電気インピーダンス トモグラフィーと迷走神経の選択的刺激 (EITsVNS)

エレクトロスーティカルズは、自律神経を電気的に刺激することで、さまざまな内科疾患の治療を目指す比較的新しい分野です。 介入の主要なターゲットは、頸部迷走神経です。これは、外科的に容易にアクセスでき、首、胸部、腹部の多くの器官に供給されます。 現在発生しているオフターゲット効果を避けるために、選択的に刺激することが望ましい。 最近まで、これは過去に試みられていませんでした。これは、利用可能な技術の制限と、驚くべきことに、頸部迷走神経の束組織がほとんど完全に知られていないためです。仕事は最近動物モデルで行われました。 この研究の目的は、ヒトの頸部迷走神経における線維束 (神経線維のグループ) の機能解剖学を調査することです。 これには、心臓、肺、再発喉頭、そして可能であれば食道、胃、膵臓、肝臓、消化管への神経支配の定義が含まれます。 上記のグループの特定の場所が特定された後、特定の臓器のみが迷走神経刺激の影響を受けるように刺激を指示することが可能になります。 特に、てんかんにおける治療的な発作抑制効果をより高い有効性で達成すると同時に、神経全体が刺激されるとすべての臓器機能が変化するため、通常存在するすべての副作用を回避できる可能性があります。

私たちのグループは、電気インピーダンス トモグラフィー (EIT) と空間選択的ニューロモジュレーションの能力を備えた、神経内の活動をイメージングするための多目的神経カフの使用を開拓しました。 動物モデルでの in vivo での使用に最適化および検証されています。

迷走神経刺激 (VNS) は現在、薬剤耐性てんかんおよびうつ病の治療のためにヒトで行われています。 ただし、治療介入としての VNS は、広範な治療アプリケーションに拡張できます。 進行中の研究と前臨床研究では、心臓血管障害と心不全、肺損傷、喘息、敗血症、関節リウマチ、糖尿病、肥満、疼痛管理、および一般的な抗炎症経路の標的化における有望な結果が示されています。 さらに、選択的ニューロモジュレーションは、急性呼吸窮迫症候群の治療のための治療アプローチとして使用できます。これは現在、Covid-19 パンデミック中に優勢であり、一部の経路 (コリン作動性抗炎症経路) の活性化を必要とし、他の経路 (肺機能) の活性化は必要としません。 ) 結果を効果的に改善します。

さまざまな疾患の治療における VNS の大きな可能性があっても、まだ限界があります。 標的神経の神経解剖学に関する知識がなければ、副作用が蔓延し、治療効果が低下します。 咳、呼吸困難、嗄声など、頻繁に経験する副作用の大部分は、迷走神経の反回神経線維の活性化に起因する可能性があります。 単独で喉頭への迷走神経流出を回避することで、VNS が大幅に改善され、頻繁に観察される副作用が軽減されます。 ただし、頸部迷走神経内のすべての領域からの神経支配の知識は、標的を絞った刺激と治療効果をさらに向上させる可能性があります。息切れや徐脈などの非標的臓器での望ましくない反応を回避し、てんかんの刺激時に高血糖を発症するなど、さらなる長期的な副作用のリスクを減らすことができます.

EIT と人間の迷走神経の選択的刺激は、無差別な迷走神経流出なしにてんかん、うつ病、その他の障害の治療中に標的となる神経調節を可能にし、それによって現在経験しているオフターゲット効果を回避する、神経の束状組織の情報を提供する可能性を秘めています。 VNS の有効性と治療結果が改善されます。 それには、生物医学科学者、電子工学者、数学者の学際的な協力が必要であり、これらの分野での学際的な研究に関心のある人々にとって大きな関心を持っています。

ルーチンの迷走神経刺激装置移植手術中に、執刀医は、迷走神経へのアクセスを得た後、この研究の目的でのみ一時的な電極カフを配置します。 このカフは、プロトコルが完了した後、同じ手術中に取り外され、手術は通常どおり完了します。 このカフは使い捨て用に設計されており、滅菌済みのプラチナと医療グレードのシリコンでできています。リング状に配置されたトレースと電極を含むプラチナの層は、医療グレードのシリコンの 2 つの層の間に閉じ込められています。 カフが神経と接触していることを確認するために、開口部のあるチューブの形の医療グレードのシリコンサポート、またはカフの開口端に取り付けられた生体適合性クランプが外科医の裁量で使用されます。 カフの一方の端には、刺激と記録に使用される電子デバイスにつながるコネクタがあります。 患者が通常の移植手術を受けている間に、選択的刺激と EIT 記録 (イメージング) の両方が行われます。 カフにある一対の電極間に電流が流され、生理的変化を探すために生理学的パラメーター (ECG (心臓活動の記録)、呼吸、胃電図) を記録しながら、異なるペアに対してプロセスが繰り返されます。 電流、パルス幅、周波数などのパラメータを調整して、さまざまな神経線維タイプによる神経の反応を誘発します。 刺激は、約 28 分間実行されます (ベースラインに戻るまでの待ち時間を挟んで、ペアごとに 10 ～ 30 秒)。 これは、異なる刺激パラメータで繰り返される場合があります。 続いて、さまざまな電極対から電流を注入して同様の方法で神経画像 (EIT) を実行しますが、今回はカフの他の電極を使用して、神経からの電気的特性、特にインピーダンスを記録します。 これも約28分間行われます。 カフは、プロトコルの最後に外科医によって取り除かれ、手術は通常の標準的な移植手術と同様に完了します。 これにより、この研究への患者の参加が完了します。 すべての測定値と記録は、ラボとオフィスの研究者によって後の段階で分析され、選択的な迷走神経刺激に関する情報を取得し、神経内の活動の画像とカフ移植のレベルを形成します。