Adaptacyjna głęboka stymulacja mózgu

Adaptacyjna głęboka stymulacja mózgu ( adBS ) , znana również jako głęboka stymulacja mózgu w pętli zamkniętej (clDBS), jest techniką neuromodulacyjną, która jest obecnie badana pod kątem leczenia chorób neurodegeneracyjnych .

Konwencjonalny DBS dostarcza stałą stymulację elektryczną do obszarów mózgu, które kontrolują ruch poprzez chirurgicznie wszczepiony drut lub przewód, który jest podłączony do wszczepialnego generatora impulsów (IPG). Zmiany programowe generatora impulsów są często dokonywane przez prowadzącego leczenie neurologa na podstawie tego, co robi pacjent i jakie leki przyjmuje w czasie, aby zoptymalizować objawy pacjenta. Może to jednak prowadzić do skutków ubocznych. Opracowany przez Alberto Priori w 2005 r. aDBS jest specyficznym rodzajem DBS w pętli zamkniętej i różni się od konwencjonalnych systemów DBS (zapewniających stałą stymulację) tym, że może zarówno wykrywać aktywność mózgu, jak i dostarczać odpowiednią stymulację w czasie rzeczywistym. Technologia ta jest licencjonowana i rozwijana przez firmę Newronika,

Inne typy clDBS wykorzystują różne zmienne i różne strategie w celu dostosowania stymulacji, jak w responsywnej głębokiej stymulacji mózgu.

Historia w chorobie Parkinsona

Po opracowaniu w latach pięćdziesiątych DBS zyskał uznanie jako metoda leczenia drżenia, a następnie leczenia zaburzeń neurologicznych, takich jak choroba Parkinsona, dystonia, zaburzenia obsesyjno-kompulsyjne i padaczka . Jednak mechanizm działania konwencjonalnej DBS polegał na ciągłej stymulacji docelowej struktury, co jest podejściem, które nie może dostosowywać się do zmieniających się objawów lub stanu funkcjonalnego pacjentów w czasie rzeczywistym.

Mając na uwadze ten niepożądany efekt uboczny DBS, w 2004 roku firma Priori wprowadziła technikę z możliwością automatycznego dostosowywania stymulacji w odpowiedzi na zmieniające się biomarkery. zmienna kontrolna dla sprzężenia zwrotnego. W badaniu przeprowadzonym w 2012 roku przedstawił kilka dowodów potwierdzających skuteczność i potencjalne korzyści adaptacyjnego DBS (aDBS) kierowanego lokalnymi potencjałami pola (LFP), aktywnością mózgu rejestrowaną przez przewody DBS. W 2013 roku grupa badawcza kierowana przez Petera Browna zastosowała aDBS przez bardzo krótki czas u pacjentów za pomocą wykonanego na zamówienie urządzenia. W tym samym czasie grupa Priori opracowała i zweryfikowała prototyp zewnętrznego przenośnego systemu aDBS, mającego na celu promowanie badań klinicznych nad chorobą Parkinsona, poprzez dwugodzinne testy kliniczne na swobodnie poruszających się pacjentach z chorobą Parkinsona z zewnętrznymi elektrodami DBS, wykazujące przydatność i skuteczność aDBS . Badanie, a następnie inne badanie obejmujące większą liczbę pacjentów w dłuższych oknach czasowych (do 24 godzin) potwierdziło hipotezę, że aDBS jest skuteczny w kontrolowaniu objawów PD, jednocześnie zmniejszając skutki uboczne ciągłej stymulacji. Urządzenie użyte w tych badaniach było zewnętrznym komponentem systemu AlphaDBS opracowanego przez firmę Newronika.

Podczas gdy te postępy były w toku, firma Medtronic opublikowała architekturę wszczepialnego urządzenia aDBS do zastosowania u ludzi. Ten projekt został osadzony w urządzeniu badawczym Activa PC + S firmy Medtronic, umożliwiając wykrywanie i rejestrację LFP podczas dostarczania ukierunkowanej terapii DBS. To urządzenie było używane w 2018 roku przez zespół badawczy kierowany przez Philipa A. Starra z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Francisco w ramach partnerstwa publiczno-prywatnego z firmą Medtronic. Naukowcy wprowadzili urządzenie dwóm pacjentom z chorobą Parkinsona, którzy mieli tradycyjny DBS, ale nadal doświadczali dyskinez po dostosowaniu przez neurologa. Później porównali wyniki systemu stymulacji adaptacyjnej z tradycyjną stymulacją nastawioną ręcznie u dwóch pacjentów i stwierdzili, że podejście adaptacyjne było równie skuteczne w kontrolowaniu objawów, jak stała stymulacja.

Wszczepialny system AlphaDBS firmy Newronika został opracowany i oznaczony znakiem CE w 2021 r. Przeprowadzono również systematyczne badanie w celu podkreślenia bezpieczeństwa i skuteczności aDBS w porównaniu z cDBS przy użyciu tej nowej generacji DBS IPG w chorobie Parkinsona.

AlphaDBS reprezentuje nową generację dostępnego na rynku wszczepialnego generatora impulsów (IPG) DBS do DBS i wykrywania, z możliwościami adDBS. Przeprowadzono również systematyczne, wieloośrodkowe badanie międzynarodowe obejmujące sześć ośrodków badawczych (we Włoszech, Polsce i Holandii), aby podkreślić bezpieczeństwo i skuteczność aDBS w porównaniu z cDBS przy użyciu tej nowej generacji DBS IPG w PD (system AlphaDBS firmy Newronika SpA, Mediolan, Włochy).[10] Urządzenie Medtronic PC+S zostało również opracowane w komercyjnym IPG umożliwiającym stymulację i wykrywanie, Percept™ PC, który jest zatwierdzony do dostarczania aDBS w Japonii. Nobutaka Hattori i jego grupa przeprowadzili badanie badawcze, skupiające się na zbadaniu przypadku 51-letniego mężczyzny z chorobą Parkinsona (PD) z fluktuacjami motorycznymi, który otrzymał obustronną głęboką stymulację mózgu podwzgórzowego (DBS) za pomocą urządzenia Percept™ PC, pokazujący wykonalność podejścia. Chociaż wydaje się, że te nowe urządzenia mają różne zastosowania w zakresie ułatwiania zależnej od stanu stymulacji i dostarczania nowych informacji na temat patofizjologicznych mechanizmów PD, są one obecnie badane w większych badaniach klinicznych, aby zdecydowanie umożliwić ich zastosowanie w praktyce klinicznej

Mechanizm akcji

Aby dostosować się do parametrów stymulacji, adaptacyjny DBS (aDBS) wykorzystuje lokalny potencjał pola (LFP) struktury docelowej zarejestrowany przez wszczepione elektrody, które dostarczają stymulację. Obecne zastosowanie techniki adaptacyjnej DBS (aDBS) opiera się przede wszystkim na wykrywaniu wzmożonych oscylacji beta w jądrze podwzgórzowym (STN), dzięki czemu ma ona możliwość zmiany prądu w zależności od siły oscylacji pasma beta, i dlatego może przezwyciężyć ograniczenia konwencjonalnej terapii DBS (cDBS), w tym długoterminowe skutki uboczne wywołane stymulacją, takie jak dyskineza lub pogorszenie mowy.

Zastosowanie medyczne

Adaptacyjna głęboka stymulacja mózgu (aDBS) to metoda leczenia, która jest badana pod kątem leczenia wielu zaburzeń neuropsychiatrycznych i ruchowych.

Choroba Parkinsona (PD)

Od 2015 roku Priori przeprowadził kilka eksperymentów, aby ocenić skuteczność aDBS, który wykorzystuje moc pasma beta podwzgórzowych lokalnych potencjałów pola (LFP) jako cel do dostosowania parametrów DBS do fluktuacji motorycznych. Wyniki eksperymentów dowiodły, że aDBS jest wysoce skuteczny w kontrolowaniu objawów PD pacjentów oprócz normalnej terapii lewodopą, zmniejszając dyskinezy.

Zespół Tourette'a (TS)

Adaptacyjna głęboka stymulacja mózgu (aDBS) jest obecnie badana pod kątem potencjalnego zastosowania w leczeniu ZT . W badaniu z 2017 r. przedstawiono przegląd dostępnej literatury potwierdzający wykonalność podejścia aDBS opartego na LFP u pacjentów z ZT. Oprócz tego, badacze przedstawili kilka odkryć badawczych dotyczących danych LFP niedawno uzyskanych i przeanalizowanych u pacjentów z ZT po wszczepieniu elektrody DBS w spoczynku, podczas dobrowolnych i mimowolnych ruchów (tików) oraz podczas trwającego DBS. Stwierdzono, że LFP rejestrowane z celów DBS mogą być wykorzystywane do sterowania nowymi urządzeniami aDBS zdolnymi do adaptacyjnej stymulacji reagującej na objawy ZT.

Dystonia

Zastosowania aDBS w leczeniu dystonii znacznie ewoluowały w ciągu ostatnich kilku lat. Oscylacje o niskiej częstotliwości (LFO) wykrywane w wewnętrznej gałce bladej pacjentów z dystonią zostały zidentyfikowane jako fizjomarker adaptacyjnej głębokiej stymulacji mózgu (aDBS).[22] Ponadto charakterystyka gałki bladej o niskiej częstotliwości i wybuchów beta może być pomocna we wdrażaniu adaptacyjnej stymulacji mózgu w kontekście parkinsonizmu i dystonicznej gałki bladej wewnętrznej. Znaczna ilość dotychczasowych badań naukowych nad patologicznymi oscylacjami w dystonii skupiała się na potencjalnych biomarkerach, które mogłyby być wykorzystane jako sygnał zwrotny do kontrolowania aDBS u pacjentów z dystonią.[24]

Drżenie samoistne (ET)

Adaptacyjna głęboka stymulacja mózgu (aDBS) może być skutecznym narzędziem w leczeniu drżenia samoistnego (ET), które jest jednym z najczęstszych neurologicznych zaburzeń ruchu. ADBS for ET koncentruje się jednak bardziej na technologii zamkniętej pętli opartej na zewnętrznych czujnikach. W niedawnym badaniu HJ Chizeck przedstawił pierwszą gotową do tłumaczenia procedurę szkoleniową dla w pełni wbudowanego systemu kontroli ADBS dla MD i jeden z pierwszych przykładów takiego systemu w ET.

Porównanie z konwencjonalnym DBS (cDBS)

W badaniu badawczym przeprowadzonym w 2021 r. przez Priori przedstawiono analizę porównawczą wpływu na objawy motoryczne konwencjonalnej głębokiej stymulacji mózgu (cDBS) i adaptacyjnej głębokiej stymulacji mózgu w pętli zamkniętej (aDBS) u pacjentów z chorobą Parkinsona. Ta praca podkreśliła bezpieczeństwo i skuteczność stymulacji aDBS w porównaniu z cDBS w codziennej sesji, zarówno pod względem wydajności motorycznej, jak i TEED dla pacjenta. Simon Little uznał podejście aDBS za lepsze od konwencjonalnego DBS w PD u naczelnych przy użyciu wyzwalania korowych impulsów neuronalnych oraz u ludzi stosujących biomarkery potencjału lokalnego pola. Przedstawiając protokół z pseudorandomizowanego badania klinicznego dotyczącego adaptacyjnej głębokiej stymulacji mózgu jako zaawansowanego leczenia choroby Parkinsona, wykazano, że aDBS nie indukuje dyzartrii, w przeciwieństwie do cDBS. Sugerowano również, że aDBS i cDBS mogą w podobnym stopniu złagodzić objawy osiowe pacjenta, ale w porównaniu z cDBS, aDBS znacznie poprawia główny objaw, czyli bradykinezję.