί σημαντικά από την 3D εκτύπωση και τη βιοεκτύπωση, οπότε μια κορυφαία εταιρεία σε αυτόν τον τομέα θα μπορούσε επίσης να ωφεληθεί.

1. Medtronic plc

Η Medtronic είναι ηγέτης στον χώρο των ιατρικών συσκευών, ιδιαίτερα στη χειρουργική και τη εντατική θεραπεία. Ενώ τα άλλα τμήματα θα μπορούσαν επίσης να θεωρηθούν συναφή, το ιατρικό χειρουργικό τμήμα της Medtronic αντιπροσωπεύει έσοδα 2,1 δισεκατομμυρίων δολαρίων, από σύνολο 7,7 δισεκατομμυρίων δολαρίων.

Πηγή: Medtronic

Η εταιρεία έχει αυξηθεί μέσω οργανικής ανάπτυξης, χάρη σε μεγάλο ποσοστό του προϋπολογισμού Έρευνας & Ανάπτυξης (2,7 δισεκατομμύρια δολάρια το 2022) και εξαγορών (9 το 2022 και εξαγορές αξίας 3,3 δισεκατομμυρίων δολαρίων που εξετάζονται για το 2023).

Η Medtronic βλέπει μια τεράστια ευκαιρία για πιο απλή, χαμηλού κόστους ρομποτική χειρουργική:

“μόνο το 2% των χειρουργικών επεμβάσεων παγκοσμίως πραγματοποιούνται με τη βοήθεια ρομπότ. Το 98% που απομένει χρειάζεται να γίνει μέσω ρομποτικά υποστηριζόμενης χειρουργικής, αλλά όχι σήμερα λόγω του κόστους και των περιορισμών χρήσης”

Με αυτή τη στρατηγική στο μυαλό, η Medtronic ανέπτυξε το σύστημα Hugo.

Πηγή: Medtronic

Πωλεί επίσης τη συσκευή Mazor X Stealth για ρομποτική υποστηριζόμενη χειρουργική σπονδυλικής στήλης, χάρη στην εξαγορά των Mazor Robotics αξίας 1,7 δισεκατομμυρίων δολαρίων τον Δεκέμβριο του 2018.

Συνολικά, η εξαιρετική φήμη της Medtronic και η παρουσία της σχεδόν σε κάθε νοσοκομείο για τουλάχιστον κάποιο εξοπλισμό της δίνει ένα καλό σημείο εισόδου για να καταλάβει σημαντικό μέρος της αναδυόμενης αγοράς ρομποτικής χειρουργικής, είτε μέσω εσωτερικής ανάπτυξης είτε μέσω εξαγορών.

Πωλεί επίσης συστήματα ενδοσκοπικής υπερηχογραφίας, και η παρουσία της στην καρδιολογία θα μπορούσε να βοηθήσει στην εφαρμογή της τεχνολογίας ακουστικών πλινθόσπαστρων σε καρδιαγγειακές θεραπείες και χειρουργικές επεμβάσεις.

2. Cyfuse Biomedical K.K.

Η ιαπωνική εταιρεία ιδρύθηκε το 2010 και άρχισε να πουλά 3D εκτυπωτές σε ερευνητές το 2013.

Η εστίασή της είναι η παραγωγή ιστών και οργάνων χωρίς καμία τεχνητή σκελετική δομή, μόνο τα ίδια τα κύτταρα, μέσω της πλατφόρμας S‑Spike. Αυτός είναι ένας φιλόδοξος στόχος, αλλά και η τελική μορφή της 3D βιοεκτύπωσης που πιθανότατα θα υιοθετηθεί με την πάροδο του χρόνου.

Η έλλειψη σκελετικής δομής θα μπορούσε να αποδειχθεί κρίσιμη για την παραγωγή «πριμοδότημένων» οργάνων όσο το δυνατόν πιο κοντά στα φυσικά όργανα. Η τεχνολογία μπορεί να εκτυπώσει μόνο κομμάτια οργάνων 2‑3 cm τη φορά.

Πηγή: Cyfuse Biomedical

Στοχεύει σε 4 τομείς: αρθρώσεις, ήπαρ, νεύρα και αιμοφόρα αγγεία. Θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία «εκπαιδευτικών» οργάνων για χειρουργούς, βοηθώντας τους να μάθουν χωρίς να θέτουν σε κίνδυνο τη ζωή ενός ασθενούς.

Πηγή: Cyfuse Biomedical

Η Cyfuse, προς το παρόν, δεν είναι κερδοφόρα (μετά από μια σύντομη περίοδο κέρδους το 2021), αλλά ήδη καταγράφει μερικά εκατομμύρια δολάρια εσόδων.

Αυτή η εταιρεία απευθύνεται σε επενδυτές-ασθενείς, βασιζόμενη σε αυτήν την τεχνολογία να γίνει πιο διαδεδομένη και να βελτιωθεί στο σημείο που θα μπορεί να κατασκευάσει πλήρη όργανα ταυτόχρονα σε ένα μπλοκ.

Σε αυτό το πλαίσιο, τα προηγμένα ακουστικά πλινθόσπαστρα ενδέχεται να λείπουν βήματα για τη συναρμολόγηση πιο σύνθετων και μεγάλων οργάνων.