Tomografía de impedancia eléctrica y estimulación selectiva del nervio vago (EITsVNS)

Electroceuticals es un campo relativamente nuevo en el que el objetivo es tratar una amplia variedad de enfermedades médicas con estimulación eléctrica de los nervios autónomos. Un objetivo principal para la intervención es el nervio vago cervical, ya que es de fácil acceso quirúrgico e inerva muchos órganos en el cuello, el tórax y el abdomen. Sería deseable estimular de forma selectiva para evitar los efectos fuera del objetivo que se producen actualmente. Hasta hace poco, esto no se había intentado en el pasado, tanto por las limitaciones de la tecnología disponible como porque, sorprendentemente, la organización fascicular del nervio vago cervical se desconoce casi por completo; Recientemente se ha trabajado en modelos animales. El objetivo de esta investigación es investigar la anatomía funcional de los fascículos (grupos de fibras nerviosas) en el nervio vago cervical de humanos. Esto incluirá definir la inervación del corazón, los pulmones y la laringe recurrente y, si es posible, el esófago, el estómago, el páncreas, el hígado y el tracto gastrointestinal. Después de identificar las ubicaciones específicas de los grupos anteriores, será posible dirigir la estimulación de modo que solo los órganos específicos se vean afectados por la estimulación del nervio vago. En particular, puede ser posible lograr un efecto terapéutico supresor de convulsiones en epilepsia con mayor eficacia y, al mismo tiempo, evitar todos los efectos secundarios normalmente presentes porque todas las funciones de los órganos se alteran cuando se estimula todo el nervio.

Nuestro grupo ha sido pionero en el uso de un manguito nervioso multipropósito para obtener imágenes de la actividad dentro de los nervios con tomografía de impedancia eléctrica (EIT) y con la capacidad de neuromodulación espacialmente selectiva. Ha sido optimizado y validado para su uso in vivo en modelos animales.

La estimulación del nervio vago (VNS) se realiza actualmente en humanos para el tratamiento de la epilepsia y la depresión resistentes a los medicamentos. Sin embargo, VNS como intervención terapéutica se puede ampliar a una amplia gama de aplicaciones terapéuticas. Los estudios en curso y la investigación preclínica indican resultados prometedores en el tratamiento de trastornos cardiovasculares e insuficiencia cardíaca, lesión pulmonar, asma, sepsis, artritis reumatoide, diabetes, obesidad, control del dolor y tratamiento de la vía antiinflamatoria en general. Además, la neuromodulación selectiva podría utilizarse como abordaje terapéutico para el tratamiento del síndrome de distrés respiratorio agudo, predominante actualmente durante la pandemia de Covid-19, que requiere la activación de unas vías (vía antiinflamatoria colinérgica) y no de otras (función pulmonar ) para mejorar efectivamente los resultados.

Incluso con el gran potencial de VNS en el tratamiento de una variedad de enfermedades, todavía existen limitaciones. Sin el conocimiento de la neuroanatomía del nervio diana, los efectos secundarios prevalecen y reducen la eficacia del tratamiento. Una gran proporción de los efectos secundarios experimentados con frecuencia, como tos, disnea y ronquera, pueden atribuirse a la activación de las fibras del nervio laríngeo recurrente en el nervio vago. Evitar el flujo de salida vagal hacia la laringe por sí solo podría mejorar en gran medida la VNS y reducir los efectos secundarios observados con tanta frecuencia. Sin embargo, el conocimiento de la inervación de todas las regiones dentro del nervio vago cervical podría mejorar aún más la estimulación dirigida y la eficacia terapéutica; evitando cualquier respuesta no deseada en órganos no objetivo, como dificultad para respirar y bradicardia, y podría reducir el riesgo de efectos secundarios adicionales a largo plazo, como desarrollar hiperglucemia cuando se estimula para la epilepsia.

La EIT y la estimulación selectiva del nervio vago humano prometen proporcionar información sobre la organización fascicular del nervio que permitiría una neuromodulación dirigida durante el tratamiento de la epilepsia, la depresión y otros trastornos sin un flujo vagal indiscriminado, evitando así los efectos fuera del objetivo que se experimentan actualmente. Se mejorarán la eficacia y los resultados terapéuticos de VNS. Requiere la colaboración interdisciplinaria de científicos biomédicos, ingenieros electrónicos y matemáticos, y tiene un gran interés para aquellos interesados ​​en el trabajo interdisciplinario en estos campos.

Durante la cirugía de implantación rutinaria del estimulador del nervio vago, el cirujano colocará un manguito de electrodos temporal solo para este estudio, después de obtener acceso al nervio vago. Este manguito se retirará durante la misma cirugía después de que se haya completado el protocolo y se haya completado la cirugía como de costumbre. Este manguito está diseñado para un solo uso, hecho de platino esterilizado y silicona de grado médico: una capa de trazas y electrodos que contienen platino dispuestos en anillos está confinada entre dos capas de silicona de grado médico. Para garantizar que el manguito esté en contacto con el nervio, se utilizará un soporte de silicona de grado médico, en forma de tubo con una abertura, o abrazaderas biocompatibles adheridas a los extremos de la abertura del manguito, a criterio del cirujano. Un extremo del manguito tiene un conector que conduce a un dispositivo electrónico que se utiliza para las estimulaciones y grabaciones. Mientras el paciente aún se encuentra bajo tratamiento para su cirugía de implantación de rutina, se llevarán a cabo tanto la estimulación selectiva como los registros de EIT (imágenes). Se impulsará una corriente eléctrica entre un par de electrodos presentes en el manguito, y el proceso se repetirá para diferentes pares mientras se registran parámetros fisiológicos (ECG (registro de la actividad cardíaca), respiración, electrogastrograma) para buscar cambios fisiológicos. Los parámetros, como la corriente, el ancho del pulso y la frecuencia, se ajustarán para provocar respuestas en el nervio por diferentes tipos de fibras nerviosas. La estimulación se realizará durante aproximadamente hasta 28 minutos (de 10 a 30 segundos por par con un tiempo de espera intermedio para volver a la línea de base). Esto puede repetirse con diferentes parámetros de estimulación. Posteriormente, la imagen del nervio (EIT) se realizará de manera similar con corriente inyectada a través de varios pares de electrodos; sin embargo, esta vez se usarán otros electrodos en el manguito para registrar las propiedades eléctricas, específicamente la impedancia, del nervio. Esto tendrá lugar durante aproximadamente 28 minutos también. El cirujano retirará el manguito al final del protocolo y la cirugía se completará como de costumbre para la cirugía de implantación estándar. Esto completará la participación del paciente en este estudio. Todas las mediciones y grabaciones serán analizadas en una etapa posterior por los investigadores en su laboratorio y oficina, para obtener información sobre la estimulación selectiva del nervio vago y formar imágenes de la actividad dentro del nervio y el nivel de implantación del manguito.