Stimulator wireless implantabil pentru gestionarea durerii cronice: O soluție revoluționară pentru managementul personalizat al durerii

Durerea cronică este o afecțiune debilitantă care afectează sever calitatea vieții, adesea ducând la dependența de medicamente opioide, cu riscuri semnificative de efecte secundare și dependență. Conform U.S. Pain Foundation, 51,6 milioane de americani trăiesc cu durere cronică, iar pentru peste 17 milioane de persoane, durerea cronică are un impact semnificativ asupra activităților zilnice sau profesionale. În acest context, cercetătorii de la Zhou Lab al USC Viterbi și Jun Chen Group de la UCLA au dezvoltat o soluție revoluționară: un stimulator wireless implantabil (UIWI) care utilizează ultrasunete pentru gestionarea personalizată și auto-adaptivă a durerii cronice.

Provocările actuale în gestionarea durerii cronice

Stimulatorii electrici implantabili actuali oferă o alternativă prin stimularea măduvei spinării pentru a bloca semnalele de durere ce ajung la creier. Totuși, aceste dispozitive vin cu dezavantaje semnificative, precum costurile ridicate, intervențiile chirurgicale invazive și necesitatea înlocuirii frecvente a bateriilor. În contrast, dispozitivul inovator dezvoltat în acest studiu nu necesită baterii și poate fi alimentat prin transmitere wireless de ultrasunete.

Cum funcționează stimulatorul implantabil wireless

La baza acestei inovații se află alimentarea wireless, eliminând necesitatea bateriilor mari și a cablurilor complexe, care necesită adesea intervenții chirurgicale repetate. Stimulatorul UIWI primește energie de la un transmițător de ultrasunete portabil (WUT). Ultrasunetele sunt utilizate pentru a penetra adânc țesuturile, iar efectul piezoelectric convertește undele mecanice în semnale electrice necesare stimulării. Materialul piezoelectric utilizat, zirconat titanat de plumb (PZT), este foarte eficient în conversia energiei ultrasunetului în puterea electrică necesară.

Caracteristicile cheie ale stimulatorului UIWI

• Alimentare wireless: Stimulatorul utilizează energie transferată prin ultrasunete, eliminând necesitatea bateriilor implantabile și a cablurilor.

• Personalizare și auto-adaptabilitate: Utilizând algoritmi de învățare automată, dispozitivul adaptează tratamentul în funcție de nivelul de durere al pacientului.

• Sisteme de feedback în timp real: Dispozitivul măsoară continuu semnalele EEG ale creierului pentru a ajusta intensitatea stimulării.

Cum funcționează tratamentul

• Detecția durerii: Sistemul monitorizează continuu semnalele EEG ale creierului, care reflectă nivelul de durere al pacientului.

• Evaluarea durerii cu ajutorul AI: Un model de învățare automată, bazat pe o rețea neurală (ResNet-18), analizează aceste semnale și clasifică durerea în trei niveluri distincte: durere ușoară, durere moderată și durere extremă. Acest model are o precizie de 94,8% în distingerea acestor stări de durere.

• Adaptarea tratamentului: Odată identificat nivelul de durere, transmițătorul de ultrasunete ajustează automat energia acustică transmisă. Stimulatorul UIWI simte energia propagată și o convertește în intensitate electrică, stimulând măduva spinării și reducând astfel durerea.

Rezultate obținute în laborator

Echipa de cercetători de la Zhou Lab a testat stimulatorul UIWI pe modele de rozătoare, obținând rezultate promițătoare în gestionarea durerii cronice. Experimentele au arătat că dispozitivul a reușit să reducă semnificativ indicatorii de durere. Într-un experiment, rozătoarele au arătat o preferință clară pentru camera în care sistemul de gestionare a durerii a fost activat, confirmând astfel eficacitatea dispozitivului.

Viitorul tratamentului personalizat al durerii

Dezvoltarea și testarea cu succes a stimulatorului UIWI marchează un moment important în căutarea unor soluții avansate pentru gestionarea durerii cronice. Designul flexibil al implantului și integrarea cu algoritmi AI sofisticati oferă o abordare dinamică și personalizată a tratamentului, adaptându-se naturii fluctuante și individuale a durerii cronice.

Perspective viitoare:

• Miniaturizarea componentelor dispozitivului pentru o implantare mai puțin invazivă (posibil printr-o seringă).

• Transmițătorul de ultrasunete ar putea evolua într-un dispozitiv miniaturizat și detașabil sau chiar într-un plasture cu ultrasunete, combinând capacitățile de imagistică și livrarea energiei pentru monitorizare în timp real și stimulare țintită.

• Controlul prin software de smartphone ar putea oferi o gestionare și mai robustă a durerii personalizate.

Concluzie

Această tehnologie inovativă poate transforma managementul durerii cronice, depășind limitările soluțiilor actuale și oferind un drum cu adevărat personalizat, inteligent și eficient pentru ameliorarea durerii.

„Rezultatele noastre subliniază potențialul electronicelor implantabile cu ultrasunete în managementul durerii cronice în mediul clinic și translațional,” a declarat Zeng, unul dintre cercetători.