Sähköimpedanssitomografia ja vagushermon selektiivinen stimulaatio (EITsVNS)

Electroceuticals on suhteellisen uusi ala, jolla pyritään hoitamaan monenlaisia ​​lääketieteellisiä sairauksia autonomisten hermojen sähköstimulaatiolla. Intervention ensisijainen kohde on kohdunkaulan vagushermo, koska se on helposti saatavilla kirurgisesti ja se toimittaa monia elimiä niskassa, rintakehässä ja vatsassa. Olisi toivottavaa stimuloida valikoivasti, jotta vältettäisiin tällä hetkellä esiintyvät sivuvaikutukset. Viime aikoihin asti tätä ei ole kokeiltu aiemmin, sekä saatavilla olevan teknologian rajoitusten vuoksi että myös siksi, että yllättäen kohdunkaulan vagushermon fascikulaarinen rakenne on lähes täysin tuntematon; eläinmalleilla on hiljattain tehty työtä. Tämän tutkimuksen tavoitteena on tutkia ihmisen kohdunkaulan vagushermon sidekudosten (hermosäikeiden ryhmien) toiminnallista anatomiaa. Tämä sisältää sydämen, keuhkojen ja toistuvan kurkunpään sekä mahdollisuuksien mukaan ruokatorven, mahan, haiman, maksan ja maha-suolikanavan hermotuksen määrittelyn. Kun yllä olevien ryhmien erityiset sijainnit on tunnistettu, on mahdollista ohjata stimulaatio siten, että vagushermostimulaatio vaikuttaa vain tiettyihin elimiin. Erityisesti voi olla mahdollista saavuttaa terapeuttinen kohtauksia estävä vaikutus epilepsiassa paremmalla teholla ja samalla välttää kaikki normaalisti esiintyvät sivuvaikutukset, koska kaikki elinten toiminnot muuttuvat, kun koko hermoa stimuloidaan.

Ryhmämme on edelläkävijä monikäyttöisen hermomansetin käytössä hermojen kuvantamiseen sähköimpedanssitomografialla (EIT) ja spatiaalisesti selektiivisellä neuromodulaatiolla. Se on optimoitu ja validoitu käytettäväksi in vivo eläinmalleissa.

Vagus-hermostimulaatiota (VNS) suoritetaan tällä hetkellä ihmisillä lääkeresistentin epilepsian ja masennuksen hoitoon. VNS terapeuttisena interventiona voidaan kuitenkin laajentaa laajaan valikoimaan terapeuttisia sovelluksia. Meneillään olevat tutkimukset ja prekliiniset tutkimukset osoittavat lupaavia tuloksia sydän- ja verisuonisairauksien ja sydämen vajaatoiminnan, keuhkovaurion, astman, sepsiksen, nivelreuman, diabeteksen, liikalihavuuden, kivun hallinnassa ja tulehdusreitin kohdistamisessa yleensä. Lisäksi selektiivistä neuromodulaatiota voitaisiin käyttää terapeuttisena lähestymistapana akuutin hengitysvaikeusoireyhtymän hoidossa, joka vallitsee tällä hetkellä Covid-19-pandemian aikana ja joka edellyttää joidenkin reittien aktivoimista (kolinerginen tulehdusreitti) ja ei toisten (keuhkojen toiminta). ) parantaakseen tuloksia tehokkaasti.

Vaikka VNS:llä on valtava potentiaali useiden sairauksien hoidossa, rajoituksia on edelleen. Ilman tietoa kohdehermon neuroanatomiasta sivuvaikutukset vallitsevat ja heikentävät hoidon tehoa. Suuri osa usein koetuista sivuvaikutuksista, mukaan lukien yskä, hengenahdistus ja käheys, voidaan katsoa johtuvan toistuvien kurkunpään hermosäikeiden aktivaatiosta vagushermossa. Pelkästään emättimen kurkunpään ulosvirtauksen välttäminen voisi parantaa huomattavasti VNS:ää ja vähentää niin usein havaittuja sivuvaikutuksia. Kuitenkin tieto hermotuksesta kaikilta kohdunkaulan vagushermon alueilta voisi edelleen parantaa kohdennettua stimulaatiota ja terapeuttista tehoa; välttää ei-toivottuja vasteita ei-kohdistetuissa elimissä, kuten hengenahdistusta ja bradykardiaa, ja se voi vähentää uusien pitkäaikaisten sivuvaikutusten, kuten hyperglykemian kehittymisen, riskiä stimuloitaessa epilepsiaa.

EIT:llä ja ihmisen vagushermon selektiivisellä stimulaatiolla on lupaus tarjota tietoa hermon fascikulaarisesta organisoinnista, mikä mahdollistaisi kohdistetun neuromodulaation epilepsian, masennuksen ja muiden sairauksien hoidossa ilman umpimähkäistä ulosvirtausta, jolloin vältetään tällä hetkellä koetut sivuvaikutukset. VNS:n tehoa ja terapeuttisia tuloksia parannetaan. Se vaatii tieteidenvälistä yhteistyötä biolääketieteen tutkijoilta, elektroniikkainsinööreiltä ja matemaatikoilta, ja se kiinnostaa suuresti näiden alojen poikkitieteellisestä työstä kiinnostuneita.

Rutiininomaisen vagushermostimulaattorin implantointileikkauksen aikana leikkauskirurgi asettaa väliaikaisen elektrodimansetin vain tätä tutkimusta varten saatuaan käsiksi vagushermoon. Tämä mansetti poistetaan saman leikkauksen aikana protokollan suorittamisen jälkeen ja leikkaus suoritetaan normaalisti. Tämä mansetti on suunniteltu kertakäyttöiseksi, ja se on valmistettu steriloidusta platinasta ja lääketieteellisestä silikonista - kerros platinaa, joka sisältää jälkiä ja renkaisiin järjestettyjä elektrodeja, on rajattu kahden lääketieteellisen silikonikerroksen väliin. Sen varmistamiseksi, että mansetti on kosketuksessa hermon kanssa, kirurgin harkinnan mukaan käytetään lääketieteellistä silikonitukea, joka on aukolla varustetun putken muodossa, tai bioyhteensopivia puristimia, jotka on kiinnitetty mansetin avautuviin päihin. Mansetin toisessa päässä on liitin, joka johtaa elektroniseen laitteeseen, jota käytetään stimulaatioihin ja äänityksiin. Kun potilas on vielä rutiininomaisessa implantaatioleikkauksessa, suoritetaan sekä selektiivistä stimulaatiota että EIT-tallennuksia (kuvantaminen). Sähkövirtaa ohjataan mansetissa olevien elektrodiparien väliin, ja prosessi toistetaan eri pareille samalla kun tallennetaan fysiologisia parametreja (EKG (sydämen toiminnan tallennus), hengitys, elektrogastrogrammi) fysiologisten muutosten etsimiseksi. Parametreja, kuten virtaa, pulssin leveyttä ja taajuutta, säädetään hermovasteiden herättämiseksi eri hermosäytyypeillä. Stimulaatiota suoritetaan noin 28 minuuttia (10-30 sekuntia paria kohden, odotusaika välillä palatakseen lähtötasolle). Tämä voidaan toistaa erilaisilla stimulaatioparametreilla. Myöhemmin hermokuvaus (EIT) suoritetaan samalla tavalla virralla, joka injektoidaan eri elektrodiparien kautta, mutta tällä kertaa mansetissa olevia muita elektrodeja käytetään tallentamaan hermon sähköisiä ominaisuuksia, erityisesti impedanssia. Tämäkin kestää noin 28 minuuttia. Kirurgi poistaa mansetin protokollan lopussa ja leikkaus suoritetaan normaaliin implantaatioleikkaukseen tavalliseen tapaan. Tämä täydentää potilaan osallistumisen tähän tutkimukseen. Tutkijat analysoivat myöhemmässä vaiheessa kaikki mittaukset ja tallenteet laboratoriossaan ja toimistossaan saadakseen tietoa selektiivisestä vagushermostimulaatiosta ja muodostaakseen kuvia hermon toiminnasta ja mansetin istutuksen tasosta.