Badacze opracowali mikroskopijne urządzenie, które otwiera nową drogę w leczeniu przewlekłego bólu i zaburzeń ruchowych poprzez kontrolowanie aktywności nerwów — bez konieczności przeprowadzania operacji, użycia baterii czy kabli. Przeznaczone jest ono do wstrzyknięcia do organizmu, gdzie – kontrolowane bezprzewodowo – oferuje możliwość wykonywania działań, które uprzednio wymagały użycia skalpela i rozcinania ciała.
Nowe urządzenie jest dziełem naukowców pracujących dla NYU Abu Dhabi (oddział Uniwersytetu Nowego Jorku w Zjednoczonych Emiratach Arabskich) we współpracy z Cleveland Clinic Abu Dhabi (analogicznie, jest to emiracka filia tej amerykańskiej instytucji z Ohio). Nazwane SEED, oficjalnie bierze swą nazwę od abrewiacji Stimulating Electrode for Electroceutical Delivery, choć jest to oczywiście gra słów – urządzenie faktycznie przypomina bowiem maleńkie ziarenko, mające 1,4 mm średnicy i 9 mm długości.
Urządzenie jest całkowicie pasywne: nie ma w sobie baterii, układów scalonych czy jakichkolwiek przewodów. SEED zasilane jest z wykorzystaniem rezonansowego sprzęgnięcia indukcyjnego o częstotliwości 65 kHZ (czyli mieszczącej się w zakresie spektrum definiowanego jako statyczne). Zewnętrzna cewka nadawcza o średnicy 7 cm przesyła energię do miniaturowego odbiornika z efektywnością ok ~4,5% – pozostałe ~95% energii rozprasza się w tkankach organizmu, generując ciepło.
Wewnątrz cylindra wydrukowanego metodą stereolitografii umieszczono cewkę odbiorczą z rdzeniem ferrytowym (o średnicy ok. ~1,1 mm), kondensator 18 nF oraz diodę LED, sygnalizującą aktywację. Elektrody z platynowo-irydowego stopu uformowano w helisę, która według symulacji pola elektrycznego generuje szczytowe natężenie ~143 V/m wzdłuż osi nerwu przy zastosowaniu potencjału 1 V – przy czym pole to spada do połowy wartości na odległości ~4,8 mm.
Urządzenie do zarządzania aktywnością nerwów
W istocie jest to zatem miniaturowy aparat pełniący funkcję bezprzewodowego interfejsu bioelektronicznego, dostosowanego do umieszczania w ciele poprzez standardową igłę 14-gauge (tj. mającą 1,63 mm zewnętrznej średnicy). SEED umożliwia bezprzewodową, obwodową neuromodulację – innymi słowy, oddziaływanie na połączenia nerwowe, i to z precyzją oraz łagodnością trudną do osiągnięcia w przypadku tradycyjnych, chirurgicznych zabiegów neurologicznych.
Nadaje się w związku z tym do zastosowania w leczeniu schorzeń neurologicznych w sposób eliminujący ryzyko powikłań związanych z chirurgią, takimi jak infekcje, blizny czy uszkodzenia tkanek. Urządzenie to, dzięki swojej miniaturyzacji i braku zewnętrznych elementów, redukuje także koszty i czas żmudnej i uciążliwej rekonwalescencji, która w przypadku klasycznych zabiegów neurochirurgicznych pochłania często kilku tygodni, a w skomplikowanych przypadkach nawet i całe miesiące.
Dotychczasowe rozwiązania w dziedzinie neuromodulacji — takie jak implanty do stymulacji rdzenia kręgowego — wymagały zastosowania inwazyjnych procedur, co ograniczało ich zastosowanie do tych pacjentów, u których korzyści przewyższały ryzyko. SEED, jako pierwsze urządzenie tego typu, pozwala na precyzyjną stymulację nerwów obwodowych bez konieczności rozcinania ciała. W badaniach przedklinicznych wykazano, że urządzenie jest skuteczne w modulacji aktywności nerwowej.
Ziarno postępu medycznego?
Może się to bezpośrednio przełożyć na, jak to się ładnie mówi, „poprawę jakości życia” pacjentów cierpiących na przewlekły ból neurogenny czy dystonię – innymi słowy, po prostu fizyczne (a nie chemiczne) znieczulenie. Co istotne, jako że urządzenie nie wymaga zewnętrznego zasilania i czerpie energię w sposób przed chwilą opisany, nie zachodzi potrzeba wymiany baterii – która obciążała poprzednie generacje implantów i która wymuszała regularne, inwazyjne operacje w celu ich wymiany.
Oczywiście, są też ograniczenia. Stymulacja jest jednofazowa, co przy chronicznym użytkowaniu wiąże się z ryzykiem uszkodzenia tkanek przez nieskompensowane ładunki. Brak aktywnych układów oznacza brak telemetrii zwrotnej – lekarz nie otrzymuje informacji o stanie urządzenia ani reakcji nerwu. Zewnętrzny nadajnik musi znajdować się nie dalej niż ~3,5 cm od SEED, przy tolerancji kątowej ok. ~75 stopni, co zmusza pacjenta do noszenia specjalistycznej opaski w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca wstrzyknięcia.
Nie podano także szacunkowych kosztów terapii z zastosowaniem ziarenka, jak i perspektyw jego komercjalizacji. Mimo to perspektywa zastosowania miniaturowego implantu oferującego nielimitowane w praktyce znieczulenie, i to bez zatruwania organizmu substancjami chemicznymi, lub też stymulację nerwową, gdy ta jest wymagana, może dla wielu osób stanowić istotny przełom.