Entrega Direcionada de Medicamentos Pode Se Beneficiar de Nova Técnica Envolvendo Ondas Sonoras

Movendo Objetos Sem Tocá‑los

A ciência desenvolveu formas de manipular objetos sem contato mecânico direto. As pinças ópticas utilizam luz, enquanto as pinças acústicas utilizam ondas sonoras.

As pinças acústicas despertam interesse porque o som pode atravessar muitos meios e manipular objetos de diferentes tamanhos. A interação depende da frequência, intensidade e propriedades do meio. A segurança para tecidos biológicos deve ser avaliada para cada aplicação; não é uma característica incondicional de qualquer exposição acústica.

As aplicações em investigação incluem procedimentos médicos e transporte de medicamentos. Controlar precisamente a força em ambientes complexos e variáveis, como os tecidos do corpo, continua sendo um desafio.

Uma abordagem para enfrentar esse problema aparece em novas descobertas publicadas na Nature Physics de pesquisadores da EPFL, na Suíça, e da Universidade Técnica de Viena, na Áustria. A demonstração experimental ainda não equivale a um tratamento clínico.

Empurrando com Ondas Sonoras

A equipe desenvolveu uma abordagem chamada modelagem do momento das ondas, ou wave-momentum shaping. Ela adapta conceitos de controle de ondas para exercer forças mesmo em um ambiente com espalhamento complexo.

O método caracteriza a resposta de espalhamento por meio de uma matriz. Essa informação permite determinar como configurar as ondas incidentes para produzir a força desejada apesar dos obstáculos.

Como o objeto se move, essa resposta muda. Atualizar o controle durante o movimento foi uma parte importante da demonstração, apoiada em ferramentas matemáticas.

Fonte: Nature

Em vez de apenas manter um objeto preso em uma posição, a abordagem controla a transferência de momento das ondas para empurrá-lo ao longo de uma trajetória, de maneira comparável a um taco deslocando um disco de hóquei.

O controle pode abranger objetos esféricos e formas mais complexas, incluindo a rotação. Não exige que o alvo seja magnético, embora o desempenho dependa das propriedades acústicas do objeto e do ambiente.

Fonte: Nature

Aplicações Possíveis

Médico & Biotecnologia

Uma possível aplicação futura seria direcionar agentes terapêuticos sem acesso cirúrgico direto. No câncer, levar um medicamento ao alvo pode ser vantajoso, mas a eficácia e a segurança dessa técnica no corpo humano ainda precisam ser demonstradas.

“Alguns métodos de administração de medicamentos já utilizam ondas sonoras para liberar fármacos encapsulados, o que torna essa técnica especialmente atraente para empurrar um medicamento diretamente em direção às células tumorais.”

A manipulação sem contato também pode interessar à análise biológica e ao manuseio de amostras, ao reduzir certas fontes de contaminação ou dano mecânico.

Outras possibilidades de pesquisa incluem engenharia de tecidos e bioimpressão 3D. O controle de células e pequenos componentes poderia ajudar a construir estruturas mais complexas e contribuir para o objetivo de produzir órgãos sob demanda.

Manufatura

Controlar pequenas partículas em várias direções também tem interesse para a fabricação aditiva.

As pinças acústicas poderiam complementar métodos existentes, organizando partículas antes de sua união em uma estrutura sólida.

Outra possibilidade seria montar componentes separados em situações nas quais o manuseio direto é difícil. Essas aplicações exigem desenvolvimento específico.

Não É a Primeira?

Já abordamos uma tecnologia relacionada no artigo “Emissores de energia acústica podem reduzir a necessidade de incisões durante cirurgias”.

O artigo descreve outra abordagem de pinças acústicas para manipular pequenos objetos, com possíveis aplicações médicas. Chamá-las de pinças ópticas é incorreto: neste caso, o mecanismo utiliza som.

Na abordagem de aprisionamento acústico, o campo tende a manter o objeto em uma posição definida. O trabalho discutido aqui enfatiza o controle da força e do deslocamento em meios complexos.

As duas linhas de pesquisa procuram melhorar a manipulação acústica, seja por orientação por ultrassom, seja pelo controle das ondas com base na matriz de espalhamento.

A padronização, a miniaturização e os testes de segurança são etapas necessárias antes de uma eventual comercialização médica. O estudo não estabelece um prazo para essa transição.

Empresas de Manipulação 3D

A Intuitive Surgical (ISRG ) (ISRG) comercializa sistemas de cirurgia robótica. Empresas de dispositivos médicos com experiência em integração de instrumentos e sistemas de imagem podem ter competências relevantes para futuras aplicações acústicas. Isso não permite prever qual empresa será a primeira a comercializá-las.

A fabricação aditiva e a bioimpressão também podem oferecer campos de aplicação, sem que isso implique uma relação comercial já estabelecida com a pesquisa.

1. Medtronic plc

A Medtronic atua em dispositivos médicos, incluindo cirurgia e cuidados intensivos. É importante distinguir receitas trimestrais e anuais e identificar o período de referência antes de comparar o segmento médico-cirúrgico com a receita total.

Fonte: Medtronic

A empresa combina desenvolvimento interno e aquisições. No exercício fiscal de 2022, informou investimento de US$ 2,7 bilhões em pesquisa e desenvolvimento. Valores de operações e planos de aquisições devem ser associados ao período e à transação correspondentes.

A Medtronic vê oportunidades em ampliar o acesso à cirurgia assistida por robôs e reduzir custos e dificuldades de utilização.

A estimativa de que apenas cerca de 2% das cirurgias utilizam assistência robótica descreve a adoção citada pela empresa. Isso não significa que os outros 98% dos procedimentos precisem necessariamente de um robô.

O sistema Hugo faz parte da estratégia da Medtronic para cirurgia assistida por robôs.

Fonte: Medtronic

A empresa também comercializa o sistema de cirurgia da coluna assistida por robô Mazor X Stealth. A Medtronic concluiu a aquisição da Mazor Robotics em dezembro de 2018.

Sua presença no setor hospitalar e sua experiência em dispositivos médicos podem apoiar a expansão em cirurgia robótica. A participação futura no mercado depende da concorrência, da adoção clínica e de outros fatores.

A Medtronic também oferece sistemas de ultrassom endoscópico. Sua atuação em cardiologia pode fornecer conhecimentos relevantes para pesquisas futuras, mas não demonstra que a empresa já utiliza esta técnica de pinças acústicas em terapias cardiovasculares.

2. Cyfuse Biomedical K.K.

A Cyfuse Biomedical é uma empresa japonesa fundada em 2010 que desenvolve sistemas de bioimpressão para pesquisa.

Seu foco inclui a construção de tecidos a partir de agregados celulares, sem uma estrutura artificial permanente de suporte, por meio da plataforma S-PIKE. A montagem pode utilizar suportes temporários durante o processo; a abordagem não equivale à disponibilidade clínica de órgãos completos impressos.

Produzir estruturas mais próximas dos tecidos naturais é um objetivo de pesquisa. O tamanho e as características das construções dependem do equipamento e do protocolo, e não devem ser confundidos com a impressão de um órgão humano completo funcional.

Fonte: Cyfuse Biomedical

Os projetos descritos incluem cartilagem articular, fígado, nervos e vasos sanguíneos. Outra aplicação potencial seria criar modelos de órgãos para treinamento cirúrgico, permitindo praticar procedimentos sem expor pacientes aos riscos do treinamento.

Fonte: Cyfuse Biomedical

A situação financeira da Cyfuse deve ser consultada nos relatórios do período correspondente. Resultados históricos não estabelecem a rentabilidade atual nem o sucesso comercial futuro de órgãos bioimpressos.

O desenvolvimento de tecidos e órgãos bioimpressos é um projeto de longo prazo, sujeito a desafios técnicos, clínicos, regulatórios e financeiros.

Pinças acústicas avançadas poderiam futuramente complementar a montagem de estruturas biológicas maiores. Essa possibilidade ainda requer demonstração e não constitui uma capacidade comercial comprovada da Cyfuse.