Jak działają bezigłowe szczepionki ultradźwiękowe
Nowa technika podawania szczepionek, wykorzystująca pęcherzyki powstające i pękające w odpowiedzi na fale dźwiękowe, jest nie tylko bezbolesna, ale także pozwala uzyskać lepszą odpowiedź immunologiczną – poinformowało Acoustical Society of America, prezentując bezigłowe szczepionki ultradźwiękowe
Nowa metoda szczepień wykorzystuje zjawisko kawitacji
.Naukowcy z Uniwersytetu Oksfordzkiego zbadali możliwość bezbolesnego i bezigłowego podawania szczepionki za pomocą ultradźwięków. Opracowana przez nich metoda wykorzystuje kawitację, czyli zjawisko fizyczne, w którym w odpowiedzi na falę dźwiękową powstają i pękają maleńkie pęcherzyki, w tym przypadku zawierające odpowiedni preparat.
Chociaż wstępne badania in vivo wykazały, że metodą tą dostarcza się 700 razy mniej cząsteczek szczepionki w porównaniu do konwencjonalnego zastrzyku, to jednak zapewnia ona lepszą odpowiedź immunologiczną. Naukowcy teoretyzują, że może wynikać z faktu, iż ultradźwięki skierowane są na skórę, która jest bardzo bogata w różne komponenty układu odpornościowego. Dzięki temu szczepionka jest bardziej wydajna, co sprzyja obniżeniu kosztów i zwiększeniu skuteczności.
Oksfordzkie badanie jest o tyle istotne, że – według amerykańskich Centers for Disease Control and Prevention – jedna czwarta dorosłych i dwie trzecie dzieci odczuwają silny strach przed igłami. Tymczasem zdrowie publiczne w dużej mierze zależy od chęci ludzi do przyjmowania szczepionek, a te najczęściej podaje się w formie zastrzyku.
„Nasza metoda opiera się na kawitacji – mówi autorka badania, doktorantka Darcy Dunn-Lawless. – Wykorzystujemy skoncentrowane impulsy energii mechanicznej, wytwarzane przez zapadające się pęcherzyki na trzy sposoby. Po pierwsze torują one 'kanały’ przez zewnętrzną warstwę martwych komórek skóry, przez które następnie przedostają się cząsteczki szczepionki. Po drugie działają jak pompa, która kieruje cząsteczki leku do tych kanałów. I po trzecie – w przypadku niektórych szczepionek, które działają we wnętrzu komórek – kawitacja 'otwiera’ błony komórkowe, co umożliwia wniknięcie preparatu w odpowiednie miejsce”.
Jak zostaną użyte bezigłowe szczepionki ultradźwiękowe?
.Czy taka metoda będzie mieć jakieś skutki uboczne? „Moim zdaniem główny potencjalny efekt uboczny jest taki, że jeśli zastosuje się zbyt dużą energię, można uszkodzić tkankę – wyjaśnia Dunn-Lawless. – Narażenie na nadmierną kawitację może spowodować mechaniczne urazy komórek i struktur. Istnieją jednak mocne dowody na to, że takich uszkodzeń da się łatwo uniknąć poprzez ograniczenie energii, dlatego kluczową częścią moich badań jest próba pełnego określenia, gdzie leży próg bezpieczeństwa w przypadku takiej szczepionki”.
Badaczka wyjaśnia też, że metoda kawitacyjna może być szczególnie przydatna dla szczepionek DNA, które obecnie są bardzo trudne do podania. Kawitacja eliminuje ich podstawowy problem, czyli dostarczenie substancji czynnej do jądra komórkowego, dzięki temu, że skutecznie i szybko „otwiera” błony komórkowe.
Nowe technologie w medycynie analizuje profesor Michał KLEIBER
.Bezigłowe szczepionki ultradźwiękowe są doskonałym przykładem tego, jak rozwój nauki cały czas dostarcza współczesnej medycynie nowych narzędzi do chronienia zdrowia pacjenta. O tym, jakie szanse i potencjalne dylematy etyczne przynoszą najnowsze odkrycia technologicznej w medycynie pisze w swoim artykule prof. Michał KLEIBER, Redaktor naczelny Wszystko Co Najważniejsze i profesor zwyczajny w Polskiej Akademii Nauk.
Uważa on, że przez narastające wyzwania w ochronie zdrowia uświadomiliśmy sobie wszyscy ze szczególną mocą w okresie pandemii COVID-19. Do spraw służących poprawie systemu od dawna uznawanych za kluczowe, takich jak upowszechnianie wiedzy o zdrowiu i wspomaganie profilaktyki zdrowotnej, zaliczyć należy dzisiaj z pewnością także racjonalne wdrażanie nowych technologii, powstających na bazie interdyscyplinarnych badań naukowych. Wyzwania związane z wykorzystywaniem w diagnostyce i terapii pojawiających się nieustannie nowych technologii są olbrzymie, choć jego zdaniem nie wolno zapominać o antynomiach, czyli zagrożeniach niesionych przez niedostatecznie przemyślane wdrażanie nowych rozwiązań.
Profesor wymienia parę spośród wielu obszarów stosowania nowych technologii w opiece zdrowotnej, opisując to, w jaki sposób mogą nam pomóc, ale także potencjalne zagrożenia związane z tymi technologiami.
Przykładowo, wykorzystywanie sztucznej inteligencji (SI). SI w ochronie zdrowia oznacza wykorzystywanie zaawansowanego oprogramowania naśladującego poznawcze zdolności człowieka do analizy danych medycznych i sugerowanie na tej podstawie diagnozy i ewentualnych działań leczniczych. Innymi słowy, SI jest zdolnością komputerowych algorytmów do formułowania przydatnych dla lekarzy opinii w złożonych problemach medycznych. Autor zaznacza, że zastosowania SI różnią się istotnie od tradycyjnych metod medycyny możliwością pozyskiwania wielkiej liczby informacji, ich przetwarzania i podejmowania na tej podstawie działań. Fundamentalną cechą stosowanych algorytmów jest ich zdolność do uczenia się na drodze rozpoznawania cech charakteryzujących przetwarzane dane i tworzenia na tej podstawie opinii na temat analizowanego problemu.
„Ważnym efektem stosowania SI w ochronie zdrowia jest możliwość dostarczania analiz opisujących relacje między diagnozą i zastosowaną terapią a najbardziej prawdopodobnym rezultatem leczenia. Dysponujemy dzisiaj terabajtami danych pochodzących z badań klinicznych, szeroko rozumianej praktyki medycznej, firm ubezpieczeniowych oraz aptek, dotyczących wszelkich dręczących ludzi dolegliwości. Naukowcy i praktykujący lekarze korzystają oczywiście od zawsze z takich informacji, ale możliwości ich pełnej analizy przez najlepiej nawet przygotowanych badaczy są ze względu na ilość danych, ich złożoność i brak wypracowanej struktury z natury rzeczy bardzo ograniczone. W sukurs przychodzi właśnie sztuczna inteligencji” – dodaje profesor
Przypomina tez, że metody SI weszły już do standardów badawczych w wielu różnych obszarach medycyny. Przykładami ilustrującymi aktualne osiągnięcia w tym zakresie mogą być opracowane ostatnio oprogramowanie pozwalające z dokładnością 70-80 proc. wskazać wśród osób zarażonych koronawirusem te z nich, u których rozwinie się ciężka postać COVID-19, lub system typujący z dokładnością 95 proc. osoby, które zachorują w ciągu swego życia na cukrzycę. Takie procesy, zwane analityką predykcyjną, budzą obecnie duże zainteresowanie w świecie medycyny. Możliwości SI na tym się oczywiście nie kończą i daleko wykraczają poza diagnostykę tego typu.
SI zaczyna odgrywać coraz większą rolę w realizacji idei indywidualnego traktowania pacjentów, czyli w rozwoju personalizacji leczenia. Amerykańscy badacze opracowali program analizujący rozległe dane kliniczne i pozwalający szybko zaplanować u konkretnego pacjenta radioterapię nowotworu, co ma ogromne znaczenie dla skuteczności leczenia. SI wspomagać będzie z pewnością działania na rzecz szybszego wprowadzanie na rynek nowych, doskonalszych leków. Są już tego przykłady, jak zastosowanie przez amerykańskich badaczy zaawansowanych metod uczenia maszynowego do opracowania nowego antybiotyku zwalczającego bakterie. Ze względu na fakt, że wprowadzenie nowego leku na rynek kosztuje dzisiaj średnio prawie trzy mld dolarów, a 90 proc. opracowywanych propozycji przepada w różnych fazach badań klinicznych, powodując marnotrawstwo środków, potencjał SI jest bardzo duży, algorytmy uczenia maszynowego mogą bowiem przeanalizować miliony związków, zawężając opcje do konkretnego celu poszukiwań.
Za znaczący krok w rozwoju nowoczesnej medycyny prof. Michał KLEIBER uważa również inżynierie biomedyczną. „Obecnie postęp w medycynie w dużym stopniu zależy od wspomagania inżynierskiego w zakresie nowoczesnej aparatury i wielu innych metod służących ochronie zdrowia. Badania i wdrożenia w tej dziedzinie stają się dzisiaj w wielu przypadkach równie ważne dla efektów diagnostyki i terapii medycznej, jak wiedza czysto biomedyczna – w istocie wielu ekspertów twierdzi dzisiaj, że dalszy rozwój technologii w dziedzinie inżynierii biomedycznej jest jedyną drogą do poprawy systemów ochrony zdrowia czy wręcz do rozwiązania niezwykle skomplikowanych problemów stojących przed tymi systemami praktycznie we wszystkich krajach” – dodaje autor.
„Przykładem przewidywanych za parę lat rewolucyjnych dokonań inżynierii biomedycznej może być zaawansowany system czujników i pomp sterowanych komputerem – tzw. sztuczna trzustka – który ma całkowicie zmienić metody walki z cukrzycą. Na podstawie stale monitorowanego poziomu cukru i innych parametrów następowałoby automatyczne podanie insuliny – zaawansowana elektronika naśladowałaby pracę prawdziwej trzustki” – pisze prof. Michał KLEIBER.
Autor pisze także o robotyce chirurgicznej. Aktualnie szybko poszerzają się możliwości medycznych zastosowań robotów, które wspomagają chirurgów w przeprowadzaniu zabiegów, dokonując na bieżąco szczegółowej analizy obrazu pola operacyjnego. „Hirurgia robotyczna jest małoinwazyjna i bardziej chroni przed infekcją. Dowodem postępu jest wykorzystywany także w Polsce robot da Vinci – wprowadzenie szybkich internetowych połączeń 5G umożliwi wkrótce zdalne przeprowadzanie operacji z udziałem specjalistów z nawet bardzo odległych szpitali. Niebawem spodziewać się możemy wykorzystywania nanorobotów wędrujących w organizmie pacjenta” – przypomina profesor.
Prowadzone są też obecnie badania w zakresie interfejsów mózg-komputer, czyli implantów mózgowych. Pierwsze ważne osiągnięcia na tym polu są już stosowane. Należą do nich implanty ślimakowe i implanty siatkówkowe, zapewniające odpowiednio dobre słyszenie i dobry wzrok. Prowadzone są również prace nad implantami mózgowymi na przykład dla osób z urazami rdzenia kręgowego.
Autor dodaje jednak, że nowe technologie, wymienione wyżej i inne, mają w ochronie zdrowia olbrzymi potencjał. Trzeba jednak koniecznie pamiętać, że ich stosowanie nie jest wolne od poważnych dylematów etycznych czy wręcz niebezpieczeństw nieprzemyślanego wykorzystania.„Dwa główne dzisiaj wyzwania to ochrona prywatności danych pacjentów oraz problemy etyczne związane z zakresem komputerowego wspomagania lekarza w podejmowaniu ważnych decyzji o ludzkim zdrowiu, nie mówiąc już o ich samodzielnym podejmowaniu przez SI” – przypomina redaktor naczelny.
PAP/WszystkocoNajważniejsze/MB
