Adaptiv djup hjärnstimulering
Adaptiv Deep Brain Stimulation ( aDBS ) , även känd som Closed Loop Deep Brain stimulation (clDBS), är en neuromodulerande teknik som för närvarande undersöks för behandling av neurodegenerativa sjukdomar .
Konventionell DBS levererar konstant elektrisk stimulering till delar av hjärnan som styr rörelsen genom en kirurgiskt implanterad tråd, eller ledning, som är ansluten till en implanterbar pulsgenerator (IPG). Programmeringsjusteringar av pulsgeneratorn görs ofta av den behandlande neurologen baserat på vad patienten gör och den medicin de tar över tiden för att optimera patientens symtom. Det kan dock leda till biverkningar. Utvecklad av Alberto Priori 2005, är aDBS en specifik typ av sluten slinga DBS och skiljer sig från konventionella DBS-system (som ger konstant stimulering) genom att den både kan känna av hjärnaktiviteten och leverera lämplig stimulering i realtid. Denna teknik har licensierats och utvecklats av Newronika,
Andra typer av clDBS använder olika variabler och olika strategier för att justera stimulering, som i responsiv djup hjärnstimulering.
Historik i Parkinsons sjukdom
Efter att ha utvecklats på 1950-talet fick DBS ett erkännande som en behandlingsmetod för skakningar och därefter för behandling av neurologiska sjukdomar som Parkinsons sjukdom, dystoni, tvångssyndrom och epilepsi . Arbetsmekanismen för konventionell DBS involverade emellertid kontinuerlig stimulering av målstrukturen, vilket är ett tillvägagångssätt som inte kan anpassas till patienters förändrade symtom eller funktionsstatus i realtid.
Med tanke på denna oönskade bieffekt av DBS, introducerade Priori 2004 en teknik med förmågan att automatiskt justera stimuleringen som svar på fluktuerande biomarkörer. Det största problemet som Priori stod inför vid utvecklingen av ett aDBS-system var valet av den ideala kontrollvariabel för återkoppling. I en studie som genomfördes 2012 presenterade han flera bevis för att bevisa effektiviteten och potentiella fördelarna med adaptiv DBS (aDBS) styrd av lokala fältpotentialer (LFP), hjärnaktiviteten registrerad av DBS-trådar. Under 2013 tillämpade forskargruppen under ledning av Peter Brown aDBS under en mycket kort tid på patienter som använder en skräddarsydd enhet. Samtidigt utvecklade och validerade Priori-gruppen en extern portabel aDBS-systemprototyp som syftade till att främja kliniska undersökningar av Parkinsons sjukdom, genom kliniska tester i fritt rörliga PD-patienter med externiserade DBS-elektroder under två timmar, som visar användbarheten och effektiviteten av aDBS . Studien, följt av andra som testade fler patienter under längre tidsfönster (upp till 24 timmar) stödde hypotesen att aDBS är effektivt för att kontrollera PD-symtom samtidigt som det minskar biverkningar av konstant stimulering. Den enhet som användes i dessa studier var den externa komponenten i AlphaDBS-systemet som utvecklats av Newronika.
Medan dessa framsteg pågick publicerade Medtronic arkitekturen för en implanterbar aDBS-enhet för användning på människor. Denna design var inbäddad i Medtronics Activa PC + S-forskningsenhet, vilket möjliggör LFP-avkänning och inspelning samtidigt som riktad DBS-terapi levereras. Denna enhet användes 2018 av en forskargrupp ledd av Philip A. Starr vid University of California, San Francisco , i ett offentligt-privat samarbete med Medtronic. Forskarna satte in enheten i två patienter med Parkinsons sjukdom som hade traditionell DBS men som fortsatte att uppleva dyskinesi efter justering av en neurolog. Senare jämförde de resultaten av det adaptiva stimuleringssystemet med traditionell stimulering som sattes manuellt på två patienter och fann att det adaptiva tillvägagångssättet var lika effektivt för att kontrollera symtom som konstant stimulering.
Det implanterbara AlphaDBS-systemet av Newronika utvecklades och CE-märktes 2021. En systematisk studie genomfördes också för att belysa säkerheten och effektiviteten av aDBS vs cDBS med denna nya generation av DBS IPG vid PD.
AlphaDBS representerar en ny generation kommersiellt tillgänglig DBS implanterbar pulsgenerator (IPG) för DBS och avkänning, med aDBS-kapacitet. En systematisk internationell multicenterstudie bestod av sex undersökningsplatser (i Italien, Polen och Nederländerna) genomfördes också för att belysa säkerheten och effektiviteten av aDBS vs cDBS med hjälp av denna en ny generation av DBS IPG i PD (AlphaDBS-system av Newronika SpA, Milano, Italien).[10] Medtronic PC+S-enheten utvecklades också i en kommersiell IPG som möjliggör stimulering och avkänning, Percept™ PC, som är godkänd för aDBS-leverans i Japan. Nobutaka Hattori och gruppen genomförde en forskningsstudie, fokuserad på att undersöka fallet med en 51-årig man med Parkinsons sjukdom (PD) med motoriska fluktuationer, som fick bilateral subthalamisk djup hjärnstimulering (DBS) Percept™ PC-enheten, visar tillvägagångssättets genomförbarhet. Även om dessa nya enheter verkar ha olika applikationer när det gäller att underlätta tillståndsberoende stimulering och ge nya insikter om de patofysiologiska mekanismerna för PD, är de för närvarande under utredning i större kliniska studier, för att definitivt tillåta deras användning i klinisk praxis
Handlingsmekanism
För att anpassa sig till stimuleringsparametrarna använder adaptiv DBS (aDBS) den lokala fältpotentialen (LFP) för målstrukturen registrerad genom de implanterade elektroderna som levererar stimulering. Den nuvarande tillämpningen av adaptiv DBS (aDBS) teknik är främst baserad på detektering av ökade beta-svängningar i den subtalamiska kärnan (STN), på grund av vilken den har förmågan att ändra strömmen beroende på styrkan av betabandsvängningen, och kan därför övervinna begränsningar av konventionell DBS (cDBS) terapi, inklusive stimuleringsinducerade långtidsbiverkningar, såsom dyskinesi eller talförsämring.
Medicinsk användning
Adaptive Deep Brain Stimulation (aDBS) är en behandlingsmodalitet som studeras för behandling av flera neuropsykiatriska störningar och rörelsestörningar.
Parkinsons sjukdom (PD)
Sedan 2015 har Priori utfört flera experiment för att bedöma effektiviteten av aDBS, som använder betabandskraften från de subtalamiska lokala fältpotentialerna (LFP) som mål för att anpassa DBS-parametrar till motoriska fluktuationer. Resultaten av experimenten visade att aDBS är mycket effektivt för att kontrollera patientens PD-symtom utöver den normala Levodopa-terapin, vilket minskar dyskinesier.
Tourettes syndrom (TS)
Adaptiv djup hjärnstimulering (aDBS) studeras för närvarande för att användas som en potentiell behandling för TS . En forskningsstudie från 2017 presenterade en översikt av tillgänglig litteratur som stöder genomförbarheten av en LFP-baserad aDBS-metod hos patienter med TS. Utöver detta har forskare lagt fram flera explorativa fynd om LFP-data som nyligen förvärvats och analyserats hos patienter med TS efter DBS-elektrodimplantation i vila, under frivilliga och ofrivilliga rörelser (tics) och under pågående DBS. Det upptäcktes att LFP:er inspelade från DBS-mål kan användas för att styra nya aDBS-enheter som kan adaptiv stimulering som svar på symptomen på TS.
Dystoni
Tillämpningarna av aDBS vid behandling av dystoni har utvecklats avsevärt under de senaste åren. Lågfrekventa oscillationer (LFO) detekterade i den interna globus pallidus hos patienter med dystoni har identifierats som en fysiomarkör för adaptiv djup hjärnstimulering (aDBS).[22] Dessutom kan egenskaperna hos pallidala lågfrekventa och beta-skurar vara till hjälp för att implementera adaptiv hjärnstimulering i samband med parkinson och dystonisk intern globus pallidus.[23] En betydande mängd vetenskaplig forskning hittills om patologiska oscillationer i dystoni har fokuserats på att ta itu med potentiella biomarkörer som kan användas som en återkopplingssignal för att kontrollera aDBS hos patienter med dystoni.[24]
Essential Tremor (ET)
Adaptiv djup hjärnstimulering (aDBS) kan vara ett effektivt verktyg vid behandling av essentiell tremor (ET), som är en av de vanligaste neurologiska rörelsestörningarna. aDBS för ET är dock mer fokuserat på en sluten slinga-teknologi baserad på externa sensorer. I en nyligen genomförd studie presenterade HJ Chizeck den första översättningsfärdiga utbildningsproceduren för ett fullt inbäddat aDBS-kontrollsystem för MD:er och ett av de första exemplen på ett sådant system i ET.
Jämförelse med konventionell DBS (cDBS)
I en forskningsstudie från 2021 utförd av Priori presenterades en jämförande analys mellan effekterna på motoriska symtom mellan konventionell djup hjärnstimulering (cDBS) och adaptiv djup hjärnstimulering med sluten slinga (aDBS) hos patienter med Parkinsons sjukdom. Detta arbete lyfte fram säkerheten och effektiviteten av aDBS-stimulering jämfört med cDBS i en daglig session, både när det gäller motorisk prestanda och TEED för patienten. Simon Little har ansett att aDBS-metoden är överlägsen konventionell DBS i PD hos primater som använder kortikal neuronal spiketriggning och hos människor som använder lokala potentiella biomarkörer. Samtidigt som ett protokoll presenterades för en pseudo-randomiserad klinisk studie för adaptiv djup hjärnstimulering som avancerad behandling av Parkinsons sjukdom, visades det att aDBS inte inducerar dysartri, i motsats till cDBS. Det har också föreslagits att aDBS och cDBS kan förbättra patientens axiella symtom i liknande utsträckning, men jämfört med cDBS förbättrar aDBS signifikant dess huvudsymptom, bradykinesi.