Новая работа создает дорожную карту для следующего поколения биоэлектронной медицины

От использования электрических рыб древними египтянами для лечения головных болей до изобретения кардиостимуляторов в 1950-х годах для регулирования сердечных ритмов — область биоэлектронной медицины, которая использует электрические сигналы вместо лекарств для диагностики и лечения заболеваний, активно развивается и начинает выходить на новый уровень.

Где находится эта область сейчас? И какие самые перспективные возможности для создания новых терапий и диагностик, которые могут изменить жизнь? Новое исследование, проведенное Имануэлем Лерманом, руководителем лаборатории Лермана в UC San Diego Qualcomm Institute и UC San Diego School of Medicine Department of Anesthesiology, а также Центра совершенства VA для стресса и психического здоровья, дает некоторые ответы. «Эта работа предназначена быть дорожной картой для будущего биомедицинской области», — сказал Лерман. «Мы ставим флагшток и говорим: „Вот что мы планируем сделать, и вот история, стоящая за этим“. Поэтому в статье 180 ссылок. Мы хотим убедиться, что у всех будет доступ к ресурсам, которые могут понадобиться для более глубокого понимания и чтения». Исследование опубликовано в журнале Bioelectronic Medicine.

Мир обещаний

Даже несмотря на все более совершенные кардиостимуляторы, биоэлектронная медицина уже заняла свое место в современной медицине. Имплантируемые устройства были одобрены Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США для лечения двигательных расстройств, таких как болезнь Паркинсона (через стимуляцию глубоких структур мозга); болей в спине и нарушений моторики, связанных с травмами (через стимуляцию спинного мозга); а также при эпилепсии, депрессии, инсульте и мигрени (через стимуляцию блуждающего нерва, который регулирует пищеварение, частоту сердечных сокращений, настроение и воспалительную реакцию организма).

Последние разработки включают неинвазивные методы, при которых нервная система может стимулироваться устройствами извне. Например, транскраниальная магнитная стимуляция была одобрена для лечения депрессии в 2008 году. С тех пор ее показания были расширены и теперь включают болевые синдромы, связанные с мигренью, обсессивно-компульсивное расстройство, отказ от курения и тревожную депрессию. Лерман и его коллеги видят многообещающие перспективы впереди. Новая работа подчеркивает появление неинвазивных биоэлектронных технологий. Этот подход не только избегает рисков, связанных с операциями, но и имеет некоторые явные преимущества по сравнению с фармацевтическими препаратами, которые мы воспринимаем как данность. «Неинвазивная нейромодуляция — это новая развивающаяся область, где мы видим большие возможности», — сказал Лерман, который также является врачом в UC San Diego Health.

«Здесь есть потенциал для масштабирования, поскольку устройству не нужно храниться в холодильнике. Это не лекарство. Все, что нужно, — это электричество для работы устройства или аккумулятор. И оно может использовать собственные системы организма для подавления воспаления». Кроме того, сочетание биоэлектронных медицинских устройств с датчиками может создать само-регулирующиеся «замкнутые петли», которые могут подстраиваться в зависимости от потребностей пациента. Будучи не привязанными к стандартной дозе лекарства, биоэлектронные устройства могут действительно предложить индивидуализированную медицину, постоянно регулируя дозировки на основе обратной связи от биомаркеров пациента. Хотя требуется еще много работы для создания таких замкнутых систем, Лерман и его коллеги считают их потенциально трансформирующим подходом к медицинскому лечению.

Уникальные возможности

Даже за пределами этой структуры биоэлектронная медицина может предложить революционные новые возможности. Одна из заманчивых перспектив — использование биоэлектронной медицины как диагностического инструмента. Предыдущие исследования показали, что организм вырабатывает уникальную реакцию на каждого инфекционного агента с течением времени. Таким образом, эти «временные ряды» могут точно предсказать возбудителя заболевания и быть использованы для выбора эффективного лечения. «Цель состоит в том, чтобы создать библиотеку патогенов», — сказал Лерман, — «в которой мы могли бы идентифицировать подпись каждого патогена, а затем попытаться вмешаться с правильным количеством нейромодуляции, чтобы подавить воспаление, связанное с этой инфекцией, и сделать инфекцию менее серьезной». Подписи заболеваний уже были показаны на данных в виде волновых форм (ЭЭГ, резпирограмма, температура), но Лерман и его коллеги предполагают, что мониторинг активности блуждающего нерва и других нервов в вегетативной (непроизвольной) нервной системе может предоставить ключевую информацию для этой работы.

Другой областью, где биоэлектронная медицина может оказать значительное влияние, является психическое здоровье. Последние исследования подчеркивают воспаление и иммунную систему как ключевых игроков в ряде психических заболеваний. «Психические расстройства, включая посттравматическое стрессовое расстройство, депрессию и общее тревожное расстройство, во многом связаны с „нейро-иммунной осью“ и регулированием воспаления», — сказал Лерман. «Дополнительные патологические процессы в блуждающем нерве известны при некоторых нейровоспалительных заболеваниях, таких как долгий COVID и определенные типы болезни Паркинсона».

Множество различных вирусов и/или компонентов патогенов может передаваться из кишечника через блуждающий нерв в мозг или, из-за воспаления в кишечнике, приводить к периферическому воспалению, которое также вызывает проблемы в мозге. Лерман предполагает, что биоэлектронная медицина может оценивать воспаление в мозге для измерения тяжести психических заболеваний и использоваться для их лечения с точной дозировкой. Автономная нейрография (ANG) может быть особенно полезной в клинических испытаниях; она объективно стратифицирует тяжесть психических расстройств, предоставляя клиническим испытаниям меру точной медицины, которая может направить выбор специфических методов лечения. «Предстоит еще много работы», — сказал Лерман, — «но эти системы следующего поколения имеют большой потенциал для новых путей индивидуализированного и адаптивного лечения».

• Средневековая нанотехнологичная кольчуга
• Исследование показывает, что телетерапия не улучшила доступ к психиатрической помощи
• Eni будет искать энергоресурсы с помощью суперкомпьютера нового поколения
• Искусственный интеллект: новая реальность трудового рынка
• 3D-печатная грибная топливная ячейка предлагает биоразлагаемое решение для получения энергии
• Колебания доменных стенок в 2D материалах раскрывают новый механизм сверхпроводимости
• IBM ускоряет обучение ИИ на скорости света при минимальном энергопотреблении
• Учёные впервые визуализировали форму одиночного фотона