Przewlekły ból to poważne schorzenie, które dotyka miliony ludzi na całym świecie, znacząco obniżając jakość ich życia i nierzadko prowadząc do uzależnienia od leków opioidowych. Według US Pain Foundation aż 51,6 miliona Amerykanów doświadcza przewlekłego bólu, a dla 17 milionów z nich ból ten jest na tyle dotkliwy, że ogranicza codzienne funkcjonowanie. Nowe badanie naukowców z Uniwersytetu Południowej Kalifornii (USC) i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA) daje realną nadzieję na zmianę tej dramatycznej sytuacji. Ich innowacyjne urządzenie – elastyczny, bezprzewodowy stymulator ultradźwiękowy UIWI – może zrewolucjonizować leczenie przewlekłego bólu.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa nowy elastyczny implant UIWI i dlaczego może zrewolucjonizować leczenie przewlekłego bólu.
- Na czym polega zastosowanie sztucznej inteligencji i sygnałów EEG do oceny poziomu bólu i dostosowywania terapii.
- Czym różni się UIWI od dotychczasowych stymulatorów rdzenia kręgowego i dlaczego nie wymaga baterii.
- Jakie są wyniki badań przedklinicznych i jakie zastosowania kliniczne przewidują naukowcy w przyszłości.
Przełom technologiczny: implant, który zgina się, skręca i nie potrzebuje baterii
Dotychczasowe wszczepialne stymulatory rdzenia kręgowego wymagały inwazyjnych operacji i regularnej wymiany baterii. Nowy implant UIWI (Ultrasonic Implantable Wireless Interface) rozwiązuje te problemy – jest bezprzewodowy, elastyczny i napędzany przez zewnętrzny nadajnik ultradźwiękowy, co eliminuje konieczność stosowania dużych baterii.
Kluczowym elementem jest zminiaturyzowany element piezoelektryczny wykonany z cyrkonianu-tytanianu ołowiu (PZT), który zamienia fale ultradźwiękowe na impulsy elektryczne – dzięki efektowi piezoelektrycznemu. Stymulacja ta działa na rdzeń kręgowy, modyfikując sygnały bólowe zanim dotrą do mózgu.
Sztuczna inteligencja w służbie personalizacji terapii bólu
Największą nowością technologiczną jest zastosowanie sztucznej inteligencji. Urządzenie korzysta z algorytmu ResNet-18, sieci neuronowej, która analizuje sygnały EEG (elektroencefalogram) i klasyfikuje poziom bólu pacjenta jako lekki, umiarkowany lub ekstremalny – z dokładnością sięgającą 94,8%. Jak wyjaśnia doktorant Zhou Lab, Yushun (Sean) Zeng:
Ten typ konwertujący energię jest krytyczny dla głębokiej stymulacji, ponieważ ultradźwięki są nieinwazyjną i wysoce penetrującą energią w obszarach klinicznych i medycznych.
Na tej podstawie nadajnik automatycznie dostosowuje siłę impulsów przesyłanych do UIWI, co pozwala na indywidualną modulację bólu w czasie rzeczywistym. Dzięki temu stymulacja jest nie tylko skuteczna, ale również precyzyjnie dopasowana do aktualnych potrzeb pacjenta.
Z klinicznego punktu widzenia, włączenie oceny bólu opartej na głębokim uczeniu się umożliwia dynamiczną interpretację i reakcję na zmieniające się stany bólu, co jest niezbędne do uwzględnienia zmienności specyficznej dla pacjenta – dodaje Chen Gong, współautor publikacji z Zhou Lab.
Skuteczność potwierdzona w badaniach na zwierzętach
Nowatorski stymulator UIWI przeszedł już testy laboratoryjne na modelach zwierzęcych. Badania na gryzoniach wykazały znaczące zmniejszenie objawów bólu neuropatycznego zarówno po bodźcach mechanicznych, jak i cieplnych.
Co więcej, gryzonie wykazywały preferencję dla środowiska, w którym system stymulacji był aktywowany – co potwierdza, że doświadczały ulgi w bólu.
Przyszłość leczenia bólu: mniejsze implanty, większe możliwości
Jak podkreśla prof. Qifa Zhou, kierownik projektu i profesor okulistyki w Keck School of Medicine:
To, co naprawdę wyróżnia to urządzenie, to jego bezprzewodowa, inteligentna i samodostosowująca się zdolność do leczenia bólu. Wierzymy, że oferuje ono ogromny potencjał zastąpienia schematów farmakologicznych i konwencjonalnych metod stymulacji elektrycznej.
W przyszłości zespół planuje dalszą miniaturyzację urządzenia, tak by można je było wszczepiać np. przy pomocy strzykawki. Zewnętrzny nadajnik mógłby przyjąć formę małego, samodzielnego urządzenia – np. łatki do noszenia na skórze – zdolnej jednocześnie do obrazowania i dostarczania energii, co otworzyłoby drogę do jeszcze bardziej precyzyjnej stymulacji bólu.
Inteligentny implant UIWI przełomem w leczeniu przewlekłego bólu bez leków i operacji
Wprowadzenie elastycznego, bezprzewodowego stymulatora UIWI może zmienić podejście do leczenia przewlekłego bólu – od terapii opartej na opioidach do inteligentnej neurostymulacji opartej na danych EEG i AI. To potencjalna zmiana paradygmatu w leczeniu jednego z najtrudniejszych do kontrolowania stanów klinicznych. Jak podsumowuje Zeng:
Nasze odkrycia podkreślają potencjał ultradźwiękowych urządzeń elektronicznych wszczepianych w klinicznym i praktycznym leczeniu przewlekłego bólu.
👉 Wyniki oraz opis badań znajdziesz pod TYM LINKIEM
Główne wnioski
- Stymulator UIWI to pierwsze elastyczne, bezprzewodowe i samoadaptacyjne urządzenie wszczepialne, zasilane z zewnątrz przez fale ultradźwiękowe – bez baterii.
- System wykorzystuje algorytm AI ResNet-18 do analizy sygnałów EEG i precyzyjnego określania poziomu bólu z dokładnością 94,8%.
- Badania na modelach zwierzęcych wykazały znaczące zmniejszenie bólu neuropatycznego oraz preferencję zwierząt dla aktywnego środowiska terapeutycznego.
- Zespół naukowców planuje miniaturyzację urządzenia oraz zastosowanie go w postaci łatki lub implantu aplikowanego przez strzykawkę, z potencjalną integracją ze smartfonem.
Źródło:
- Nature Electronics
- University of Southern California
