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 Scientific Reports -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.
Lisätietoja:
Artikkeli: Ultrasonic Actuation of a Fine-Needle Improves Biopsy Yield
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
Väitöstutkija
Aalto-yliopisto
emanuele.perra@aalto.f
Ultraääni voi mahdollistaa lääketieteellisten neulojen käyttöä uusilla tavoilla
Lue lisää uutisia
Paradigman muutos: koneoppiminen muuttaa materiaalitieteen tutkimusta atomitasolla
Apulaisprofessori Miguel Caron tutkimusryhmä hyödyntää koneoppimista materiaalien mallintamisessa. Tutkimus nopeuttaa uusien, kestävämpien teknologioiden kehittämistä.
Tutkimus eduskuntavaaleista paljastaa: Valtaapitävät jakautuvat jyrkemmin kuin kansa
Twitter-aineisto paljastaa, että määrällisesti pieni eliitti vaikuttaa mielipiteiden jakautumiseen suhteettoman paljon.
Aalto Slushissa: luovaa muotoilua ja uusia innovaatioita
Aallon Slush-näyttelyssä esillä oli muotoilupohjainen Bubbles with Benefits -materiaali-innovaatio. Näyttely korosti myös muotoilun merkitystä teknologisten innovaatioiden vauhdittajana.