Zgodnie z wynikami opublikowanymi w zeszłym tygodniu w dziennik Medycyna naturalna, urządzenie działa na adaptacyjna głęboka stymulacja mózgu (aDBS)A technika neuromodulacji (technologia, która zmienia aktywność nerwową poprzez dostarczanie sygnałów elektrycznych lub środków farmaceutycznych), w której parametry stymulacji są dostosowywane zgodnie ze stanem klinicznym i neurologicznym pacjenta. Różne objawy motoryczne i poznawcze odpowiadają różnym sygnałom mózgowym, które są nazywane biomarkerami.

System aDBS to zamknięty układ, który jest automatycznie regulowany w celu utrzymania pożądanego stanu i w którym działanie zależy od wyniku. Odczytuje on te biomarkery i wykorzystuje je jako zmienne zwrotne do dostosowywania parametrów stymulacji w czasie rzeczywistym.

Badanie, prowadzone przez Carinę R. Oehrn z Wydziału Neurochirurgii UCSF, jest pierwszym, które ocenia adaptacyjną stymulację u pacjentów z chorobą Parkinsona w trakcie normalnego i nieograniczonego codziennego życia. Celem badania było określenie, w jaki sposób adaptacyjna stymulacja jest lepsza od stymulacji konwencjonalnej i w jaki sposób ta pierwsza może poprawić jakość życia pacjentów z chorobą Parkinsona.

Znaczenie jest takie, że za pomocą urządzenia można leczyć zarówno problemy z ruchem, jak i bezsenność u osób cierpiących na chorobę Parkinsona. Co najważniejsze, pacjenci mogą korzystać z urządzenia podczas wykonywania codziennych czynności, bez obawy przed wystąpieniem niepożądanych objawów z powodu niewystarczającej lub nadmiernej stymulacji.

Przeczytaj także: Szczepionka przeciwko rotawirusom zmniejszyła liczbę zgonów w Indiach o jedną trzecią, zapobiegając niewłaściwemu stosowaniu antybiotyków, wynika z badania w USA

aDBS i kontrola ruchu

Po raz pierwszy metodę DBS wypróbowano u pacjentów z chorobą Parkinsona w 1986 r. Zastosowano ją w celu stymulacji wzgórza ruchowego, obszaru mózgu zaangażowanego w kontrolę ruchu, gdzie wszystkie informacje sensoryczne i motoryczne są przekazywane z ciała do mózgu.

Technika aDBS odczytuje sygnały mózgowe i określa, którym objawom one odpowiadają. Po wychwyceniu tych sygnałów urządzenie ogranicza je za pomocą impulsów elektrycznych, uzupełniając działanie leków. Innymi słowy, uciążliwe objawy, takie jak drżenie i sztywność, są związane ze wzrostem poziomu niektórych sygnałów mózgowych. Aby uwolnić pacjenta od problemów motorycznych, ważne jest ograniczenie tych impulsów. W tym celu aDBS można stosować wraz z lekami.

Lek o nazwie lewodopa jest podawany pacjentom z chorobą Parkinsona, ponieważ zastępuje dopaminę w komórkach mózgowych, które utraciły zdolność produkcji neuroprzekaźnika kontrolującego ruch, wpływającego na nastrój, motywację i sen.

Jednak w wielu przypadkach w mózgu wytwarza się nadmiar dopaminy, co powoduje niekontrolowane ruchy (dyskinezę), takie jak drżenie i chaotyczne ruchy twarzy, ramion i nóg.

Nowe urządzenie może zapewnić mniejszą stymulację podczas działania leków, dzięki czemu pacjent nie będzie wykazywał nadmiernych ruchów.

Gdy działanie leku ustaje, pacjent odczuwa niepokój, wahania nastroju, ból i senność oraz nawrót dyskinezy. Objawy te występują, ponieważ poziom dopaminy w mózgu spada. Aby je przywrócić, urządzenie aDBS może pomóc w stymulacji neuronów uwalniających dopaminę.

Ciekawostką jest to, że pacjenci mogą korzystać z innego urządzenia przenośnego, podobnego do pilota, aby wyłączyć leczenie lub zatrzymać tryb adaptacyjny implantu.

W ramach badań naukowcy z UCSF przetestowali urządzenie na czterech uczestnikach płci męskiej i porównali wyniki z wynikami już istniejącej technologii DBS zwanej stałym DBS (cDBS).

Czterech uczestników zostało zrekrutowanych z ambulatoryjnych klinik oddziałów neurologii i chirurgii neurologicznej na UCSF w okresie od sierpnia 2018 r. do lutego 2022 r. Wszyscy z nich chorowali na chorobę Parkinsona od 10–15 lat i należeli do grupy wiekowej 47–68 lat.

W standardowej technice neuromodulacji cDBS parametry stymulacji pozostają stałe, niezależnie od objawów pacjenta i związanych z nimi zmian w aktywności mózgu. Technologia ta ma kilka wad, ponieważ stały poziom stymulacji elektrycznej może niedostymulować lub nadmiernie stymulować obszary mózgu, powodując więcej szkody niż pożytku.

W tym miejscu z pomocą przychodzi aDBS. W przeciwieństwie do aDBS, cDBS nie jest w stanie złagodzić bezsenności, ponieważ kontroluje głównie problemy z poruszaniem się w ciągu dnia.

„Użyliśmy tego samego urządzenia sprzętowego zarówno do standardowej terapii cDBS, jak i badawczej terapii aDBS. Nasze badanie porównywało różne oprogramowanie do stosowania stymulacji przy użyciu tego samego urządzenia” – powiedziała ThePrint dr Stephanie Cernera, jedna z autorek artykułu i postdoktorantka na UCSF.

„Po włączeniu algorytmu aDBS korzyści z samomodulującej intensywności stymulacji byłyby niemal natychmiastowe w przypadku niektórych objawów motorycznych. Na przykład, gdy leki pacjenta działają, intensywność stymulacji cDBS może być zbyt wysoka i powodować niepożądane ruchy. Jednak w aDBS algorytm wykryłby, że leki pacjenta działają, odpowiednio dostosowałby amplitudę stymulacji i zmniejszyłby lub zatrzymał te niepożądane ruchy” – dodał dr Cernera.

Jak aDBS może leczyć bezsenność

Poprzednie badanie, opublikowane w lutym 2024 r. w Komunikacja przyrodniczakierowany przez Simona Little’a z UCSF, wykazał, że aDBS ma potencjał w leczeniu bezsenności u pacjentów z chorobą Parkinsona.

W ramach badań Little i jego zespół testowali metodę aDBS u czterech pacjentów z chorobą Parkinsona i jednego z dystonią szyjną (bolesne schorzenie neurologiczne charakteryzujące się mimowolnymi skurczami mięśni szyi).

Badanie wykazało, że system DBS nie tylko rozpoznaje aktywność mózgu związaną z różnymi fazami snu, ale może również identyfikować wzorce wskazujące na prawdopodobieństwo, że dana osoba obudzi się w określonym momencie w ciągu nocy.

Pierwszy mały badanie snu aDBS został opublikowany w zeszłym roku w czasopiśmie Stymulacja mózgu. Autorzy artykułu doszli do wniosku, że stymulacja mózgu podczas snu pacjenta może pomóc naukowcom zrozumieć neurofizjologię snu u pacjentów z chorobą Parkinsona, a także może być wykorzystana do opracowania terapii ukierunkowanych na objawy snu.

Przeczytaj także: 34 kolejne leki o stałej dawce prawdopodobnie zostaną zakazane, mówi regulator szczytowy po dużych represjach

Jak opracowano urządzenie aDBS

W 2013 r. Philip Starr, profesor neurochirurgii na UCSF i jeden ze starszych autorów artykułu, opracował metodę wykrywania i rejestrowania nieprawidłowych rytmów mózgowych związanych z chorobą Parkinsona. Te nieprawidłowe sygnały są generowane, ponieważ neurony produkujące dopaminę ulegają uszkodzeniu lub obumierają.

W 2021 roku Starr i jego współpracownicy zidentyfikowali wzorce rytmów mózgowych odpowiadające objawom motorycznym.

Starr i Little skupili się na opracowaniu systemu DBS, który byłby w stanie odczytywać różne poziomy dopaminy. W tym celu zaczęli identyfikować sygnały mózgowe odpowiadające różnym problemom ruchowym.

Jądro podwzgórzowe (STN) to głęboki obszar mózgu, który koordynuje ruch, jednak naukowcy postanowili nie badać sygnałów generowanych w tym obszarze.

Dzieje się tak, ponieważ STN jest regionem stymulowanym przez cDBS. Gdyby naukowcy próbowali badać sygnały wytwarzane w STN, nie uzyskaliby żadnych odczytów, ponieważ stymulacja tego regionu przez cDBS spowodowałaby wyciszenie sygnałów mózgowych odpowiadających problemom motorycznym.

Dlatego naukowcy badali alternatywne sygnały w korze ruchowej – regionie niestymulowanym przez cDBS – który jest optymalnym biomarkerem wahań sygnału związanych z niepożądanymi objawami u pacjentów z chorobą Parkinsona.

Na podstawie zebranych sygnałów opracowano system analizy danych, który potrafi przekształcić informacje w spersonalizowane algorytmy, unikatowe dla każdego pacjenta.

„DBS-y przewody umieszczono w jądrze nadczołowym (TSN), które jest częstym celem stymulacji mózgu metodą DBS u pacjentów z chorobą Parkinsona. Standardowe ustawienia stymulacji cDBS są zazwyczaj konfigurowane przez neurologa w ciągu wielu miesięcy po chirurgicznym umieszczeniu urządzenia. Zajęło to dodatkowe tygodnie lub miesiące, aby zidentyfikować sygnały mózgowe i dodatkowe ustawienia dla algorytmów aDBS każdego pacjenta”, powiedział dr Cernera.

Czy aDBS może się zepsuć?

Chociaż aDBS zapewnia lepszą kontrolę objawów w porównaniu z cDBS, skuteczność pierwszej metody zależy od zdolności monitorowanych sygnałów mózgowych do wykrywania objawów i odpowiedniej zmiany intensywności stymulacji.

Jednak dr Cernera powiedział, że jeśli sygnały mózgowe nie będą w stanie dokładnie przewidzieć objawów pacjentów, intensywność stymulacji pozostanie w bezpiecznym zakresie, jak ustalił neurolog prowadzący badanie. Może to jednak niewystarczająco rozwiązać objawy pacjenta.

„Jednym ze sposobów, w jaki objawy mogłyby być niedokładnie przewidywane na podstawie sygnałów mózgowych, byłoby, gdyby sygnały zmieniały się w czasie. Nasze badanie obejmowało co najmniej 30 dni oceny aDBS u każdego pacjenta i nie wykazało żadnych zmian w sygnałach mózgowych w czasie. Było to najdłuższe badanie, w którym kiedykolwiek wykonano aDBS w naturalnych warunkach” – wyjaśnił dr Cernera.

Dodała jednak, że potrzeba więcej badań, aby śledzić długoterminową skuteczność algorytmów aDBS i stabilność tych sygnałów mózgowych, co jest przyszłym obszarem zainteresowania laboratorium Starr.

Inne choroby, które można leczyć za pomocą aDBS

Zdaniem dr Cernery, jeśli objaw choroby neurologicznej ma skojarzony sygnał mózgowy i reaguje na zmiany w intensywności lub czasie stymulacji, możliwe jest, że terapia aDBS mogłaby pomóc w opanowaniu tych objawów.

„Technika aDBS mogłaby potencjalnie znaleźć zastosowanie w przypadku różnych chorób motorycznych i neuropsychiatrycznych. Obecnie aDBS jest badana pod kątem innych zaburzeń ruchu, takich jak drżenie samoistne i zespół Tourette’a” – powiedział dr Cernera.

Drżenie samoistne to stan neurologiczny powodujący mimowolne i rytmiczne drżenie rąk, tułowia, głowy, nóg i głosu. Zespół Tourette’a to stan neurologiczny powodujący niechciane, niekontrolowane, szybkie i powtarzające się ruchy (tiki) oraz dźwięki wokalne.

„Opracowaliśmy nasz algorytm aDBS z myślą o problemach z ruchem i odkryliśmy, że aDBS poprawiło najbardziej uciążliwe objawy motoryczne lub problemy z ruchem u pacjentów w porównaniu z tradycyjnym DBS. Monitorowaliśmy również szereg innych objawów niezwiązanych z ruchem, takich jak nastrój, lęk, i nie znaleźliśmy żadnej różnicy w aDBS w porównaniu z cDBS” – powiedział dr Cernera.

„Z pewnością możliwe jest, że będziemy w stanie wpłynąć na objawy niezwiązane z ruchem, identyfikując różne sygnały mózgowe lub stymulując je w inny sposób. Będzie to przedmiotem zainteresowania laboratorium dr Oehrn na University of California w Davis, gdzie opracowuje ona podejścia aDBS do pamięci i nastroju w chorobie Parkinsona” – dodała.

W oświadczeniu wydanym przez UCSF Starr stwierdził, że aDBS ma potencjał w leczeniu objawów nie tylko choroby Parkinsona, ale również innych schorzeń neurologicznych, takich jak depresja i zaburzenia obsesyjno-kompulsywne.

(Edytowane przez Mannat Chugh)

Przeczytaj także: Czym jest Mpox, jak się rozprzestrzenia i kto jest narażony? Wszystko o chorobie uznanej za globalny stan zagrożenia zdrowia