バイオテクノロジー
標的薬物送達は音波を利用した新技術から恩恵を受ける可能性があります
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触れずに物体を移動させる
現代科学は、物体に触れずに移動させる方法を発見しました。これはまず光を利用するいわゆる光学ピンセットで実現され、その後すぐに音を利用する音響ピンセットでも再現されました。
音響ピンセットは、ほとんどの材料を貫通できるため特に注目されています。その広い周波数帯域により、単一の細胞から複雑な物体まで、さまざまなサイズの対象を操作できます。また、生体組織に対して無害です。
このため、音響ピンセットは手術から薬物送達まで幅広い応用が期待できます。しかし、これまでのところ、生体のような複雑な環境での正確な制御は困難でした。
これは、スイスのEPFLとオーストリアのウィーン工科大学の研究者による、Nature Physics に掲載された新たな発見のおかげで変わりつつあります。
音波で押し出す
研究チームは「波動モーメント形成」と呼ばれる新しい手法で音響ピンセットを作成しました。この技術は、光を用いて乱雑な環境でも組織化する新手法を音波に適用したものです。
本質的には、まず障害物の散乱効果を行列構造（下右）に「マッピング」し、途中の障害物があってもピンセットの使い方を決定できるようにします。
この散乱行列は対象物が動くにつれてリアルタイムで変化し、リアルタイムで更新し続けることが研究者の主な成果の一つであり、複雑な数学的手法を用いて実現しました。
出典: Nature
これにより音響ピンセットの動作方式が変わります。従来は対象を一点に捕らえる方法でしたが、ここでは音波がホッケースティックでパックを押すように、対象を優しく押し進めます。
この手法は球形の対象だけでなく、より複雑な形状にも対応します。回転も制御でき、可能な動きにさらなる柔軟性を加えます。対象が磁性や特別な抵抗性を持つ必要はなく、実質的にあらゆる材料で動作可能です。
出典: Nature
可能な応用
医療・バイオテック
手術なしで体内全体に直接治療薬を投与できる可能性は非常に興味深いです。特にがん治療において、薬剤を腫瘍内部に直接届けることで効率が大幅に向上する可能性があります。
「一部の薬物送達法はすでに音波を用いてカプセル化された薬剤を放出していますので、この技術は薬剤を腫瘍細胞へ直接押し込む点で特に魅力的です」
同様に、生体分析やサンプル採取も組織に直接触れずに行えるため、汚染や手技による損傷のリスクを低減できます。
最後に、組織工学や3Dバイオプリンティングにも利用可能です。切断せずに操作できることで、より複雑な設計が可能となり、オンデマンドで臓器を作り出すという夢に一歩近づきます。
製造
自由に全方向へ動く小さな粒子は、3Dプリンティングが目指すものそのものです。
この点で、音響ピンセットは既存の付加製造技術に加える新たな手法となり得ます。粒子を固体に結合させる前に配置できるのです。
直接操作が不可能な場合でも、別々の部品を組み立てるために利用できるでしょう。
初めてではないか？
私たちはすでに、記事「音響エネルギーエミッタは手術中の切開の必要性をすぐに排除できるかもしれない」で類似技術を取り上げました。
その記事では、別のタイプの光学ピンセットが同様の結果を達成できることを説明しました。その場合、焦点は切開なしで手術を行い、体内の小さな物体を移動させることにありました。
しかしこれは、対象を一点に固定する「古典的」な光学ピンセットのタイプでした。
いずれの場合も、音響ピンセットは基礎科学の分野で大きな進展を遂げています。エコー画像によるリアルタイム視覚を伴う手術や、極めて正確な押し出しシステム、最新の散乱行列により意図した動きを正確に保つことが可能です。
したがって、これらの技術が標準化・商業化される段階に入り、新しい革新的な治療法を推進し、既存の治療法の効率を高めることが期待されます。
3D操作企業
最も先進的なロボット手術システムの一つはIntuitive Surgical (ISRG ) （ISRG）が販売していますが、同社は超音波や内視鏡の専門性では競合他社に劣ります。そのため、音響ピンセットの最初の実用医療応用は、ロボットや手術ツールなど多数の医療機器システムを統合する技術に長けた医療機器メーカーから生まれる可能性が高いです。
あるいは、音響ピンセットの進展は3Dプリンティングやバイオプリンティングから大きな恩恵を受ける可能性があるため、この分野のリーディングカンパニーも利益を得られるでしょう。
1. Medtronic plc
MDT 価格チャート
Medtronicは医療機器のリーダーで、特に手術と集中治療に強みがあります。他のセグメントも関連していますが、Medtronicの医療外科部門は総収益77億ドルのうち21億ドルを占めています。
出典: Medtronic
同社は、2022年の研究開発予算（27億ドル）の大部分と、2022年の9件、2023年に検討中の33億ドル相当の買収により、オーガニック成長を続けています。
Medtronicは、よりシンプルで低コストなロボット手術に大きな機会を見出しています:
「世界の手術のわずか2％しかロボット支援で行われていません。残りの98％はロボット支援手術で実施すべきですが、コストと利用負担のためにまだ実現していません」
この戦略のもと、MedtronicはHugoシステムを開発しました。
出典: Medtronic
また、2018年12月にMazor Roboticsを17億ドルで買収したことで、Mazor X Stealth 脊椎ロボット支援手術装置も販売しています。
全体として、Medtronicの卓越した評価と、ほぼすべての病院で何らかの機器が導入されていることから、内部開発または買収を通じて新興のロボット手術市場の確かなシェアを獲得する好位置にあります。
さらに、同社はすでに内視鏡超音波システムも販売しており、心臓領域での存在感を活かして音響ピンセット技術を心血管治療や手術に応用できる可能性があります。
2. Cyfuse Biomedical K.K.
T 価格チャート
この日本企業は2010年に設立され、2013年に研究者向けに3Dプリンターの販売を開始しました。
同社は人工的な足場を使用せず、細胞のみで組織や臓器を作り出すことに注力しており、S‑Spike プラットフォームを通じて実現しています。これは野心的な目標ですが、将来的に採用される3Dバイオプリンティングの最終形態でもあります。
足場がないことは、可能な限り天然臓器に近い「プレミアム」臓器を作る上で重要です。ただし、現時点では一度に2〜3cmサイズの臓器部品しか3Dプリントできません。
同社は4つの分野: 関節、肝臓、神経、血管を対象としています。また、外科医のための「トレーニング」用臓器作成にも利用でき、患者の命を危険にさらすことなく学習を支援します。
Cyfuseは現在、2021年に一時的に黒字化したものの、まだ採算が取れておらず、数百万ドル規模の売上を計上しています。
この企業は患者投資家向けで、技術が主流化し、単一ブロックで完全な臓器を一度に構築できるほどに進化することを期待しています。
その点で、先進的な音響ピンセットは、より複雑で大きな臓器を組み立てるための工程がまだ不足している可能性があります。
