Los emisores de energía acústica podrían eliminar pronto la necesidad de incisión durante la cirugía

Cirugía sin incisión

La cirugía es un campo médico que ha avanzado enormemente en el pasado. Primero con la anestesia general, luego con procedimientos cada vez más avanzados y herramientas precisas, y más recientemente con robots, como discutimos en “Top 5 Robotic Surgery Stocks” y “Sony Showcases Surgical Precision with Robotics in Recent Microsurgery Demo”.

Este progreso ha permitido que la cirugía sea cada vez menos invasiva. Hoy en día, un punto de entrada muy pequeño suele ser suficiente, dejando apenas una cicatriz, reduciendo el sangrado y acortando el período de recuperación.

Los robots podrían mejorar aún más la cirugía en un futuro cercano, gracias a investigadores que están probando una forma de realizar cirugía sin abrir una incisión en el cuerpo. Y lo han logrado usando solo ondas sonoras.

Este proyecto fue realizado por investigadores de la Virginia Polytechnic Institute and State University, la University of North Carolina y la Michigan State University.

Cirugía basada en sonido

En su publicación titulada “Robot-assisted chirality-tunable acoustic vortex tweezers for contactless, multifunctional, 4-DOF object manipulation”, los investigadores se centraron en áreas del cuerpo a las que los robots quirúrgicos les cuesta llegar, por ejemplo, regiones protegidas por barreras de tejido y hueso.

Para mejorar el acceso, utilizaron “chirality-tunable acoustic vortex tweezers”, esencialmente un emisor de ondas de ultrasonido diseñado para mover un objeto a distancia.

Debido a que las ondas sonoras viajan por todo el cuerpo, pueden mover partículas bajo demanda o objetos de tamaño micro a milimétrico dentro del cuerpo sin contacto directo. Este control incluía “controlar la rotación del objeto y trasladar objetos a lo largo de trayectorias de forma arbitraria”.

El haz de vórtice acústico puede moverse a escala micrométrica. En consecuencia, el área de captura de partículas puede establecerse con precisión en un espacio 3D, y mover una partícula después de su captura puede ser ingenierizado. Al mover un objeto diminuto a lo largo del camino sinuoso de un vaso sanguíneo, esto puede ser una característica crítica.

Zhenhua Tian, Profesor Asistente en Virginia Tech.

¿Cómo funciona?

Los tweezers acústicos son campos de vórtice acústico que se cruzan entre sí para formar pequeñas trampas acústicas en forma de anillo.

Fuente: Science Advances

No solo puede actuar a través de huesos o tejido, sino que también puede mover células, fármacos o dispositivos quirúrgicos dentro de las venas. Y moverlos con precisión a escala micrométrica.

Al combinar el concepto de tweezers acústicos, que está mejorando rápidamente, con un robot (similar a los ya usados en cirugía), los investigadores lograron por primera vez una manipulación sin contacto de 4 grados de libertad (4-DOF). Esto significa movimiento en las 3 dimensiones del espacio así como rotación.

El rendimiento también fue impresionante debido a la capacidad de manipular objetos que van desde micrómetros hasta tamaños milimétricos, además de permitir la manipulación en un amplio espacio 3D de 10 cm por 10 cm por 10 cm.

Fuente: Science Advances

Un último avance fue resolver una limitación común de los tweezers acústicos. La mayoría requieren materiales transparentes para guiar el movimiento, lo cual, por supuesto, sería autodestructivo para cirugías detrás de huesos y tejidos biológicos.

Así que combinaron el tweezers acústico con una sonda de ultrasonido. También desarrollaron software dedicado para que la sonda funcione a pesar del “ruido” del tweezers acústico.

Nuestro algoritmo de imagen reduce los ciclos de pulso‑eco necesarios para recopilar señales de ultrasonido e implementa un paso de filtrado en el dominio de la frecuencia para eliminar el ruido de señal inducido por el tweezers acústico.

Fuente: Science Advances

Aplicaciones más allá de la cirugía

Los tweezers acústicos ya se han utilizado para una amplia gama de aplicaciones biológicas:

• Mover células (micrómetros) y larvas de peces completas.
• Aislar vesículas extracelulares para diagnóstico de enfermedades, o aislar células tumorales.
• Organizar células para bioprintado.
• Concentrar biomarcadores para mejorar la señal.
• Dirigir microrobots.

La tecnología también podría usarse más allá de la biología. Por ejemplo, para manipular gotas peligrosas de forma segura, o para controlar la auto‑ensambladura de materiales coloidales y la organización de nanomateriales para la fabricación de composites.

En conjunto, es probable que este descubrimiento se aplique primero al campo de la cirugía, pero podría tener más adelante aplicaciones en la entrega dirigida de fármacos, bioprintado 3D y avances en la ciencia de materiales, incluidos los nanomateriales.

Empresa de cirugía robótica

Aunque uno de los sistemas de cirugía robótica más avanzados es vendido por Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG), la compañía tiene menos experiencia en ultrasonido o endoscopia que algunos de sus competidores.

Por lo tanto, es probable que la primera aplicación médica real de los tweezers sónicos provenga de empresas de dispositivos médicos que ya son expertas en integrar muchos sistemas de dispositivos médicos como robots o herramientas quirúrgicas.

1. Medtronic plc

Medtronic es un líder en dispositivos médicos, especialmente en cirugía y cuidados intensivos. Mientras que los otros segmentos también podrían considerarse afines, el segmento quirúrgico médico de Medtronic representa $2.1 B de ingresos, de un total de $7.7 B.

Fuente: Medtronic

La compañía ha crecido mediante crecimiento orgánico, gracias a un gran porcentaje del presupuesto de I+D ($2.7 B en 2022) y adquisiciones (9 en 2022 y $3.3 B en adquisiciones adicionales previstas para 2023).

Medtronic ve una gran oportunidad para una cirugía robótica más simple y de bajo costo:

“solo el 2 % de las cirugías en todo el mundo se realizan con la ayuda de robots. Hay un 98 % que necesita hacerse mediante cirugía asistida por robot, pero no hoy debido a los costos y a la carga de utilización”.

Con esa estrategia en mente, Medtronic ha desarrollado el sistema Hugo.

Fuente: Medtronic

También vende el dispositivo de cirugía robótica espinal Mazor X Stealth, gracias a su adquisición de $1.7 mil millones de Mazor Robotics en diciembre de 2018.

En general, la excelente reputación de Medtronic y su presencia en prácticamente todos los hospitales con al menos algún equipo le brinda un buen punto de entrada para capturar una parte sólida del incipiente mercado de cirugía robótica, ya sea mediante desarrollo interno o adquisiciones.

También vende sistemas de ultrasonido endoscópico, y su presencia en cardiología podría ayudar a aplicar la tecnología de tweezers sónicos a terapias y cirugías cardiovasculares.

2. Stryker Corporation

Stryker es otro líder en dispositivos médicos presente en prácticamente todos los hospitales o clínicas bien equipados, atendiendo hasta 130 millones de pacientes al año. Los segmentos más grandes son traumatología, endoscopia e instrumentos.

Fuente: Stryker

La compañía invierte fuertemente en innovación, con $1.45 B en I+D en 2022. También es una adquirente serial, con 3 adquisiciones en 2021. La mayor parte de sus ventas se han dirigido a EE. UU. (74 %), con planes de seguir creciendo en mercados extranjeros.

La empresa ha crecido en el segmento quirúrgico, notablemente a través de su adquisición de OrthoSpace en 2019 para cirugías ortopédicas.

También cuenta con Mako, para una cirugía asistida por brazo robótico dedicada a la cirugía ortopédica.

Con una fuerte presencia en trauma, neurología, columna, endoscopia y otras cirugías internas, Stryker podría estar entre las compañías que más se beneficien de la cirugía sin incisión con tweezers acústicos.

Fuente: Stryker

Con su fuerte enfoque en endoscopia y cirugía ortopédica, es probable que Stryker se convierta en el líder de cirugía robótica en este segmento, que también está creciendo debido a una población envejecida.