Målrettet legemiddellevering kan ha nytte av ny teknikk som involverer lydbølger

Flytte objekter uten å berøre dem

Moderne vitenskap har oppdaget måter å flytte ting uten å berøre dem. Dette ble først gjort med såkalte optiske tweezere, som bruker lys, og ble snart gjenskapt med akustiske tweezere, som bruker lyd.

Akustiske tweezere er av spesiell interesse fordi de kan trenge gjennom de fleste materialer. Deres brede frekvensområde gjør det mulig å manipulere gjenstander av ulike størrelser, fra individuelle celler til komplekse objekter. De er også ufarlige for biologisk vev.

For denne grunnen kan akustiske tweezere ha et bredt spekter av anvendelser, fra kirurgi til legemiddellevering. Problemet er at inntil nå var presis kontroll vanskelig i et komplekst miljø som en levende kropp.

Dette endrer seg, takket være nye oppdagelser publisert i Nature Physics av forskere ved EPFL (Sveits) og Wien University of Technology (Østerrike).

Skyvning med lydbølger

Forskningsgruppen brukte en ny metode for å lage akustiske tweezere kalt «wave-momentum shaping». Teknikken er tilpasningen av lydbølger til en ny metode som bruker lys for å organisere det til tross for et «rotete» miljø.

Essensielt kartlegger den først spredningseffekten av hindringer inn i en matrisestruktur (til høyre nedenfor), noe som gjør det mulig å bestemme hvordan tweezere kan brukes til tross for hindringer på veien.

Dette spredningsmatrisen utvikler seg i sanntid etter hvert som objektet beveger seg, og å holde den oppdatert i sanntid var en av hovedprestasjonene til forskerne, som brukte komplekse matematiske verktøy for å gjøre det.

Kilde: Nature

Dette endrer måten akustiske tweezere fungerer på. Vanligvis fanger metoden et objekt på ett sted. Her skyver lydbølgene det i stedet forsiktig langs, som en hockeykølle som skyver en puck.

Metoden fungerer med sfæriske objekter, men også med mer komplekse former. Den kan også kontrollere rotasjoner, noe som gir mer fleksibilitet i mulige bevegelser. Den kan fungere med praktisk talt alle materialer, uten at målet må være magnetisk eller spesielt motstandsdyktig.

Kilde: Nature

Mulige anvendelser

Medisinsk & Bioteknologi

Muligheten for direkte terapeutisk behandling i hele kroppen uten kirurgi er ganske interessant. Dette kan spesielt brukes for kreftbehandling, hvor levering av legemidlet direkte inn i svulsten kan sterkt øke effektiviteten.

“Noen legemiddelleveringsmetoder bruker allerede lydbølger for å frigjøre innkapslede legemidler, så denne teknikken er spesielt attraktiv for å skyve et legemiddel direkte mot tumorceller”

Tilsvarende kan biologisk analyse og prøvetaking gjøres uten å berøre vevet direkte, noe som reduserer risikoen for forurensning eller skade forårsaket av prosedyren.

Til slutt kan den også brukes til vevsteknologi eller til og med 3D‑bioprinting. Å tillate manipulering uten å måtte kutte gjennom kan hjelpe med å lage mer komplekse design, og bringer oss ett skritt nærmere drømmen om å produsere organer på forespørsel.

Produksjon

Å bevege seg fritt i alle retninger, små partikler, høres akkurat ut som det 3D‑utskrift prøver å oppnå.

I den forbindelse kan akustiske tweezere være en ny metode som kan legges til eksisterende additive produksjonsteknikker, ved å ordne partiklene før de bindes sammen til et solid objekt.

Den kan også brukes til å sette sammen separate deler, selv når direkte manipulering ikke ville være mulig.

Ikke første gang?

Vi har allerede dekket en lignende teknologi i artikkelen vår Akustiske energiemitter kan snart eliminere behovet for snitt under kirurgi.

I den forklarte vi hvordan en annen type optiske tweezere kunne oppnå lignende resultater. I så fall var fokuset mer på å utføre kirurgi uten noen kutt og å flytte små objekter inne i kroppen.

Dette var imidlertid en mer «klassisk» type optisk tweezers, som låser objektet på ett sted.

I begge tilfeller gjør akustiske tweezere sterke fremskritt innen sine grunnleggende vitenskaper, enten for kirurgi med sanntidsvisning gjennom ekografi eller med ekstremt presise skyvesystemer og en oppdatert spredningsmatrise for å holde den tiltenkte bevegelsen nøyaktig.

Så bør vi nå gå inn i fasen hvor disse teknologiene vil bli standardisert og kommersialisert, noe som vil bidra til å drive frem nye innovative typer terapier og øke effektiviteten til eksisterende.

3D-manipuleringsselskaper

Selv om et av de mest avanserte robotkirurgisystemene selges av Intuitive Surgical (ISRG), har selskapet mindre ekspertise innen ultralyd eller endoskopi enn noen av konkurrentene. Derfor er det sannsynlig at den første virkelige medisinske anvendelsen av akustiske tweezere kan komme fra medisinsk utstyrsselskaper som allerede er dyktige til å integrere mange medisinske enhetssystemer som roboter eller kirurgiske verktøy.

Alternativt kan fremgangen innen akustiske tweezere ha stor nytte av 3D‑utskrift og bioprinting, så et ledende selskap i denne sektoren kan også dra nytte av det.

1. Medtronic plc

Medtronic er en ledende leverandør av medisinsk utstyr, spesielt innen kirurgi og intensivbehandling. Mens de andre segmentene også kan betraktes som tilknyttet, representerer Medtronics medisinsk kirurgi-segment $2,1 milliarder i inntekter, av totalt $7,7 milliarder.

Kilde: Medtronic

Selskapet har vokst gjennom organisk vekst, takket være en stor andel av FoU‑budsjettet ($2,7 milliarder i 2022) og oppkjøp (9 i 2022 og $3,3 i ytterligere oppkjøp vurdert for 2023).

Medtronic ser en massiv mulighet for enklere, lavkost‑robotkirurgi:

“bare 2 % av operasjoner verden over utføres med robotassistanse. Det er 98 % som trenger å utføres med robotassistert kirurgi, men ikke i dag på grunn av kostnads- og bruksbelastningsproblemer”

Det er med den strategien i tankene at Medtronic har utviklet Hugo‑systemet.

Kilde: Medtronic

Den selger også Mazor X Stealth ryggmargsrobot‑assistert kirurgi‑enhet, takket være sitt oppkjøp av Mazor Robotics for $1,7 milliarder i desember 2018.

Alt i alt gir Medtronics solide omdømme og tilstedeværelse i praktisk talt hvert sykehus for minst noe utstyr dem et godt inngangspunkt for å erobre en solid del av det fremvoksende markedet for robotkirurgi, enten gjennom intern utvikling eller oppkjøp.

Den selger også endoskopiske ultralydsystemer, og dens tilstedeværelse innen kardiologi kan bidra til å anvende akustisk tweezers‑teknologi i kardiovaskulære terapier og operasjoner.

2. Cyfuse Biomedical K.K.

Det japanske selskapet ble grunnlagt i 2010 og begynte å selge 3D‑skrivere til forskere i 2013.

Fokuset er å produsere vev og organer uten kunstig støttestruktur, kun cellene selv, gjennom sin S‑Spike‑plattform. Dette er et ambisiøst mål, men også den endelige formen for 3D‑bioprinting som sannsynligvis vil bli vedtatt over tid.

Fraværet av støttestruktur kan vise seg avgjørende for å produsere «premium» organer så nært som mulig de opprinnelige organene. Teknologien kan kun 3D‑printe organstykker på 2–3 cm av gangen.

Kilde: Cyfuse Biomedical

Den retter seg mot 4 segmenter: ledd, lever, nerver og blodårer. Den kan også brukes til å lage «trenings»organer for kirurger, slik at de kan lære uten å risikere en pasients liv.

Kilde: Cyfuse Biomedical

Cyfuse er foreløpig ikke lønnsom (etter en kort periode med overskudd i 2021), men registrerer allerede noen få millioner dollar i inntekter.

Dette selskapet er for pasientinvestorer, som satser på at denne teknologien blir mer mainstream og forbedres til punktet hvor den kan bygge hele organer på én gang i én blokk.

I den forbindelse kan avanserte akustiske tweezere mangle trinn for å sette sammen mer komplekse og store organer.