Wie KI‑gesteuerte Implantate Opioid‑Schmerzmittel ersetzen könnten

Verständnis von chronischen Schmerzen & ihren Herausforderungen

Modern anesthesia and pain medications have helped alleviate what was one of medicine’s most unsolvable problems: pain.

Allerdings gilt das nur teilweise für chronische Schmerzen, die weltweit Hunderte Millionen Menschen betreffen. Laut der U.S. Pain Foundation, 51,6 Millionen Amerikaner leben mit chronischen Schmerzen. Für über 17 Millionen Betroffene ist ihr chronischer Schmerz stark beeinträchtigend und schränkt häufig ihre Lebens- oder Arbeitsaktivitäten ein. 

Wenn die Ursache des Schmerzes nicht ein konkreter Moment, sondern ein wiederkehrendes Problem ist, kann es sehr schwierig werden, dass eine chemische Behandlung wirksam ist.

Ein Problem besteht darin, dass der Körper dazu neigt, sich an Medikamente anzupassen, wodurch diese im Laufe der Zeit an Wirksamkeit verlieren und die Patienten gezwungen sind, die Dosierung zu erhöhen, oder ohne eine gute Alternative leiden.

Ein weiteres Problem ist, dass starke Schmerzmittel in der Regel zur Opioidklasse gehören, einer Medikamentenart, die für die Entstehung von Abhängigkeit bekannt ist.

Allein in den USA werden Opioide jährlich mindestens 40 Millionen Patienten verschrieben. Jedes Jahr führen sie bei über 85 000 Patienten mit akuten Schmerzen zu einer Abhängigkeit (Opioid‑Gebrauchsstörung), und 10 % entwickeln später einen langfristigen Opioidgebrauch.

Ein solches Ausmaß an Abhängigkeit ist für die Gesellschaft enorm kostspielig und wird in den USA allein auf jährliche Kosten von 180 Milliarden Dollar geschätzt.

Deshalb könnten nicht‑opioide Medikamente oder nicht‑chemische Schmerzbehandlungen für Millionen Menschen eine lebensverändernde Therapie darstellen und potenziell einen Markt im Wert von mehreren zehn Milliarden Dollar darstellen.

Ein Beispiel ist Vertex Pharmaceuticals (VRTX ), mit einer neuen Klasse von Schmerzmedikamenten, die keine Abhängigkeit verursachen kann und 2025 zugelassen wurde. Fungus-derived painkillers könnten eines Tages ebenfalls eine Option sein.

Forscher der University of Southern California, der National Chin‑Yi University of Technology (Taiwan), der University of California und der San Diego State University arbeiten an einem implantierbaren drahtlosen elektronischen Stimulator, der ebenfalls helfen könnte, Schmerzen ohne Medikamente zu lindern.

Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in Nature Electronics¹ unter dem Titel „A programmable and self-adaptive ultrasonic wireless implant for personalized chronic pain management“.

Wie elektrische Implantate Schmerzsignale stören

Im Kern ist Schmerz lediglich ein elektrisches Signal, das vom Nerv zum Gehirn geleitet wird. Unglücklicherweise hat die Evolution dieses Signal zu einem sehr unangenehmen gemacht, das wir einfach nicht ignorieren können. Deshalb benötigen wir Medikamente wie Opioide, die versuchen, die Schmerzsignal‑Empfang im Gehirn zu dämpfen.

Eine alternative Möglichkeit besteht darin, direkt in das elektrische Signal selbst einzugreifen. Das ist das Versprechen von implantierbaren elektrischen Stimulatoren, die das Rückenmark direkt stimulieren, um Schmerzsignale daran zu hindern, das Gehirn zu erreichen.

Leider haben diese Geräte aufgrund vieler technischer Nachteile wie hoher Kosten, der Notwendigkeit invasiver Operationen, festverdrahteter Batterien und häufigem Batteriewechsel keine breite Akzeptanz gefunden.

Deshalb ist das von den Forschern erfundene neue Gerät, das flexibel und drahtlos wiederaufladbar ist, ein potenzieller Wendepunkt.

Quelle: Viterbi School

Piezoelektrisches drahtloses Laden: Ein Wendepunkt

Da der reguläre Batteriewechsel einer der problematischsten Aspekte früherer elektrischer Stimulatoren gegen Schmerzen war und regelmäßige zusätzliche Operationen erforderte, stand dies im Mittelpunkt der Arbeit der Forscher.

Die Idee besteht darin, mechanische Wellen mittels eines Phänomens, das als piezoelektrischer Effekt bezeichnet wird, in elektrische Signale umzuwandeln.

Sie verwendeten ein miniaturisiertes piezoelektrisches Element aus Bleizirkonat‑Titanat (PZT), einem hocheffizienten Material zur Umwandlung eingehender Ultraschallenergie in die für die Stimulation benötigte elektrische Leistung.

Ultraschall ist eine gute Option für medizinische Geräte, da er Energie tief im Körper transportieren kann, ohne Schaden zu verursachen.

Dies ist ein angesagtes Konzept im Bereich medizinischer Geräte, mit einem weiteren ultraschallbetriebenen Implantat, diesmal für Herzschrittmacher, das ebenfalls von einem Team koreanischer Forscher im Juni 2025 angekündigt wurde.

„Dieser energieumwandelnde Typ ist für tiefe Stimulation entscheidend, da Ultraschall eine nicht‑invasive und hochpenetrante Energie im klinischen und medizinischen Bereich ist.

Durch die Nutzung der drahtlosen Ultraschall‑Energieübertragung und eines geschlossenen Regelkreises eliminiert dieser UIWI‑Stimulator die Notwendigkeit sperriger implantierter Batterien und ermöglicht eine Echtzeit‑, präzise einstellbare Schmerzmodulation.“

Yushun Zeng – PhD‑Student

Einsatz von KI und neuronalen Netzen zur Schmerzsteuerung

Der UIWI‑Stimulator selbst ist flexibel, biegbar und drehbar, was eine optimale Platzierung am Rückenmark ermöglicht.

Quelle: Viterbi School

Die Funktionsweise besteht darin, elektrische Stimulation zu nutzen, um die Signale, die Schmerz übertragen und hemmen, neu auszubalancieren und damit das Schmerzempfinden effektiv zu unterdrücken.

Bei Tests an Laborratten konnten die Forscher chronische neuropathische Schmerzen, die sowohl durch mechanische als auch akute thermische Reize verursacht wurden, erfolgreich lindern.

Außerdem ist das Gerät adaptiv und reguliert seine „elektrische Behandlung“ entsprechend dem tatsächlich vorhandenen Schmerzgrad.

„Was dieses Gerät wirklich auszeichnet, ist seine drahtlose, intelligente und selbstadaptive Fähigkeit zur Schmerzbehandlung.

Wir glauben, dass es ein großes Potenzial bietet, pharmakologische Konzepte und konventionelle elektrische Stimulationsansätze zu ersetzen und den klinischen Bedürfnissen zur Schmerzlinderung gerecht zu werden.“

Qifa Zhou – Professor für Ophthalmologie an der Keck School of Medicine of USC

Dies wurde mithilfe eines neuronalen Netzes namens ResNet‑18 durchgeführt, das kontinuierlich Gehirnaufzeichnungen, insbesondere Elektroenzephalogramm‑ (EEG‑)Signale, überwacht, welche den Schmerzgrad eines Patienten widerspiegeln.

Das neuronale Netzwerk analysiert diese Gehirnsignale und klassifiziert den Schmerz in drei unterschiedliche Stufen: leichter Schmerz, mäßiger Schmerz und extremer Schmerz. Dieses KI‑Modell weist eine Gesamtgenauigkeit von 94,8 % bei der Unterscheidung dieser Schmerzzustände auf.

Sobald ein Schmerzgrad identifiziert ist, passt der tragbare Ultraschall‑Sender automatisch die von ihm ausgestrahlte akustische Energie an. Die Schallenergie wird in elektrische Energie umgewandelt, die das Rückenmark stimuliert.

Quelle: ResearchGate

Dies erzeugt ein geschlossenen Regelkreis‑System, das eine Echtzeit‑, personalisierte Schmerzbehandlung ermöglicht.

Da die Energieübertragung über Infraschall erfolgt, ist nach der initialen Implantation des Geräts am Rückenmark keine weitere Operation erforderlich, und die Leistungsstufe kann in Echtzeit durch die Intensität des Infraschalls moduliert werden.

„Aus klinischer Sicht ermöglicht die Einbindung einer auf Deep Learning basierenden Schmerzbewertung eine dynamische Interpretation und Reaktion auf schwankende Schmerzzustände, was für die Berücksichtigung patientenspezifischer Variabilität unerlässlich ist.“

Chen Gong

Was kommt als Nächstes für KI‑Schmerzimplantate?

Da das Gerät von einem neuronalen Netzwerk gesteuert wird, kann es an das spezifische Nervensystem jedes Patienten angepasst werden, anstatt eine Lösung zu finden, die für alle passt. Damit stellt es einen radikalen Bruch mit den üblichen medizinischen Protokollen zur Schmerzlinderung dar.

Der nächste Schritt wäre, das Implantatdesign weiter zu verbessern, insbesondere es noch kleiner zu machen und die Invasivität der Implantation zu reduzieren. Idealerweise könnte es eines Tages nur mit einer Spritze injiziert werden.

Das tragbare Ultraschallgerät könnte ebenfalls drahtlos werden oder sogar ein tragbares Ultraschall‑Array‑Patch sein.

Die Steuerung des Systems sollte wahrscheinlich auf ein Smartphone übertragen werden, um eine kommerzialisierte Version dieser Technologie zu ermöglichen, die dem Patienten ein höheres Maß an Personalisierung und Kontrolle bietet.

Investieren in HealthTech

Koninklijke Philips N.V.

Philips ist eine bekannte Verbraucher‑Elektronikmarke (Rasierer, elektrische Zahnbürsten) und zugleich im Gesundheitswesen aktiv. Beispielsweise war das Unternehmen 2022 in Europa das führende Unternehmen bei MedTech‑Patentanmeldungen. Es ist in vernetzten Medizinprodukten tätig, von Wearables über Bildgebung bis hin zu Beatmungsgeräten und medizinischen Robotern.

Das Unternehmen ist zudem im Bereich Halbleiter (einschließlich Magnetschwebetechnologie) sowie High‑Tech/Robotik/Automatisierung aktiv, wobei alle Aktivitäten auf einer gemeinsamen technologischen Basis beruhen.

Quelle: Philips

Philips bietet Wearables für kardiale, respiratorische und Aktivitätsmetriken an. Seine Sensoren können in Smartwatches, Gesundheitsmonitore, medizinische Pflaster und Aktivitätstracker integriert werden.

Philips’ Expertise in biokompatiblen Sensoren, Halbleitern und drahtlosen Lösungen könnte es zu einem führenden Unternehmen für fortschrittliche medizinische Implantate mit drahtlosem Laden machen.

Für Medizinprodukte bevorzugt Philips eine Partnerschaftslösung, bei der es für Dritte deren vernetzte IoT‑ (Internet of Things) Medizingeräte entwickelt, die vollständig mit den übrigen Philips‑Lösungen kompatibel sind. In diesem Kontext bietet es seinen Kunden Prototyping, regulatorische Beratung, End‑to‑End‑Produktentwicklung und Produktion im industriellen Maßstab.

Damit ist Philips ein technologieorientiertes Unternehmen und ein wahrscheinlicher Kandidat, Innovationen schnell in bestehende Medizinprodukte zu integrieren. Insgesamt beeinflussen Philips‑Geräte direkt über 1,8 Milliarden Menschen.

Das Unternehmen möchte ein vollständig integriertes digitales Gesundheitsumfeld schaffen, in dem Sensoren zu den Geräten passen, und anschließend mehrere Konnektivitätslösungen nutzen, um in die Philips HealthSuite‑Cloud‑Lösung zu integrieren und tiefgehende Datenanalysen zu ermöglichen.

Quelle: Philips

Als MedTech‑Industrie‑Zulieferer, der häufig für andere Marken produziert, ist Philips im Sektor nicht so sichtbar wie andere, bekanntere Unternehmen. Dennoch ist es ein Experte im Bau von Hochleistungs‑Elektronikgeräten und Sensoren und erweitert häufig die Grenzen des Möglichen in seinem Gesundheits‑ und Wearable‑Nischenbereich.

Da Wearables und medizinische Elektronik zunehmend in Gesundheits‑ und medizinische Protokolle integriert werden, wird Philips’ Healthcare‑Segment voraussichtlich als Teil des Konglomerats weiter wachsen.

Neueste Nachrichten und Entwicklungen zu Koninklijke Philips N.V. (PHG) Aktien

Studie referenziert

^{1. Zeng, Y., Gong, C., Lu, G. et al. A programmable and self-adaptive ultrasonic wireless implant for personalized chronic pain management. Nature Electronics 8, 437–449 (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01374-6}