Pengiriman Obat Tertarget Dapat Diuntungkan oleh Teknik Baru yang Melibatkan Gelombang Suara

Memindahkan Objek Tanpa Menyentuhnya

Cahaya dan suara dapat memindahkan benda melalui transfer momentum tanpa sentuhan alat secara langsung. Prinsip ini digunakan dalam pinset optik yang memakai cahaya dan pinset akustik yang memakai gelombang suara.

Pinset akustik menarik untuk diteliti karena gelombang suara dapat merambat melalui berbagai medium dan memanipulasi objek pada skala yang berbeda. Kemampuan menembus bahan dan keamanan bagi jaringan bergantung pada frekuensi, intensitas, durasi paparan, serta sifat medium; keduanya tidak berlaku tanpa batas.

Aplikasi yang diteliti mencakup manipulasi sel dan penghantaran obat. Namun, pengendalian yang presisi menjadi sulit ketika gelombang dihamburkan oleh lingkungan yang rumit dan berubah, termasuk kondisi yang mungkin dijumpai di dalam tubuh.

Kemajuan dalam mengatasi hambatan ini dilaporkan dalam penelitian yang dipublikasikan di Nature Physics oleh tim EPFL di Swiss dan TU Wien di Austria bersama para kolaboratornya.

Mendorong dengan Gelombang Suara

Tim mengembangkan pendekatan yang disebut wave-momentum shaping, atau pembentukan momentum gelombang. Teknik ini mengatur gelombang suara untuk menghasilkan gaya dan putaran yang diinginkan dalam medium penghambur yang kompleks.

Pengukuran matriks hamburan menggambarkan bagaimana gelombang masuk dipengaruhi oleh lingkungan. Informasi ini dipakai untuk menentukan pola gelombang yang dapat mendorong objek ke arah yang diinginkan.

Karena objek dan kondisi sekitar dapat berubah, pengukuran diperbarui secara waktu nyata. Kendali juga memakai acuan posisi, sehingga pola gelombang dapat disesuaikan selama pergerakan.

Sumber: Nature

Alih-alih hanya menahan objek pada satu posisi, metode ini mengendalikan dorongan dan putarannya. Perumpamaannya seperti tongkat hoki yang mengarahkan keping, meskipun gaya di sini berasal dari gelombang suara.

Demonstrasi mencakup perpindahan dan rotasi objek dalam lingkungan penghambur. Benda tidak perlu bersifat magnetis, tetapi keberhasilan pada objek percobaan bukan bukti bahwa semua bahan, ukuran, dan lingkungan tubuh dapat ditangani dengan cara yang sama.

Sumber: Nature

Aplikasi Potensial

Kedokteran & Bioteknologi

Dalam jangka panjang, kendali semacam ini mungkin mendukung penghantaran terapi ke sasaran tertentu, misalnya tumor. Namun, penelitian laboratorium ini belum menunjukkan pengantaran obat atau pengobatan kanker pada manusia.

Penghantaran obat berbantuan ultrasound sudah diteliti melalui beberapa mekanisme. Mengarahkan pembawa obat dengan gelombang merupakan kemungkinan lain yang masih memerlukan pengembangan dan pengujian.

Manipulasi tanpa kontak alat secara langsung juga dapat berguna untuk analisis biologis dan penanganan sampel. Dampaknya terhadap kontaminasi dan kerusakan bergantung pada sistem yang dipakai.

Rekayasa jaringan dan bioprinting tiga dimensi merupakan aplikasi potensial lain. Kemampuan menyusun bagian kecil dapat membantu penelitian menuju impian menghasilkan organ sesuai permintaan.

Manufaktur

Menyusun partikel kecil pada posisi tertentu juga relevan bagi manufaktur aditif atau pencetakan tiga dimensi.

Pinset akustik mungkin dapat melengkapi teknik yang sudah ada, misalnya dengan mengatur partikel sebelum direkatkan atau dipadatkan menjadi struktur.

Penyusunan komponen pada tempat yang sulit dijangkau alat merupakan kemungkinan lain. Kelayakannya harus dinilai untuk ukuran, bahan, dan proses tertentu.

Penelitian Akustik Terkait

Teknologi terkait dibahas dalam artikel “Pemancar energi akustik berpotensi mengurangi kebutuhan sayatan dalam tindakan medis”.

Artikel tersebut membahas pinset akustik, bukan pinset optik. Fokusnya adalah memanipulasi objek dengan gelombang suara dan memantau posisinya menggunakan pencitraan ultrasound.

Pendekatan perangkap akustik biasanya bertujuan menahan objek pada posisi tertentu, sedangkan penelitian ini mengembangkan kendali dorongan dan rotasi dalam medium penghambur yang berubah.

Keduanya menunjukkan kemajuan dalam pengendalian gelombang. Pencitraan dan pembaruan pengukuran dapat membantu mempertahankan posisi atau arah gerak yang diinginkan.

Standardisasi dan pemanfaatan klinis masih memerlukan pengembangan, evaluasi keamanan, bukti efektivitas, serta persetujuan yang sesuai. Kemajuan dasar ini tidak menentukan kapan produk akan tersedia.

Perusahaan Perangkat Medis dan Bioprinting

Salah satu produsen sistem bedah robotik adalah Intuitive Surgical (ISRG )  (ISRG), tetapi keberadaan perusahaan di bidang robotik tidak membuktikan siapa yang akan lebih dulu menerapkan pinset akustik secara klinis. Integrasi gelombang, pencitraan, dan alat medis akan memerlukan keahlian serta pengujian khusus.

Perusahaan bioprinting juga dapat meneliti manfaat manipulasi akustik, meskipun hubungan komersial dengan metode ini belum ditunjukkan.

1. Medtronic plc

Medtronic memasok berbagai perangkat medis, termasuk untuk bedah dan perawatan intensif. Angka sekitar US$2,1 miliar untuk segmen Medical Surgical dari total sekitar US$7,7 miliar merujuk pada kuartal ketiga tahun fiskal 2023, bukan pendapatan tahunan.

Sumber: Medtronic

Medtronic mengembangkan produk melalui penelitian internal dan akuisisi. Perusahaan melaporkan investasi penelitian dan pengembangan sekitar US$2,7 miliar pada tahun fiskal 2022. Rencana belanja akuisisi tidak sama dengan transaksi yang sudah diselesaikan.

Perusahaan melihat peluang memperluas penggunaan bedah robotik melalui akses dan biaya yang lebih baik.

Pernyataan bahwa sekitar 2% operasi dilakukan dengan bantuan robot tidak berarti 98% sisanya membutuhkan robot. Kesesuaian pendekatan bergantung pada prosedur, hasil klinis, biaya, dan kebutuhan pasien.

Medtronic mengembangkan sistem bedah berbantuan robot Hugo sebagai bagian dari strategi tersebut.

Sumber: Medtronic

Perusahaan juga menawarkan sistem bedah tulang belakang berbantuan robot Mazor X Stealth, setelah akuisisi Mazor Robotics yang diselesaikan pada Desember 2018 dengan nilai sekitar US$1,7 miliar.

Jaringan pelanggan dan pengalaman perangkat medis dapat mendukung pengembangan produk baru. Namun, keduanya tidak menjamin pangsa pasar atau keberhasilan teknologi pinset akustik.

Medtronic juga menawarkan perangkat ultrasound endoskopik. Keahlian pencitraan dan kardiovaskular mungkin relevan bagi penelitian manipulasi akustik, tetapi penerapannya sebagai terapi belum dibuktikan oleh studi ini.

2. Cyfuse Biomedical K.K.

Cyfuse Biomedical didirikan di Jepang pada 2010 dan mengembangkan perangkat bioprinting untuk penelitian.

Perusahaan berfokus pada pembuatan jaringan berbasis sel tanpa perancah buatan permanen. Susunan jarum sementara dapat digunakan untuk menahan agregat sel selama pembentukan jaringan, termasuk melalui platform S-PIKE. Pendekatan ini merupakan salah satu arah penelitian bioprinting, bukan satu-satunya bentuk yang pasti akan diadopsi.

Jaringan yang dibuat tanpa perancah permanen berpotensi meniru sebagian sifat jaringan alami. Namun, pembuatan struktur jaringan kecil tidak sama dengan kemampuan mencetak organ lengkap yang siap ditransplantasikan.

Sumber: Cyfuse Biomedical

Bidang pengembangannya mencakup tulang rawan atau sendi, hati, saraf, dan pembuluh darah. Struktur jaringan juga dapat diteliti sebagai model pelatihan bagi dokter bedah, dengan kesesuaian yang harus divalidasi untuk tujuan tertentu.

Sumber: Cyfuse Biomedical

Dalam konteks artikel 2024, Cyfuse merupakan perusahaan pengembangan teknologi yang kinerja keuangannya dapat berfluktuasi. Pendapatan penelitian atau penjualan perangkat tidak menunjukkan bahwa organ lengkap sudah tersedia secara komersial.

Investasi pada perusahaan seperti ini bergantung pada kemampuan teknologi berkembang, memperoleh bukti yang diperlukan, dan menghasilkan pendapatan yang berkelanjutan. Waktu pengembangan dan keberhasilan komersialnya tidak pasti.

Manipulasi akustik mungkin membantu penelitian penyusunan jaringan yang lebih kompleks. Studi yang dibahas belum membuktikan pembuatan organ lengkap atau kerja sama komersial dengan Cyfuse.