Likwidowanie ciężkiego bólu bez leków? Już to możliwe

Ostatnia aktualizacja 28 lipca 2022

Naukowcy inżynierii biomedycznej z Northwestern University w Stanach Zjednoczonych opracowali zminiaturyzowane, miękkie, elastyczne urządzenie, które może zapewnić ulgę w bólu na zawołanie i bez leków. W badaniu opublikowanym w Science, pierwsze tego typu urządzenie może stanowić ważną alternatywę dla opioidów i innych leków powodujących uzależnienie. Wszczepialne biokompatybilne urządzenie zapewnia precyzyjne, ukierunkowane chłodzenie, które blokuje sygnały nerwowe przenoszące ból do mózgu.

Biokompatybilne, wypełnione żelem urządzenie działa poprzez delikatne otoczenie nerwów miękkim silikonowym okładem – chłodząc je precyzyjnie, celując w ból, aby znieczulić zakończenia nerwowe. Wbudowana pompka umożliwia użytkownikowi włączenie/wyłączenie urządzenia, a także zdalne zwiększenie lub zmniejszenie jego intensywności. Gdy urządzenie nie jest już potrzebne, w naturalny sposób rozpuszcza się w organizmie, a użytkownik nie musi go usuwać chirurgicznie.

Naukowcy uważają, że ta technologia jest najbardziej wartościowa dla pacjentów, którzy przechodzą rutynowe operacje, a nawet amputacje, które powszechnie wymagają stosowania leków pooperacyjnych. Chirurdzy mogliby wszczepić urządzenie podczas zabiegu, aby pomóc w zarządzaniu bólem pooperacyjnym pacjenta.

“Chociaż opioidy są niezwykle skuteczne, są również niezwykle uzależniające” – powiedział dr John Rogers, profesor Louis Simpson i Kimberly Querrey Professor of Materials Science and Engineering, Biomedical Engineering and Neurological Surgery, który kierował rozwojem urządzenia. Jonathan Reeder, były stypendysta podoktorski w laboratorium Rogersa, jest pierwszym autorem pracy.

“Jako inżynierów motywuje nas idea leczenia bólu bez leków – w sposób, który można natychmiast włączyć i wyłączyć, z kontrolą użytkownika nad intensywnością ulgi” – powiedział Rogers, który jest również dyrektorem założycielem Querrey Simpson Institute for Bioelectronics. “Technologia zgłoszona tutaj wykorzystuje mechanizm, który powoduje, że palce czują numer, gdy są zimne. Nasz implant pozwala na wytworzenie tego efektu w sposób programowalny, bezpośrednio i lokalnie do ukierunkowanych nerwów, nawet tych głęboko w otaczających tkankach miękkich.”

Jak to działa

Choć to nowe urządzenie może wydawać się fantastyką naukową, opiera się ono na niezwykle prostej i powszechnie znanej zasadzie: chłodzeniu ewaporacyjnym. Tak jak pot chłodzi ciało poprzez odparowanie, tak element chłodzący wewnątrz tego urządzenia wchodzi w kontakt z wrażliwymi nerwami wokół konkretnych części ludzkiego ciała, sprawiając, że odczuwają one chłód pomimo temperatury otoczenia.

“Gdy schładzasz nerw, sygnały, które podróżują przez nerw stają się coraz wolniejsze – w końcu całkowicie się zatrzymują” – powiedział współautor badania Matthew MacEwan, MD, PhD, z Washington University School of Medicine w St. Louis. Louis. “Celujemy w szczególności w nerwy obwodowe, które łączą mózg i rdzeń kręgowy z resztą ciała. To właśnie te nerwy przekazują bodźce sensoryczne, w tym ból. Dostarczając efekt chłodzenia tylko do jednego lub dwóch ukierunkowanych nerwów, możemy skutecznie modulować sygnały bólowe w jednym konkretnym regionie ciała.”

Aby wywołać efekt chłodzenia, urządzenie zawiera maleńkie kanały mikrofluidyczne. Jeden kanał zawiera płynny środek chłodzący (perfluoropentan), który jest już zatwierdzony klinicznie jako środek kontrastowy do ultradźwięków oraz do inhalatorów ciśnieniowych. Drugi kanał zawiera suchy azot, gaz obojętny. Kiedy ciecz i gaz przepływają do wspólnej komory, zachodzi reakcja, która powoduje szybkie odparowanie cieczy. Jednocześnie maleńki zintegrowany czujnik monitoruje temperaturę nerwu, aby upewnić się, że nie jest on zbyt zimny, co mogłoby spowodować uszkodzenie tkanki.

“Nadmierne chłodzenie może uszkodzić nerw i delikatne tkanki wokół niego” – powiedział Rogers. “Czas trwania i temperatura chłodzenia muszą być zatem precyzyjnie kontrolowane. Monitorując temperaturę przy nerwie, można automatycznie dostosować natężenie przepływu, aby ustawić punkt, który blokuje ból w odwracalny, bezpieczny sposób.”

Precyzyjna moc

Chociaż inne terapie chłodzące i blokady nerwów były testowane eksperymentalnie, wszystkie mają ograniczenia, które nowe urządzenie pokonuje. Wcześniej naukowcy badali na przykład krioterapie, które są wstrzykiwane za pomocą igły. Zamiast celować w konkretne nerwy, te nieprecyzyjne podejścia chłodzą duże obszary tkanki, co potencjalnie prowadzi do niepożądanych efektów, takich jak uszkodzenie tkanki i stan zapalny.

W najszerszym miejscu to małe urządzenie ma zaledwie pięć milimetrów szerokości. Jeden koniec jest zwinięty w mankiet, który miękko owija pojedynczy nerw, omijając potrzebę zakładania szwów. Precyzyjnie celując tylko w dotknięty nerw, urządzenie oszczędza okolicznym regionom niepotrzebnego chłodzenia, które mogłoby prowadzić do efektów ubocznych.

“Nie chcesz nieumyślnie ochłodzić innych nerwów lub tkanek, które nie są związane z nerwem przekazującym bodźce bólowe” – powiedział MacEwan. “Chcemy zablokować sygnały bólowe, a nie nerwy, które kontrolują funkcje motoryczne i umożliwiają na przykład używanie ręki”.

Wcześniejsi badacze badali również blokery nerwów, które wykorzystują stymulację elektryczną do wyciszenia bolesnych bodźców. One również mają ograniczenia.

“Nie można zamknąć nerwu za pomocą stymulacji elektrycznej bez aktywacji go najpierw”, powiedział MacEwan. “To może spowodować dodatkowy ból lub skurcze mięśni i nie jest idealne, z perspektywy pacjenta”.

Proces zaniku

Nowa technologia jest trzecim przykładem bioresorbowalnych urządzeń elektronicznych z laboratorium Rogersa, który wprowadził koncepcję elektroniki przejściowej w 2012 roku, opublikowaną w Science. W 2018 roku Rogers, MacEwan i współpracownicy zademonstrowali pierwsze na świecie bioresorbowalne urządzenie elektroniczne – biodegradowalny implant, który przyspiesza regenerację nerwów, opublikowany w Nature Medicine. Następnie, w 2021 roku, Rogers i współpracownicy wprowadzili przejściowy rozrusznik serca, opublikowany w Nature Biotechnology.

Wszystkie elementy urządzeń są biokompatybilne i naturalnie wchłaniają się do płynów biologicznych organizmu w ciągu kilku dni lub tygodni, bez konieczności chirurgicznego usuwania. Urządzenia bioresorbowalne są całkowicie nieszkodliwe – podobne do szwów wchłanialnych.

Miękkie, elastyczne urządzenie do chłodzenia nerwów, o grubości kartki papieru, jest idealne do leczenia bardzo wrażliwych nerwów.

“Jeśli myślisz o tkankach miękkich, delikatnych nerwach i ciele, które jest w ciągłym ruchu, każde urządzenie pośredniczące musi mieć zdolność do zginania, wyginania, skręcania i rozciągania w sposób łatwy i naturalny” – powiedział Rogers. “Ponadto chciałbyś, aby urządzenie po prostu zniknęło po tym, jak nie jest już potrzebne, aby uniknąć delikatnych i ryzykownych procedur chirurgicznego usuwania”.

Źródło: https://www.science.org, northwestern.edu (z foto urządzenia)