תרופות ביואלקטרוניקה עבור cardiac Modulation ותרפיה

ההתכנסות של ביולוגיה והנדסת חשמל העניקה לגבול טיפולי חדש: תרופות ביואלקטרוניקה.שדה זה משתמש בדיוק בדחפים חשמליים כדי לשנות מסלולי אות עצביים השולטים בתפקוד האיברים.עבור קרדיולוגיה, חידושים אחרונים הם לתרגם עקרונות אלה למכשירים שיכולים להסדיר קצב לב, לשפר את גמישות הלב, ולנהל כישלונות לב עם רמה של ספציפיות והתאמה כי הרוקח מסורתי לא יכול להתאים את התקני טיפול אלה.

יסודות הרפואה הביואלקטרוניקה

תרופות ביואלקטרוניקה פועלות על התובנה הבסיסית שמערכת העצבים מתזמרת כמעט בכל תהליך פיזיולוגי – כולל קצב לב, לחץ דם ופלט לב. על ידי הצצה ישירות עם עצבים היקפיים, טיפולים אלה יכולים להשיג אפקטים ברמת איברים ללא תופעות לוואי סמים מערכתיות. בניגוד תרופות קונבנציונליות שפועלות על קולטנים לאורך הגוף, מכשירים ביו-אלקטרוניים לכוון מעגלים עצביים ספציפיים, המציעים טיפול חוזר וקבוע.

העיקרון של נוירומודולציה אינו חדש; גירוי עצבי של אווגוס (VNS) שימש לאפילפסיה ודיכאון במשך עשרות שנים.עם זאת, ההתקדמות האחרונה במיקרואלקטרוניקה, חומרים מדע, עיבוד אותות עצביים אפשרו למכשירים קטנים מספיק כדי להשתלת ליד עצבי יעד, עם יכולות עצומות-loop המאפשרות של התאמה בזמן אמת של פרמטרים המבוססים על משוב פיזיולוגי.התקדמות זו פתחה את הדלת למודולציה מדויקת.

נתיבים עצביים ל- Cardiac control

כדי להבין כיצד מכשירים ביו-אלקטרוניקה משנה את תפקוד הלב, יש להעריך את הארכיטקטורה העצבנית של הלב.הלב הוא פנימי על ידי שני הענפים של מערכת העצבים האוטונומית: אוהד (קרב או טיסה) ואת פרזימפתטית (rest-and-digest) מערכות בעיקר באמצעות עצב ה-vagus.

התערבות ביואלקטרוניקה יכולה לשפר באופן סלקטיבי או לעכב מסלולים אלה.לדוגמה, גירוי העצב הוואגוס יכול לחסן חוסר פעילות אוהד - סימן ההיכר של כשל לב ו arrhythmias מסוימים - על ידי צמצום קצב הלב, הורדת דלקת, ושיפור יעילות הלב. ניגודיות, גירוי עצבי ממוקד, עשוי לשמש חיתולים או קרדיוגני.

Vagal Efferent לעומת Afferent סיבים

העצב הוואגוס מכיל גם סיבים בעלי ערך (מטען) אשר נעים ללב ולספק (רגיש) סיבים הנושאים אותות מצב לב בחזרה למוח. מכשירים VNS מוקדמים מעוררים את כל הסיבים שאינם סלקטיביים, לפעמים גורם תופעות לוואי כמו hoarseness או שיעול.מערכות ביורוניות מודרניות עבור מיקוד סלקטיבי של מסלולים לא פתורים כי ההשפעה של גירוי שלילי תופעות לוואי כדי להתאים את ההשפעות של גירוי או גירויים.

יישומים קליניים ב- Cardiac Modulation

Arrhythmias

קרדי אנתרמיה, כולל זיוף אפיטריאלי (AFib) ו- ventricular tachycardia, הם בין התנאים הנפוצים ביותר עבורם טיפולים ביו-אלקטרוניקה מפותחים.בעוד תרופות כגון חוסמי בטא ואנטישיתמיים נשארים קו ראשון, הם נושאים סיכונים של proarrhythmia, bradycardia, ותופעות לוואי מערכתיות הוא תמיד טיפול פולשני.

גירוי עצבי וגוסס הדגים את היכולת להפחית את שכיחות של paroxysmal AFib במודלים בעלי חיים וניסויים מוקדמים בבני אדם.על ידי הגדלת הטון parasympathetic, VNS יכול לקצר את תקופת השבירה המטרידה ולצמצם את המצע לעיגולים חוזרים. A 2020 מחקר שפורסם ב-FLT:0Heartph:1 transal RLT 1 מצא כי cutaneous VNS מופחת באופן משמעותי לאחר ניתוח אקראי של חולים עם מחלה זועם עלייה משמעותית עם השפעה של 6 חודשים.

עבור arrhythmias, גישות ביואלקטרוניקה נחקרים כדי לשנות פעילות גינגלית כוכבית או עצבים סימפפטיים לב. גירוי tragus ברמה נמוכה - צורה לא פולשנית של VNS - הוכח בעבודה פרה-קלינית כדי לדכא ventricular tachycardia המושרה על ידי Ischemia קלינית נשאר מוקדם, אבל הפוטנציאל לספק על ידי טיפול אנטי-סריבי הוא דחף דרך טיפול פולשני.

כישלונ הלב

כשל לב משפיע על יותר מ-64 מיליון אנשים ברחבי העולם, עם מטופלים רבים מתקדמים למרות טיפול רפואי אופטימלי.רפואת ביואלקטרוניקה מציעה דרך לשפר את פלט הלב ולהפחית את שיעור אשפוז על ידי הדבקה מחדש של טון ארגונומי. Chronic VNS נחקרה בניסוי INOVATE-HF ו NECTAR-HF, אשר השתמש במערכות VNS כדי לספק גירוי לסירוגין לעצב ה-vagus הנכון.

תוצאות היו מעורבות.ניסוי INOVATE-HF (2019) לא הראו ירידה משמעותית במקרי תמותה או כישלונות לב בהשוואה לשליטה, למרות שניתוחים משניים הציעו שיפורים במדדי איכות החיים והפחתה בכשלי לב בקבוצות תת-קבוצות מסוימות.המחקר האחרון של ANTHEM-HF השתמש בפרוטוקול גירוי שונה - החל מהמסלולים vagal וחובבניים - ודיווח על שיפורים בתופעות לוואי שמאליות ותסמינים של תסמינים.

ניסויים אלה מדגישים שיעור קריטי: ההצלחה של טיפול לב לב לב ביואלקטרוניקה תלויה במידה רבה בפרמטרים גירוי ( ⁇ , אינטנסיביות, מחזור חובה) ואת היעד העצבי הספציפי.מחקר הנוכחי מתמקדת בזיהוי קבוצות פרמטר אופטימליות ופיתוח מערכות שיתוף פעולה סגור שיכול להתאים אישית את הטיפול בזמן אמת.

Hypertension and Blood Pressure

קשת ברורגפלקס, אשר לווסת לחץ דם, הוא מטרה נוספת עבור מודולציה ביואלקטרוניקה. carotid baroמקבלptor גירוי מכשירים (למשל, מערכת Rheos) פותחו לטיפול היפרנטנסיביות עמיד על ידי הפעלת חשמל באופן חשמל הסינוסים הקרואיד, ובכך להפחית את זרימת הדם אוהדת והורדת לחץ דם.למרות ניסויים ראשוני הראו יעילות, שלילי מכשיר שלילי ותופעות לוואי לא עקביות, כמו בדיקות קירור מוקדם יותר, כמו שיטות הפעלה, לעומת זאת, כגון פונקציות פחות, לעומת זאת, לעומת זאת, לעומת זאת, כגון פונקציות מתקדמות פחות, לעומת זאת, כמו שיטות הפעלה מחדש, לעומת זאת, לעומת זאת, כמו שיטות הפעלה מחדש, כמו שיטות הפעלה מחדש, לעומת זאת, עם פחות.

בקרת לב משולב ובקרת לחץ דם רלוונטית במיוחד עבור חולים כשל לב, שבו ירידה לאחר עומס היא מטרה טיפולית. למערכות ביואלקטרוניקה משולבות שיכולות לשנות את קצב הלב ואת הטון הvascular עשוי להציע ניהול אקונומי מקיף.

טכנולוגיות וחדשנות

גנרטורים בלתי ניתנים להשתלות

הדור הנוכחי של מכשירים ביואלקטרוניקה לב בדרך כלל מורכב גנרטור הדופק קטן (כמו סוללה קוצב) המחובר אחד או יותר אלקטרודות מובילים ממוקם ליד העצב או עצבים אחרים לב. גנרטורים אלה מופעלים על ידי סוללות עם תוחלת חיים של 3-5 שנים, לאחר ניתוח חלופי נדרש.

עיצובים סגורים-Loop

המעבר ממערכות פתוחות-לופ ל-Open-loop מייצג קפיצת ענק קדימה.תקני Open-loop מספקים גירוי על פי לוח זמנים טרום-מוכן, ללא קשר למצב הפיזיולוגי הנוכחי של המטופל.בניגוד, מכשירים סגורים כוללים חיישנים (למשל, ECG אלקטרודות, השתלות לחץ) אשר מאכילים מידע בחזרה לבקר, אשר מאמת פרמטרים לגירוי בזמן אמת.

כמה קבוצות מחקר הוכיחו אבטיפוסים סגורים במודלים של בעלי חיים גדולים.לדוגמה, צוות באוניברסיטת קליפורניה, סן פרנסיסקו, פיתח מערכת שמגלה פעילות עצבית פתולוגית באמצעות אלקטרודה עצבית ולאחר מכן מספק גירוי מנוגד כדי לשחזר קצב לב רגיל. המעבר מספסל ועד מיטת השינה הוא מאיץ כמו רכיבים להיות קטנים ויעילים יותר.

מינימום והתאמה ביולוגית

אחד האתגרים הגדולים ביותר ברפואה ביו-אלקטרוניקה הוא יצירת מכשירים כי הגוף אינו דוחה. אלקטרודות מושתלות יכול לגרום פיברוזיס, תגובות דלקתיות, או קורוזיה לאורך זמן. חומרים חדשים, כגון הידרוגלים התנהגותיים, סיליקון גמיש, ואלקטרוניקה ביו-רסברי, מפותחים כדי לשפר את יכולת הביו-גמישות ולצמצם את התגובות של גוף זר כרוני.

העברת חשמל אלחוטית גם מתקדמת: טכנולוגיות שדה תעופה ובינוניות יכולות כעת לספק מספיק אנרגיה להשתלת מכשירים ללא חוטים טרנזיים, מה שהופך את המטופל לחוויה נוחה יותר וצמצום הסיכון לזיהום.המטרה היא מערכת בעלת השתלת, אלחוטית, המונעת עצמית שיכולה להימשך עשור או יותר.

יתרונות השוואתיים על האנסים המסורתיים

תרופות ביואלקטרוניקה מציעות מספר יתרונות ייחודיים על פני גישות פרמקולוגיות והתערבותיות:

  • (FLT:0) סלקטיביות: גירוי חשמלי 1:1 ניתן לכוון סיבים עצביים ספציפיים השולטים בתפקודי לב מסוימים, הימנעות מצור הקולטן העולמי של סמים.
  • (ב) אם תופעות לוואי מתרחשות, ניתן לכבות את המכשיר או לתקן, בעוד שסמים עשויים לדרוש ימים כדי לנקות.
  • (FLT:0) ,Adaptancy: FLT:1 מערכות Closed-loop יכולות להתאים את הטיפול לדקה-ברגע-רגע, בהתבסס על המצב הקליני המשתנה של המטופל - משהו שלא יכול לעשות.
  • (FLT:0) נטל מטבולי מינימלי: 1 בניגוד לתרופות שעברו חילוף חומרים כבד או nal, טיפול ביו-אלקטרוניקה אינו פועל עומס מטבולי, אשר הוא בעיקר יתרון בחולי כשל לב עם תפקוד איברים נפגע.
  • (FLT:0) אספקת פוליפארטיות: FLT:1 חולים רבים לב מטופלים לקחת תרופות מרובות.מכשיר ביו-אלקטרוניקה יחיד עשוי להחליף מספר תרופות, צמצום מחסומים דבקות ואינטראקציות סמים.

היתרונות האלה אינם תיאורטיים בלבד.מצים מוקדמים של VNS לאפילפסיה דיווחו על איכות חיים משופרת, והטבות דומות מתועדות בניסויים בכישלון הלב.האתגר נשאר להוכיח כי היתרונות הללו מתורגמים לנקודות קצה קליניות קשות - תחלואה, אשפוזים, יעילות עלות - עם טיפולים ראשונים באינטרנט.

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה, יש להתגבר על כמה מכשולים לפני שמודולציה לב ביואלקטרוניקה הופכת למיינסטרים:

המונחים: Neural Targeting

העצב הוואגוס מכיל אלפי אקסונים של סוגים שונים וקוטרים. אלקטרודה אחת מגרה יכול להפעיל סיבים רבים ללא הבחנה, המוביל לאפקטים מחוץ ל-target כגון שינוי קולי, bradycardia, או הפרעות גסטרוטיות. מתקדם אלקטרודה (למשל, cuffdes עם מספר נקודות מגע) ו faciclescles הם מפותחים, אבל הם בדיוק בדיקות אלקטרו-re של בדיקות אלקטרו-אנליזה זו נדרש.

זמן ארוך וזמינות

אלקטרוניקה מושתלת חייבת לעמוד בסביבה הקורוזית של הגוף במשך שנים. שברים מובילים, תקלות המחברות, ומחיקת סוללות כל להפחית את האמינות המכשיר. יצרנים עובדים על האריזה החתומה שלה מקורות כוח חדשניות, אבל הפתרונות הנוכחיים עדיין אינם אופטימליים לטיפול שעשוי לדרוש שימוש לכל החיים.

תכנון משפט קליני וביטוח

מכשירים ביואלקטרוניקה הם מכשירים רפואיים בכיתה III הדורשים נתוני בטיחות קפדניים ויעילות.ניסויים מבוקרים אקראיים מסורתיים יקרים ואינם יכולים ללכוד את קצבאות של טיפולים מבוססי מכשירים - שבו הגדרות המכשיר, האנטומיה של המטופל, ואת הטרוגניות המחלה לשחק תפקידים גדולים. עיצובי משפט הסתגלות ורשומות ראיות בעולם האמיתי נחקרים כדי להאיץ את האישורים.

בחירת החולה ומומחה להשתלות

לא כל כשל לב או חולה זוועהימיה ירוויחו מ-VNS. זיהוי משיבים - באמצעות ביומרקרים, טון אוטוונומי בסיסי, או בדיקות טרום-השתלה - הוא תחום פעיל של מחקר.בנוסף, השתלת אלקטרודה עצבית דורשת מיומנות כירורגית שלא תהיה זמינה באופן נרחב; תוכניות הכשרה וטכניקות השתלות פשוטות יותר נדרשים.

כיוונים עתידיים

מערכת Wireless, Fully Implantable Closed-Loop Systems

החזון האולטימטיבי הוא מכשיר לא גדול יותר מאשר קוצב שניתן לשתול באמצעות הליך פולשני מינימלי, מונע אלחוטי נשלט, מסוגל הן חישה אותות חשמליים לב וכלי דם עצביים מדויקים. כמה שיתופי פעולה אקדמיים-תעשייתיים, כגון FLT:0) GalvanicatorFLT:1 מיזם משותף בין GSK ובאופן מעשי, הם מערכות חיפושיות כאלה בתוך 3 שנים, 000, 000, 000 נבדקו באופן פעיל, 000, 000, 000 שנים לאחר מכן, הם נבדקו באופן פעיל, 000.

שילוב עם שינויים אחרים

טיפול לב לב ביואלקטרוניקה עשוי להיות יעיל ביותר בשילוב עם טיפולים תרופתיים, טיפול סינכרוניזציה לב (CRT), או אפילו עריכת גנים.לדוגמה, מטופל עם כשל לב יכול לקבל מכשיר VNS מושתל שעובד סינרגי עם מכשיר בטא-blocker כדי להפחית את הטון אוהד, תוך מתן CRT כדי לשפר את סנכרון המחקר.

אלגוריתמים אישיים באמצעות Machine Learning

כמות עצומה של נתונים שנוצרו על ידי חיישנים מושתלים (ECG, אימפולס, פעילות עצבית) ניתן לנתח על ידי אלגוריתמי למידת מכונה כדי לייעל פרמטרים גירוי מתמיד.עבודה מוקדמת ב-FLT:0 אוניברסיטת פיטסבורגFLT:1 הראה כי למידה חיזוק יכול להכשיר בקר VNS סגור כדי לשמור על קצב הלב בטווח הרצוי של סילקו.

שיקולים אתיים

כמו בכל טכנולוגיה מותשת, שאלות של אוטונומיה סבלנית, אבטחת מידע והשפעה חברתית ארוכת טווח מתעוררות.מי שולט בהגדרות המכשיר - חולים, רופא או אלגוריתם?כיצד אנו מגינים על נתונים עצביים מפני גישה בלתי מורשית?

מסקנה

תרופות ביואלקטרוניקה עובר מסקרנות מעבדה אסטרטגיה מעשית קלינית עבור מודולציה לב. עם ראיות גדל כי גירוי עצבי וגישות קשורות יכול להפחית את נטל היסטריה, לשפר את הסימפטומים של כשל הלב, ואת לחץ דם נמוך יותר, השדה עומד סף של אימוץ רחב יותר.העשור הבא יהיה עדים ההבשלה של מערכות אלקטרו-פרלופ סגורות, אלחוטיות, יחד עם טיפול דם מתקדם, בעוד הוא מבטיח טיפול עצבי אחד, הוא ייחודי, ברגע זה הוא מבטיח טיפול כירורגית, הוא ייחודי, הוא, הוא, הוא מאוד, הוא, הוא, לאחר מכן, הוא טיפול קוגניטיבית, הוא אחד, הוא מאוד, הוא מאוד, הוא קריטי, הוא מבטיח טיפול קוגניטיבית, הוא, הוא אחד, הוא, הוא אחד, הוא אחד, הוא מבטיח טיפול קוגניטיבית, אחד, אחד, הוא מאוד, אחד, הוא מבטיח טיפול דרמטי, אחד, אחד, הוא מאוד, הוא מאוד, הוא מאוד, הוא, הוא, אחד, אחד, הוא מבטיח טיפול קוגניטיבית, אחד, אחד, אחד, אחד, אחד, אחד, הוא מבטיח טיפול קוגניטיבית, אחד, אחד, אחד, הוא גם, הוא עדיין טיפול קוגניטיבית, הוא, הוא, הוא, הוא, הוא, הוא עדיין, הוא, אחד, אחד, הוא עדיין טיפול דרמטי, כי הוא