Tomografia por impedância elétrica e estimulação seletiva do nervo vago (EITsVNS)

A eletrocêutica é um campo relativamente novo no qual o objetivo é tratar uma ampla variedade de doenças médicas com estimulação elétrica de nervos autônomos. Um alvo principal para intervenção é o nervo vago cervical, pois é facilmente acessível cirurgicamente e fornece muitos órgãos no pescoço, tórax e abdômen. Seria desejável estimular seletivamente para evitar os efeitos fora do alvo que ocorrem atualmente. Até recentemente, isso não foi tentado no passado, tanto por causa das limitações da tecnologia disponível, mas também porque, surpreendentemente, a organização fascicular do nervo vago cervical é quase completamente desconhecida; trabalho foi recentemente realizado em modelos animais. O objetivo desta pesquisa é investigar a anatomia funcional dos fascículos (grupos de fibras nervosas) no nervo vago cervical de humanos. Isso incluirá definir a inervação do coração, pulmões e laringe recorrente e, se possível, esôfago, estômago, pâncreas, fígado e trato gastrointestinal. Depois que as localizações específicas dos grupos acima forem identificadas, será possível direcionar a estimulação para que apenas órgãos específicos sejam afetados pela estimulação do nervo vago. Em particular, pode ser possível obter um efeito terapêutico supressor de crises na epilepsia com melhor eficácia e, ao mesmo tempo, evitar todos os efeitos colaterais normalmente presentes porque todas as funções dos órgãos são alteradas quando todo o nervo é estimulado.

Nosso grupo foi pioneiro no uso de um manguito de nervo multifuncional para atividade de imagem dentro dos nervos com Tomografia de Impedância Elétrica (EIT) e com a capacidade de neuromodulação seletiva espacialmente. Foi otimizado e validado para uso in vivo em modelos animais.

A estimulação do nervo vago (VNS) é atualmente realizada em humanos para o tratamento de epilepsia e depressão resistentes a medicamentos. No entanto, o VNS como intervenção terapêutica pode ser expandido para uma vasta gama de aplicações terapêuticas. Estudos em andamento e pesquisas pré-clínicas indicam resultados promissores no tratamento de distúrbios cardiovasculares e insuficiência cardíaca, lesões pulmonares, asma, sepse, artrite reumatóide, diabetes, obesidade, controle da dor e direcionamento da via antiinflamatória em geral. Além disso, a neuromodulação seletiva poderia ser utilizada como abordagem terapêutica para o tratamento da síndrome do desconforto respiratório agudo, predominante atualmente durante a pandemia de Covid-19, que requer a ativação de algumas vias (via anti-inflamatória colinérgica) e não de outras (função pulmonar ) para melhorar efetivamente os resultados.

Mesmo com o vasto potencial do VNS no tratamento de uma variedade de doenças, ainda existem limitações. Sem o conhecimento da neuroanatomia do nervo alvo, os efeitos colaterais prevalecem e reduzem a eficácia do tratamento. Uma grande proporção de efeitos colaterais frequentemente experimentados, incluindo tosse, dispneia e rouquidão, pode ser atribuída à ativação das fibras nervosas laríngeas recorrentes no nervo vago. Evitar o fluxo vagal para a laringe sozinho poderia melhorar muito o VNS e reduzir os efeitos colaterais tão frequentemente observados. No entanto, o conhecimento da inervação de todas as regiões do nervo vago cervical pode melhorar ainda mais a estimulação direcionada e a eficácia terapêutica; evitando qualquer resposta indesejada em órgãos não-alvo, como falta de ar e bradicardia, e pode reduzir o risco de outros efeitos colaterais de longo prazo, como o desenvolvimento de hiperglicemia ao estimular a epilepsia.

A EIT e a estimulação seletiva do nervo vago humano prometem fornecer informações sobre a organização fascicular do nervo, o que permitiria a neuromodulação direcionada durante o tratamento de epilepsia, depressão e outros distúrbios sem fluxo vagal indiscriminado, evitando assim os efeitos fora do alvo atualmente experimentados. A eficácia e os resultados terapêuticos do VNS serão melhorados. Requer colaboração interdisciplinar de cientistas biomédicos, engenheiros eletrônicos e matemáticos e é de grande interesse para os interessados ​​em trabalhos interdisciplinares nessas áreas.

Durante a cirurgia de implantação do estimulador do nervo vago de rotina, o cirurgião operacional colocará um manguito de eletrodo temporário apenas para o propósito deste estudo, após obter acesso ao nervo vago. Este manguito será removido durante a mesma cirurgia após a conclusão do protocolo e a cirurgia concluída normalmente. Este manguito é projetado para uso único, feito de platina esterilizada e silicone de grau médico - uma camada de platina contendo vestígios e eletrodos dispostos em anéis é confinada entre duas camadas de silicone de grau médico. Para garantir o contato do manguito com o nervo, será utilizado um suporte de silicone de grau médico, em forma de tubo com abertura, ou pinças biocompatíveis fixadas nas extremidades da abertura do manguito, a critério do cirurgião. Uma das extremidades do manguito possui um conector que leva a um dispositivo eletrônico que é utilizado para as estimulações e gravações. Enquanto o paciente ainda está sob cirurgia de implantação de rotina, tanto a estimulação seletiva quanto os registros de EIT (imagem) serão realizados. Uma corrente elétrica será conduzida entre um par de eletrodos presentes no manguito, e o processo será repetido para diferentes pares durante o registro de parâmetros fisiológicos (ECG (registro da atividade cardíaca), respiração, eletrogastrograma) para procurar alterações fisiológicas. Parâmetros, como corrente, largura de pulso e frequência, serão ajustados para provocar respostas no nervo por diferentes tipos de fibras nervosas. A estimulação será realizada por aproximadamente até 28 minutos (10 a 30 segundos por par com tempo de espera entre o retorno à linha de base). Isso pode ser repetido com diferentes parâmetros de estimulação. Posteriormente, a imagem do nervo (EIT) será realizada de maneira semelhante com a corrente injetada através de vários pares de eletrodos; no entanto, desta vez, outros eletrodos no manguito serão usados ​​para registrar as propriedades elétricas, especificamente a impedância, do nervo. Isso acontecerá por aproximadamente 28 minutos também. O manguito será removido pelo cirurgião no final do protocolo e a cirurgia será concluída como de costume para a cirurgia de implantação padrão. Isso completará o envolvimento do paciente neste estudo. Todas as medições e gravações serão analisadas posteriormente pelos pesquisadores em seu laboratório e escritório, para obter informações sobre a estimulação seletiva do nervo vago e formar imagens da atividade dentro do nervo e do nível de implantação do manguito.