Emittenti di Energia Acustica Potrebbero Presto Eliminare la Necessità di Incisioni Durante l’Intervento Chirurgico

Chirurgia Senza Tagli

La chirurgia è un campo medico che ha fatto enormi progressi nel passato. Inizialmente con l’anestesia generale, poi con procedure sempre più avanzate e strumenti precisi, e più recentemente con i robot, come abbiamo discusso in “Top 5 Robotic Surgery Stocks” e “Sony Showcases Surgical Precision with Robotics in Recent Microsurgery Demo“.

Questo progresso ha permesso alla chirurgia di diventare sempre meno invasiva. Oggi, un piccolo punto di ingresso è solitamente sufficiente, a malapena lasciando una cicatrice, riducendo il sanguinamento e accorciando il periodo di recupero.

I robot potrebbero rendere la chirurgia ancora migliore nel prossimo futuro, grazie ai ricercatori che stanno testando un modo per eseguire interventi chirurgici senza aprire un’incisione sul corpo. E ci sono riusciti utilizzando solo onde sonore.

Questo progetto è stato condotto da ricercatori del Virginia Polytechnic Institute and State University, University of North Carolina, e Michigan State University.

Chirurgia Basata sul Suono

Nella loro pubblicazione intitolata “Robot-assisted chirality-tunable acoustic vortex tweezers for contactless, multifunctional, 4-DOF object manipulation”, i ricercatori si sono concentrati su luoghi del corpo che i robot chirurgici stanno faticando a raggiungere – ad esempio, regioni schermate da barriere di tessuto e osso.

Per migliorare l’accesso, hanno utilizzato ” chirality-tunable acoustic vortex tweezers“, essenzialmente un emettitore di onde sonore progettato per muovere un oggetto a distanza.

Poiché le onde sonore si propagano in tutto il corpo, possono muovere particelle o oggetti di dimensioni da micrometri a millimetri all’interno del corpo senza contatto diretto. Questo controllo includeva “controllare la rotazione dell’oggetto e tradurre oggetti lungo percorsi a forma arbitraria“.

Il fascio di vortice acustico può essere mosso alla scala dei micrometri. Di conseguenza, l’area di cattura della particella può essere impostata con precisione nello spazio 3D e spostare una particella dopo la sua cattura può essere progettato. Quando si muove un piccolo oggetto lungo il percorso sinuoso di un vaso sanguigno, questa può essere una caratteristica critica.

Zhenhua Tian, Assistant Professor At Virginia Tech.

Come Funziona?

Le pinzette acustiche sono campi di vortice acustico che si incrociano per formare piccole trappole acustiche a forma di anello.

Source: Science Advances

Non solo può agire attraverso ossa o tessuti, ma può anche muovere cellule, farmaci o dispositivi chirurgici all’interno delle vene. E muoverli con precisione alla scala dei micrometri.

Combinando il concetto di pinzette acustiche, che si sta migliorando rapidamente, con un robot (simile a quelli già utilizzati in chirurgia), i ricercatori hanno raggiunto per la prima volta la manipolazione senza contatto a 4 gradi di libertà (4-DOF). Ciò significa movimento in tutte e tre le dimensioni dello spazio, nonché rotazione.

Le prestazioni sono state impressionanti anche grazie alla capacità di manipolare oggetti di dimensioni che vanno da micrometri a millimetri, nonché di consentire la manipolazione in uno spazio 3D di 10cm x 10cm x 10cm.

Source: Science Advances

Un’ultima innovazione è stata la risoluzione di una limitazione comune delle pinzette acustiche. La maggior parte di esse richiede materiali trasparenti per guidare il movimento. Il che, naturalmente, sarebbe controproducente per la chirurgia dietro ossa e tessuti biologici.

Quindi, hanno combinato le pinzette acustiche con una sonda ecografica. Hanno anche sviluppato un software dedicato per abilitare la sonda a funzionare nonostante il “rumore” delle pinzette acustiche.

Il nostro algoritmo di imaging minimizza i cicli di impulso-eco richiesti per raccogliere i segnali ecografici e implementa un passaggio di filtraggio nella dominio della frequenza per rimuovere il rumore del segnale indotto dalle pinzette acustiche.

Source: Science Advances

Applicazioni Al Di Fuori della Chirurgia

Le pinzette acustiche sono già state utilizzate per una vasta gamma di applicazioni biologiche:

• Spostare cellule (micrometri) e intere larve di pesci.
• Isolare vescicole extracellulari per la diagnosi di malattie, o isolare cellule tumorali.
• Disporre cellule per la biostampa.
• Concentrare biomarcatori per l’amplificazione del segnale.
• Guidare microrobot.

La tecnologia potrebbe anche essere utilizzata al di fuori della biologia. Ad esempio, per manipolare in modo sicuro gocce pericolose, o per controllare l’auto-assemblaggio di materiali colloidali e la disposizione di nanomateriali per la fabbricazione di compositi.

Quindi, nel complesso, questa scoperta è probabilmente da applicare per prima alla chirurgia, ma potrebbe successivamente avere ulteriori applicazioni nella consegna di farmaci mirati, nella biostampa 3D e nel progresso della scienza dei materiali, compresi i nanomateriali.

Azienda di Chirurgia Robotica

Mentre uno dei sistemi di chirurgia robotica più avanzati è venduto da Intuitive Surgical (ISRG), l’azienda ha meno esperienza in ultrasuoni o endoscopia rispetto ad alcuni dei suoi concorrenti.

Quindi, è probabile che la prima applicazione reale nella medicina delle pinzette soniche possa provenire da aziende di dispositivi medici già esperte nell’integrazione di molti sistemi di dispositivi medici come robot o strumenti chirurgici.

1. Medtronic plc

Medtronic è un leader nel settore dei dispositivi medici, specialmente nella chirurgia e cura intensiva. Mentre gli altri segmenti potrebbero anche essere considerati come afferenti ad esso, il segmento medico-chirurgico di Medtronic rappresenta 2,1 miliardi di dollari di entrate, su un totale di 7,7 miliardi di dollari.

Source: Medtronic

L’azienda cresce attraverso la crescita organica, grazie a una grande percentuale del budget per la ricerca e lo sviluppo ($2,7 miliardi nel 2022) e acquisizioni (9 nel 2022 e $3,3 miliardi di ulteriori acquisizioni considerate per il 2023).

Medtronic vede un’opportunità enorme per una chirurgia robotica più semplice e a basso costo:

“solo il 2% degli interventi chirurgici nel mondo viene eseguito con l’assistenza di robot. C’è il 98% che deve essere fatto tramite chirurgia robotica assistita, ma non oggi a causa dei costi e degli oneri di utilizzo”

È con questa strategia in mente che Medtronic ha sviluppato il sistema Hugo.

Source: Medtronic

Vende anche il dispositivo di chirurgia robotica assistita Mazor X Stealth, grazie al suo acquisto di 1,7 miliardi di dollari di Mazor Robotics nel dicembre 2018.

Nel complesso, la reputazione eccellente di Medtronic e la sua presenza in quasi ogni ospedale per almeno alcuni dispositivi gli danno un buon punto di partenza per catturare una solida parte del mercato nascente della chirurgia robotica, sia attraverso lo sviluppo interno che attraverso acquisizioni.

Vende anche sistemi di ultrasuoni endoscopici, e la sua presenza in cardiologia potrebbe aiutare ad applicare la tecnologia delle pinzette soniche alle terapie e agli interventi chirurgici cardiovascolari.

2. Stryker Corporation

Stryker è un altro leader nel settore dei dispositivi medici presente in quasi ogni ospedale o clinica ben attrezzata, trattando fino a 130 milioni di pazienti all’anno. I segmenti più grandi sono la traumatologia, l’endoscopia e gli strumenti.

Source: Stryker

L’azienda investe molto nell’innovazione, con 1,45 miliardi di dollari in ricerca e sviluppo nel 2022. È anche un’acquirente seriale, con 3 acquisizioni nel 2021. La maggior parte delle sue vendite sono state negli Stati Uniti (74%), con piani per continuare a crescere nei mercati esteri.

L’azienda è cresciuta nel segmento della chirurgia, notamente attraverso il suo acquisto di OrthoSpace per interventi di ortopedia.

Ha anche il sistema Mako, per la chirurgia assistita da braccio robotico dedicato alla chirurgia ortopedica.

Con una forte presenza nella traumatologia, nella neurologia, nella colonna vertebrale, nell’endoscopia e in altri interventi chirurgici interni, Stryker potrebbe essere tra le aziende che trarranno il maggior beneficio dalla chirurgia senza incisioni con pinzette acustiche.

Source: Stryker

Con la sua forte attenzione all’endoscopia e alla chirurgia ortopedica, Stryker è probabilmente destinata a diventare il leader della chirurgia robotica in questo segmento, che sta anche crescendo a causa dell’invecchiamento della popolazione.