Elektrická impedanční tomografie a selektivní stimulace vagusového nervu (EITsVNS)

Elektroceutika je relativně nový obor, jehož cílem je léčit širokou škálu lékařských onemocnění elektrickou stimulací autonomních nervů. Primárním cílem pro intervenci je cervikální vagusový nerv, protože je snadno chirurgicky dostupný a zásobuje mnoho orgánů v krku, hrudníku a břiše. Bylo by žádoucí stimulovat selektivně, aby se zabránilo mimocílovým účinkům, které se v současnosti vyskytují. Až donedávna to nebylo v minulosti zkoušeno, jednak kvůli omezením v dostupné technologii, ale také proto, že překvapivě je fascikulární organizace cervikálního bloudivého nervu téměř úplně neznámá; práce byla nedávno provedena na zvířecích modelech. Cílem tohoto výzkumu je prozkoumat funkční anatomii fasciklů (skupin nervových vláken) v cervikálním vagusovém nervu člověka. To bude zahrnovat definování inervace srdce, plic a recidivujícího hrtanu, a pokud je to možné, jícnu, žaludku, slinivky břišní, jater a gastrointestinálního traktu. Poté, co budou identifikována konkrétní místa výše uvedených skupin, bude možné nasměrovat stimulaci tak, aby stimulací vagusového nervu byly ovlivněny pouze specifické orgány. Zejména může být možné dosáhnout terapeutického účinku na potlačení záchvatů u epilepsie s lepší účinností a současně se vyhnout všem běžně přítomným vedlejším účinkům, protože všechny orgánové funkce jsou změněny, když je stimulován celý nerv.

Naše skupina je průkopníkem v používání víceúčelové nervové manžety pro zobrazování aktivity v nervech pomocí elektrické impedanční tomografie (EIT) a se schopností prostorově selektivní neuromodulace. Byl optimalizován a ověřen pro použití in vivo na zvířecích modelech.

Stimulace bloudivého nervu (VNS) se v současnosti u lidí provádí k léčbě farmakorezistentní epilepsie a deprese. VNS jako terapeutickou intervenci však lze rozšířit na širokou škálu terapeutických aplikací. Probíhající studie a preklinický výzkum naznačují slibné výsledky v léčbě kardiovaskulárních poruch a srdečního selhání, poranění plic, astmatu, sepse, revmatoidní artritidy, cukrovky, obezity, zvládání bolesti a cílení na protizánětlivou dráhu obecně. Selektivní neuromodulace by navíc mohla být použita jako terapeutický přístup k léčbě syndromu akutní respirační tísně, převládajícího v současnosti během pandemie Covid-19, který vyžaduje aktivaci některých drah (cholinergní protizánětlivá dráha) a nikoli jiných (plicní funkce ) efektivně zlepšit výsledky.

I přes obrovský potenciál VNS při léčbě různých onemocnění stále existují omezení. Bez znalosti neuroanatomie cílového nervu převažují nežádoucí účinky a snižují účinnost léčby. Velký podíl často se vyskytujících vedlejších účinků, včetně kašle, dušnosti a chrapotu, lze připsat aktivaci rekurentních laryngeálních nervových vláken v nervu vagus. Samotné zamezení vagového odtoku do hrtanu by mohlo výrazně zlepšit VNS a snížit tak často pozorované vedlejší účinky. Znalost inervace ze všech oblastí v cervikálním nervu vagus by však mohla dále zlepšit cílenou stimulaci a terapeutickou účinnost; zamezení jakýchkoli nežádoucích reakcí v necílených orgánech, jako je dušnost a bradykardie, a mohlo by snížit riziko dalších dlouhodobých vedlejších účinků, jako je rozvoj hyperglykémie při stimulaci k epilepsii.

EIT a selektivní stimulace lidského bloudivého nervu jsou příslibem poskytnout informace o fascikulární organizaci nervu, která by umožnila cílenou neuromodulaci během léčby epilepsie, deprese a dalších poruch bez nevybíravého vagového odtoku, čímž by se zabránilo mimocílovým účinkům, které se v současnosti vyskytují. Zlepší se účinnost a terapeutické výsledky VNS. Vyžaduje mezioborovou spolupráci biomedicínských vědců, elektronických inženýrů a matematiků a těší se velkému zájmu zájemců o mezioborovou práci v těchto oborech.

Během rutinní implantace stimulátoru vagového nervu operující chirurg umístí dočasnou elektrodovou manžetu pouze pro účely této studie poté, co získá přístup k vagusovému nervu. Tato manžeta bude odstraněna během stejné operace po dokončení protokolu a operace bude dokončena jako obvykle. Tato manžeta je navržena pro jednorázové použití, vyrobena ze sterilizované platiny a lékařského silikonu - vrstva platiny obsahující stopy a elektrody uspořádané do kroužků je uzavřena mezi dvěma vrstvami lékařského silikonu. Aby bylo zajištěno, že manžeta je v kontaktu s nervem, použije se podle uvážení chirurga lékařská silikonová podpora ve formě hadičky s otvorem nebo biokompatibilní svorky připojené k otevíracím koncům manžety. Jeden konec manžety má konektor vedoucí k elektronickému zařízení, které se používá pro stimulaci a záznam. Zatímco pacient stále čeká na rutinní implantační operaci, bude probíhat jak selektivní stimulace, tak EIT záznamy (zobrazování). Elektrický proud bude hnán mezi párem elektrod přítomných na manžetě a proces se bude opakovat pro různé páry při zaznamenávání fyziologických parametrů (EKG (záznam srdeční činnosti), dýchání, elektrogastrogram) za účelem hledání fyziologických změn. Parametry, jako je proud, šířka pulzu a frekvence, budou upraveny tak, aby vyvolaly reakce v nervu různými typy nervových vláken. Stimulace bude prováděna po dobu přibližně 28 minut (10 až 30 sekund na pár s čekací dobou mezi návratem na základní linii). To lze opakovat s různými parametry stimulace. Následně bude obdobným způsobem provedeno zobrazení nervu (EIT) s proudem vstřikovaným přes různé elektrodové páry, tentokrát však budou použity jiné elektrody na manžetě pro záznam elektrických vlastností, konkrétně impedance, z nervu. To bude probíhat také přibližně 28 minut. Manžeta bude odstraněna chirurgem na konci protokolu a operace bude dokončena jako obvykle pro standardní implantační operaci. Tím se dokončí zapojení pacienta do této studie. Všechna měření a záznamy budou později analyzovány výzkumníky ve své laboratoři a kanceláři, aby získali informace o selektivní stimulaci bloudivého nervu a vytvořili obrazy aktivity v nervu a úrovně implantace manžety.