Hedefe Yönelik İlaç Dağıtımı, Ses Dalgalarını Kullanan Yeni Teknikten Yararlanabilir

Temas Etmeden Nesneleri Hareket Ettirmek

Modern bilim, nesneleri dokunmadan hareket ettirmenin yollarını keşfetti. Bu, ilk olarak ışık kullanan sözde optik penselerle yapıldı ve kısa sürede ses kullanan akustik penselerle tekrarlandı.

Akustik penseler, çoğu malzemeyi nüfuz edebildikleri için özel bir ilgi çekmektedir. Geniş frekans aralıkları, tek tek hücrelerden karmaşık nesnelere kadar çeşitli boyutlardaki öğelerin manipülasyonuna olanak tanır. Ayrıca biyolojik dokulara zarar vermezler.

Bu nedenle, akustik penseler cerrahi ve ilaç dağıtımı gibi geniş bir uygulama yelpazesine sahip olabilir. Sorun, şimdiye kadar, canlı bir vücut gibi karmaşık bir ortamda kullanılırken hassas kontrolün zor olmasıdır.

Bu durum, EPFL (İsviçre) ve Viyana Teknik Üniversitesi (Avusturya) araştırmacılarının Nature Physics’te yayımlanan yeni keşifleri sayesinde değişiyor.

Ses Dalgalarıyla İtme

Araştırma ekibi, “dalga-momentum şekillendirme” adı verilen yeni bir yöntemle akustik penseler oluşturdu. Bu teknik, ışık kullanarak dağınık bir ortamda düzenleme sağlayan yeni bir yöntemin ses dalgalarına uyarlanmasıdır.

Temelde, öncelikle engellerin saçılma etkisini (aşağıda sağda gösterilen) bir matris yapısına “haritalar”, bu da yol üzerindeki engellere rağmen penseleri nasıl kullanacağını belirlemeye olanak tanır.

Bu saçılma matrisi, nesne hareket ettikçe gerçek zamanlı olarak evrimleşir ve bunu gerçek zamanlı güncel tutmak, karmaşık matematiksel araçlar kullanan araştırmacıların başlıca başarılarından biriydi.

Kaynak: Nature

Bu, akustik penselerin çalışma şeklini değiştiriyor. Normalde yöntem bir nesneyi tek bir noktada tutar. Burada ise ses dalgaları, bir hokey sopasının puck’ı itmesi gibi, nesneyi nazikçe itiyor.

Yöntem, küresel nesnelerle çalışır, ancak daha karmaşık şekillerle de uyumludur. Ayrıca dönüşleri kontrol edebilir, olası hareketlere daha fazla esneklik katar. Hedefin manyetik ya da özellikle dirençli olması gerekmediğinden, neredeyse her malzeme ile çalışabilir.

Kaynak: Nature

Olası Uygulamalar

Tıp & Biyoteknoloji

Cerrahi olmadan tüm vücutta doğrudan terapötik tedavi imkanı oldukça ilginç. Bu özellikle kanser tedavisinde kullanılabilir; ilacın doğrudan tümöre verilmesi verimliliği büyük ölçüde artırabilir.

“Bazı ilaç dağıtım yöntemleri zaten kapsüllenmiş ilaçları serbest bırakmak için ses dalgalarını kullanıyor, bu yüzden bu teknik ilacı doğrudan tümör hücrelerine itmek için özellikle çekici.”

Benzer şekilde, biyolojik analiz ve örnek alma, dokulara doğrudan temas etmeden yapılabilir; bu da prosedürün neden olduğu kontaminasyon veya hasar riskini azaltır.

Son olarak, doku mühendisliği ya da hatta 3D biyoyazdırma için de kullanılabilir. Kesme yapmadan manipülasyona izin vermek, daha karmaşık tasarımlar oluşturmamıza yardımcı olabilir ve bizi talep üzerine organ üretme hayaline bir adım daha yaklaştırır.

Üretim

İstediği yönlerde serbestçe hareket eden küçük parçacıklar, 3D yazdırmanın tam olarak ulaşmak istediği şeydir.

Bu bağlamda, akustik penseler mevcut katmanlı imalat tekniklerine eklenebilecek yeni bir yöntem olabilir; parçacıkları katı bir nesne haline gelmeden önce düzenler.

Ayrı parçaları bir araya getirmek için de kullanılabilir, hatta doğrudan manipülasyon mümkün olmadığında bile.

İlk Olmadı mı?

Zaten benzer bir teknolojiyi makalemizde ele aldık: Akustik Enerji Yayıcıları Yakında Cerrahide Kesik İhtiyacını Ortadan Kaldırabilir.

Bu makalede, başka bir optik pensel türünün benzer sonuçlar elde edebileceğini açıkladık. O durumda odak, kesiksiz cerrahi gerçekleştirmek ve vücut içinde küçük nesneleri hareket ettirmek üzerindeydi.

Bu ise, nesneyi tek bir noktada kilitleyen daha “klasik” bir optik pensel türüydü.

Her iki durumda da, akustik penseler temel bilimlerinde güçlü bir ilerleme kaydediyor; ya ekografi aracılığıyla gerçek zamanlı görüntüleme ile cerrahi ya da son derece hassas itme sistemleri ve güncel saçılma matrisi sayesinde istenen hareketi doğru tutuyor.

Bu nedenle, bu teknolojilerin standartlaştırılıp ticarileştirileceği aşamaya geçmemiz gerekiyor; bu, yeni yenilikçi terapi türlerini itmeye ve mevcut olanların verimliliğini artırmaya yardımcı olacak.

3D Manipülasyon Şirketleri

En gelişmiş robotik cerrahi sistemlerinden biri Intuitive Surgical (ISRG) tarafından satılmasına rağmen, şirketin ultrason veya endoskopi konusundaki uzmanlığı rakiplerinden daha azdır. Bu nedenle, akustik penselerin ilk gerçek yaşam tıbbi uygulamasının, robotlar veya cerrahi araçlar gibi birçok tıbbi cihaz sistemini entegre etme konusunda zaten yetkin olan tıbbi cihaz şirketlerinden gelmesi muhtemeldir.

Alternatif olarak, akustik penselerdeki ilerleme, 3D yazdırma ve biyoyazdırmadan büyük ölçüde fayda sağlayabilir; bu sektördeki önde gelen bir şirket de bundan yararlanabilir.

1. Medtronic plc

Medtronic, özellikle cerrahi ve yoğun bakım alanlarında bir tıbbi cihaz lideridir. Diğer segmentler de ona bağlı olarak düşünülebilirken, Medtronic’in tıbbi cerrahi segmenti toplam 7,7 milyar dolarlık gelirin 2,1 milyar dolarını oluşturmaktadır.

Kaynak: Medtronic

Şirket, % büyük bir Ar-Ge bütçesi (2022’de 2,7 milyar dolar) ve satın almalar (2022’de 9 satın alma ve 2023 için düşünülen 3,3 milyar dolar değerinde ek satın almalar) sayesinde organik büyüme ile gelişmektedir.

Medtronic, daha basit ve düşük maliyetli robotik cerrahi için büyük bir fırsat görüyor:

“dünyadaki cerrahilerin yalnızca %2’si robot yardımıyla gerçekleştiriliyor. %98’i ise maliyet ve kullanım yükleri nedeniyle bugün değil, robot destekli cerrahiyle yapılması gerekiyor”

Bu strateji doğrultusunda Medtronic, Hugo sistemini geliştirdi.

Kaynak: Medtronic

Ayrıca, Aralık 2018’de Mazor Robotics’in 1,7 milyar dolarlık satın alımı sayesinde Mazor X Stealth omurga robot destekli cerrahi cihazını satmaktadır.

Genel olarak, Medtronic’in mükemmel itibarı ve neredeyse her hastanede en az bir ekipmanının bulunması, yeni gelişmekte olan robotik cerrahi pazarının sağlam bir kısmını iç geliştirme ya da satın almalar yoluyla yakalamak için iyi bir giriş noktası sağlar.

Ayrıca zaten endoskopik ultrason sistemlerini satmakta ve kardiyoloji alanındaki varlığı, akustik pensel teknolojisinin kardiyovasküler terapiler ve cerrahilerde uygulanmasına yardımcı olabilir.

2. Cyfuse Biomedical K.K.

Japon şirket 2010 yılında kuruldu ve 2013’te araştırmacılara 3D yazıcı satmaya başladı.

Odak noktası, yapay iskele olmadan, yalnızca hücreleri kullanarak doku ve organ üretmek; bu, S-Spike platformu aracılığıyla yapılmaktadır. Bu iddialı bir hedef, ancak zamanla benimsenmesi muhtemel 3D biyoyazdırmanın nihai şeklidir.

İskeletin olmaması, “premium” organların yerel organlara mümkün olduğunca yakın üretilmesinde kritik olabilir. Teknoloji, aynı anda sadece 2-3 cm organ parçaları 3D yazdırabilir.

Kaynak: Cyfuse Biomedical

4 segmenti hedeflemektedir: eklemler, karaciğer, sinir ve kan damarları. Ayrıca cerrahlar için “eğitim” organları oluşturmak amacıyla da kullanılabilir; bu sayede cerrahlar hastanın hayatını riske atmadan öğrenebilir.

Kaynak: Cyfuse Biomedical

Cyfuse şu anda kâr etmiyor (2021’de kısa bir kâr dönemi sonrası), ancak zaten birkaç milyon dolar gelir kaydediyor.

Bu şirket, hastalar için yatırımcıdır; bu teknolojinin daha yaygın hale gelmesini ve tek bir blokta tam organlar inşa edebilecek seviyeye gelmesini beklemektedir.

Bu bağlamda, gelişmiş akustik penseler daha karmaşık ve büyük organları bir araya getirmek için eksik adımlara sahip olabilir.