Väitös lääketieteellisen tekniikan alalta, M.Sc. Emanuele Perra
Väitöskirjan nimi: Ultrasonically actuated medical needle: non-linear effects and applications
Ultraäänineula tehostaa biopsiaa – luotettavan syöpätestin kudosmäärä saadaan vaivatta ohuellakin neulalla
Laitetta voidaan tulevaisuudessa hyödyntää myös lääkkeiden annostelussa ja jopa pienten kasvainten ja munuaiskivien hajottamisessa.
Monen syövän diagnoosi edellyttää neulanäytettä eli biopsiaa. Patologien on valittava siihen joko paksuneula, jolla saa luotettavaan testiin riittävän mutta potilaan kannalta kivuliaan näytteen, tai ohutneula, joka on potilaalle kivuttomampi, mutta tuottaa vaihtelevan laatuisia näytteitä.
"Tutkimusten mukaan ohuella neulalla tehdyistä hienoneulabiopsioista jopa kolmasosa on sellaisia, ettei niistä saada riittävästi kudosta luotettavan diagnoosin tekemiseksi. Halusimme kehittää toimenpidettä niin, että luotettava tulos saadaan jo ensiyrityksellä ja toimenpide on kuitenkin potilaalle mahdollisimman miellyttävä ja turvallinen", sanoo Aalto-yliopiston professori Heikki Nieminen, joka on yhdessä kollegoidensa kanssa kehittänyt ultraäänen vaikutuksesta värähtelevää biopsianeulaa.
Uudessa -tiedelehdessä julkaistussa tutkimuksessa tutkijat osoittivat, että jos biopsianeula värähtelee 30 000 kertaa sekunnissa, sen avulla voidaan lisätä saatavan kudoksen määrää niin paljon, että ohutneulallakin otettu näyte on laadukas ja riittää modernin lääketieteen tarpeisiin. Samalla potilaalle kivuliaampien ja riskialttiimpien paksuneulanäytteiden tarve vähenee.
"Tekninen läpimurto on se, että kun neulankärki värähtelee ultraäänen voimasta, kudoksen käyttäytyminen alkaa muistuttaa virtaavan nesteen käyttäytymistä, jolloin kapealla neulalla saadaan aiempaa enemmän näytettä”, sanoo professori Kenneth Pritzker, torontolaisen Mount Sinai -sairaalan patologi ja Toronton yliopiston tutkija.
“Värinä kohdistuu vain neulankärkeen, joten se ei juuri vaikuta muuhun kuin neulan kärjen ympärillä olevaan kudokseen. Pystyimme osoittamaan, että ultraäänivärähtely kasvattaa ohutneulabiopsialla saatavaa kudosmäärää 3–6-kertaiseksi verrattuna samalla ohutneulalla ilman ultraääntä saatavaan kudosmäärään”, sanoo tohtorikoulutettava Emanuele Perra Aalto-yliopistosta.
Lukuisia mahdollisia sovelluskohteita
Värähtely tapahtuu paljolti ihmisen kuuloalueen yläpuolella, eikä näytteen oton värähtelevällä neulalla pitäisi tuntua juuri erilaiselta kuin tavallisella ohutneulalla.
”Olemme pystyneet tutkimaan neulankärjen värähtelyn vuorovaikutuksia nesteiden, kiinteiden aineiden ja ilmarajapintojen kanssa erittäin tarkasti muun muassa korkeanopeuskameran avulla. Fysiikan ymmärtäminen neulan läheisyydessä auttoi meitä ymmärtämään, missä kaikkialla lääketieteessä neula voisi olla hyödyllinen”, Nieminen sanoo.
Näytteenoton lisäksi ultraäänitekniikkaa voidaan mahdollisesti soveltaa syöpähoitoihin, joissa käytetään esimerkiksi kasvainten kemiallista koostumusta tutkivaa molekyylidiagnostiikkaa. Näin lääkärit voivat kohdentaa hoidon tehokkaammin tiettyyn syöpätyyppiin.
"Ultraäänivärähtelyn vaikutusta voidaan mahdollisesti käyttää myös toiseen suuntaan. Värähtelyt saattavat helpottaa lääkkeiden kuljetusta kohdekudokseen esimerkiksi maksassa. Ne voivat jopa hajottaa pehmytkudoksessa olevia pieniä ja kovia kohteita, kuten munuaiskiviä tai jopa pieniä kasvaimia", sanoo Perra.
Kanadalainen eläinlääketieteeseen erikoistunut sairaala on kiinnostunut testaamaan laitetta nyt syöpäsairailla lemmikkieläimillä. Jos kaikki menee odotusten mukaisesti, neuloja voidaan pian kokeilla myös ihmispotilailla.
Tutkimusta on rahoittanut Suomen Akatemia. Nieminen ja Pritzker ovat neulateknologiaa kaupallistavan kanadalaisen Swan Cytologics -yrityksen osakkeenomistajia. Yritys on myös hakenut teknologialle patenttia.
äپٴᲹ:
Artikkeli:
Heikki Nieminen
Professori
Aalto-yliopisto
heikki.j.nieminen@aalto.fi
puh. 050 501 9280
Kenneth Pritzker
Emeritusprofessori
Toronton yliopisto, Mount Sinai -sairaala
k.pritzker@utoronto.ca
Emanuele Perra
äöٳٰܳ쾱Ჹ
Aalto-yliopisto
emanuele.perra@aalto.f
Ultraääni voi mahdollistaa lääketieteellisten neulojen käyttöä uusilla tavoilla
Lue lisää uutisia
Tutkijat kytkivät lähes ikiliikkuvan aikakiteen ensimmäistä kertaa ulkoiseen värähtelijään – voi kasvattaa kvanttitietokoneiden laskentatehoa
Aikakide on moninkertaisesti pitkäikäisempi kuin muut kvanttijärjestelmät, joten sitä voitaisiin hyödyntää esimerkiksi kvanttitietokoneiden laskentatehon sekä mittauslaitteistojen tarkkuuden kasvattamiseen.
Esittelyssä Qi Chen: Luotettava tekoäly tarvitsee algoritmeja, jotka selviävät yllätyksistä
Tekoälyn kehittäjien on keskityttävä sovellusten turvallisuuteen ja oikeudenmukaisuuteen, sillä ne liittyvät suoraan yhteiskuntien luottamukseen ja tasa-arvoon, sanoo tutkija Qi Chen.
Tekoälyn ja ihmisen erimielisyys on tutkijalle jännä arvoitus
Francesco Croce tutkii multimodaalisia perustamalleja, erityisesti niiden hyökkäyksensietokykyä.