Miten tekoälyllä toimivat implantit voisivat korvata opioidikipulääkkeet

Kroonisen kivun ja sen haasteiden ymmärtäminen

Nykyaikaiset anestesia- ja kipulääkkeet ovat auttaneet lievittämään sitä, mikä oli yksi lääketieteen ratkaisemattomimmista ongelmista: kipu.

Tämä pitää kuitenkin vain osittain paikkansa kroonisen kivun kohdalla, joka vaikuttaa satoihin miljooniin ihmisiin maailmanlaajuisesti. Yhdysvaltain kipuyhdistyksen mukaan 51.6 miljoonaa amerikkalaista elää kroonisen kivun kanssa. Yli 17 miljoonalle kärsijälle krooninen kipu on voimakas vaikutus ja usein rajoittaa heidän elämäänsä tai työtoimintaansa. 

Kun kivun syy ei ole tietty hetki, vaan toistuva ongelma, kemiallisen hoidon voi olla erittäin vaikeaa toimia kunnolla.

Yksi ongelma on, että keho sopeutuu lääkkeisiin, ja ne menettävät asteittain tehoaan, pakottaen potilaat lisäämään annostusta ajan myötä tai kärsimään ilman hyvää vaihtoehtoa.

Toinen ongelma on, että vahvat kipulääkkeet ovat yleensä opioidien luokkaa, jonka tiedetään aiheuttavan riippuvuutta.

Pelkästään Yhdysvalloissa opioideja määrätään vuosittain vähintään 40 miljoonalle potilaalle. Joka vuosi ne aiheuttavat riippuvuuden (opioidien käyttöhäiriön) yli 85,000 10 akuutin kivun potilaalle, ja XNUMX prosentille kehittyy myöhemmin pitkittynyt opioidien käyttö.

Tällainen riippuvuuden taso on yhteiskunnalle kokonaisuudessaan erittäin kallista, ja sen arvioidaan aiheuttavan 180 miljardin dollarin vuosittaiset kustannukset pelkästään Yhdysvalloissa.

Tästä syystä opioidittomat lääkkeet eli kemiattomat kipulääkkeet voisivat olla elämää mullistava lääkehoito miljoonille ihmisille ja mahdollisesti kymmenien miljardien dollarien arvoiset markkinat.

Yksi esimerkki on Vertex Pharmaceuticals (VRTX -4.56%), uudenlaisella kipulääkkeiden luokalla, joka ei voi aiheuttaa riippuvuutta, hyväksyttiin juuri vuonna 2025. Sienestä peräisin olevat kipulääkkeet sekin voisi olla vaihtoehto jonain päivänä.

Etelä-Kalifornian yliopiston, Taiwanin kansallisen Chin-Yi-teknillisen yliopiston, Kalifornian yliopiston ja San Diegon osavaltionyliopiston tutkijat työskentelevät implantoitavan langattoman elektronisen stimulaattorin parissa, joka voisi myös auttaa lievittämään kipua ilman lääkkeitä.

He julkaisivat tuloksensa Nature Electronicsissa¹, otsikon alla "Ohjelmoitava ja itseään mukautuva ultraääninen langaton implantti yksilölliseen kroonisen kivun hallintaan".

Miten sähköimplantit häiritsevät kipusignaaleja

Pohjimmiltaan kipu on "vain" hermon aivoihin kuljettama sähköinen signaali. Valitettavasti evoluutio on tehnyt tästä signaalista erittäin epämiellyttävän, emmekä yksinkertaisesti voi sivuuttaa sitä. Siksi tarvitaan lääkkeitä, kuten opioideja, jotka yrittävät vaimentaa kipusignaalin vastaanottoa aivoissa.

Vaihtoehtoinen vaihtoehto on häiritä suoraan itse sähköistä signaalia. Tätä lupaavat implantoitavat sähköiset stimulaattorit, jotka stimuloivat suoraan selkäydintä estäen kipusignaalien pääsyn aivoihin.

Valitettavasti nämä laitteet eivät ole saavuttaneet laajaa käyttöönottoa monien teknisten haittojen, kuten korkean hinnan, invasiivisen leikkauksen tarpeen, kiinteästi kytkettyjen akkujen ja tiheän akkujen vaihtotarpeen, vuoksi.

Tästä syystä tutkijoiden keksimä uusi laite, joustava ja langattomasti ladattava, on potentiaalinen mullistava tekijä.

Lähde: Viterbin koulu

Pietsosähköinen langaton lataus: Pelinmuutos

Koska säännöllinen paristonvaihto on ollut yksi aiempien sähkökipua lievittävien stimulaattoreiden ongelmallisimmista osista ja vaatinut säännöllistä ylimääräistä leikkausta, tämä on ollut tutkijoiden työn keskipisteessä.

Ideana on muuntaa mekaaniset aallot sähköisiksi signaaleiksi pietsosähköiseksi ilmiöksi kutsutun ilmiön avulla.

He käyttivät lyijysirkonaattititanaatista (PZT) valmistettua miniatyyrikokoista pietsosähköistä elementtiä, joka on erittäin tehokas materiaali tulevan ultraäänienergian muuntamiseksi stimulaatioon tarvittavaksi sähkötehoksi.

Ultraääni on hyvä vaihtoehto lääkinnällisille laitteille, koska ne voivat kuljettaa energiaa syvälle kehoon aiheuttamatta vaurioita.

Tämä on trendikäs ajatus lääkinnällisten laitteiden alalla, toisella ultraäänellä toimivalla implantilla, tällä kertaa sydämentahdistimille, jonka korealainen tutkijaryhmä myös ilmoitti kesäkuussa 2025.

”Tämä energiaa muuntava tyyppi on kriittinen syvästimulaatiolle, koska ultraääni on ei-invasiivinen ja erittäin läpäisevä energia kliinisillä ja lääketieteellisillä alueilla.”

Hyödyntämällä langatonta ultraäänienergiansiirtoa ja suljetun silmukan takaisinkytkentäjärjestelmää tämä UIWI-stimulaattori poistaa tarpeen suurille implantoiduille paristoille ja mahdollistaa reaaliaikaisen, tarkasti säädettävän kivun moduloinnin.

Yushun Zeng – Tohtoriopiskelija

Tekoälyn ja neuroverkkojen käyttö kivunhallinnassa

UIWI-stimulaattori itsessään on joustava, taivutettava ja kierrettävä, mikä mahdollistaa optimaalisen sijoituksen selkäytimeen.

Lähde: Viterbin koulu

Se toimii käyttämällä sähköistä stimulaatiota tasapainottamaan kipua välittäviä ja estäviä signaaleja, mikä tehokkaasti tukahduttaa kivun tuntemuksen.

Testaamalla laitteita laboratoriorotilla tutkijat lievittivät onnistuneesti sekä mekaanisten että akuuttien lämpöärsykkeiden aiheuttamaa kroonista neuropaattista kipua.

Lisäksi laite on mukautuva ja säätelee "sähköistä hoitoaan" todellisen kivun määrän mukaan.

”Tämän laitteen erottaa muista todella sen langaton, älykäs ja itseään mukautuva kivunlievityskyky.”

Uskomme, että sillä on suuri potentiaali korvata farmakologisia hoitoja ja perinteisiä sähköstimulaatiomenetelmiä, mikä vastaa kliinisiä kivunlievityksen tarpeita.

Qifa Zhou - Psilmätautien professori USC:n Keckin lääketieteellisessä tiedekunnassa

Tämä tehtiin käyttämällä ResNet-18-nimistä neuroverkkoa ja seuraamalla jatkuvasti aivotallenteita, erityisesti aivosähkökäyrän (EEG) signaaleja, jotka heijastavat potilaan kiputasoja.

Neuroverkko analysoi näitä aivosignaaleja ja luokittelee kivun kolmeen eri tasoon: lievä kipu, kohtalainen kipu ja äärimmäisen voimakas kipu. Tämän tekoälymallin kokonaistarkkuus näiden kiputilojen erottamisessa on 94.8 %.

Kun kiputaso on tunnistettu, kannettava ultraäänilähetin säätää automaattisesti lähettämäänsä akustista energiaa. Äänienergia muunnetaan sähköenergiaksi, joka stimuloi selkäydintä.

Lähde: ResearchGate

Tämä luo suljetun kierron järjestelmän, joka tarjoaa reaaliaikaista, yksilöllistä kivunhoitoa.

Koska energiansiirto tapahtuu infraäänen kautta, laitteen selkäytimen ympärille asettamisen jälkeen ei tarvita lisäleikkauksia, ja tehotasoa voidaan säätää reaaliajassa infraäänen intensiteetin avulla.

”Kliinisestä näkökulmasta syväoppimiseen perustuvan kivunarvioinnin sisällyttäminen mahdollistaa vaihtelevien kiputilojen dynaamisen tulkinnan ja niihin reagoinnin, mikä on olennaista potilaskohtaisen vaihtelun huomioon ottamiseksi.”

Chen Gong

Mitä seuraavaksi tekoälykipuimplanteille?

Koska laitetta säätelee neuroverkko, se voidaan mukauttaa jokaisen potilaan yksilölliseen hermostoon sen sijaan, että tarvitsisi löytää ratkaisun, joka sopii kaikille. Sinänsä se on radikaali poikkeama tavanomaisista lääketieteellisistä kivunlievitysprotokollista.

Seuraava askel olisi implantin suunnittelun parantaminen entisestään, erityisesti pienentämällä sitä entisestään, mikä vähentäisi implantaation invasiivisuutta. Ihannetapauksessa se voitaisiin jonain päivänä pistää pelkällä ruiskulla.

Puettavasta ultraäänilaitteesta voisi myös tulla itsestään langaton tai jopa puettava ultraääniryhmälaastari.

Järjestelmän hallinta tulisi luultavasti siirtää älypuhelimeen tämän teknologian kaupallistettua versiota varten, mikä antaisi potilaalle korkeamman personoinnin ja hallinnan tason.

Investoiminen terveysteknologiaan 

Koninklijke Philips NV

Philips on tunnettu pieni elektroniikan kuluttajabrändi (parranajokoneet, sähköhammasharjat), joka on yhtä lailla aktiivinen terveydenhuollon alalla. Se oli esimerkiksi Euroopan ykkönen lääketieteellisen teknologian patenttihakemusten määrässä vuonna 1. Se toimii verkottuneiden lääketieteellisten tuotteiden alalla, kuten puettavista laitteista kuvantamiseen, hengityskoneisiin ja lääketieteellisiin robotteihin.

Yritys toimii myös puolijohteiden (mukaan lukien maglev-teknologia) ja korkean teknologian/robotiikan/automaation aloilla, ja molemmilla toimialoilla on yhteinen teknologinen perusta.

Lähde: Philips

Philips tarjoaa puettavia laitteita sydän-, hengitys- ja aktiivisuusmittauksiin. Sen anturit voidaan integroida älykelloihin, terveystarkastuksiin, lääketieteellisiin laastareihin ja aktiivisuusseurantalaitteisiin.

Philipsin asiantuntemus bioyhteensopivissa antureissa, puolijohteissa ja langattomissa ratkaisuissa voisi tehdä siitä johtavan yrityksen langattomasti latautuvissa edistyneissä lääketieteellisissä implanteissa.

Lääkinnällisten laitteiden osalta Philips kannattaa kumppanuusratkaisua, jossa se kehittää kolmansille osapuolille heidän verkkoon kytkettyjä IoT (esineiden internet) -lääkinnällisiä laitteitaan, jotka ovat täysin yhteensopivia muiden Philipsin ratkaisujen kanssa. Tässä yhteydessä se tarjoaa asiakkailleen prototyyppien valmistusta, sääntelyneuvontaa, kokonaisvaltaista tuotekehitystä ja teollisen mittakaavan tuotantoa.

Tämä tekee Philipsistä teknologiakeskeisen yrityksen ja todennäköisen ehdokkaan innovaatioiden nopeaan integrointiin olemassa oleviin lääkinnällisiin laitteisiin. Yhteensä Philipsin laitteet vaikuttivat suoraan yli 1.8 miljardiin ihmiseen.

Yritys haluaa luoda täysin integroidun digitaalisen terveydenhuoltoympäristön, jossa anturit vastaavat laitteita ja käyttävät sitten useita yhteysratkaisuja integroituakseen Philips HealthSuite Cloud -ratkaisuun ja mahdollistaakseen perusteellisen data-analytiikan.

Lähde: Philips

Lääketieteen alan toimittajana, joka usein valmistaa laitteita muille tuotemerkeille, Philips ei ole alalla yhtä näkyvä kuin muut, merkittävämmät yritykset. Se on kuitenkin asiantuntija korkean suorituskyvyn elektronisten laitteiden ja antureiden rakentamisessa ja usein rikkoo mahdollisuuksien rajoja omalla terveydenhuollon ja puettavien laitteiden alallaan.

Kun puettavat laitteet ja lääkinnällinen elektroniikka integroituvat yhä enemmän terveydenhuoltoon ja lääketieteellisiin protokolliin, Philipsin terveydenhuoltosegmentti todennäköisesti kasvaa osana monialayritystä.

Koninklijke Philips NV:n (PHG) uusimmat osakeuutiset ja kehityskulut

Viitattu tutkimus

^{1. Zeng, Y., Gong, C., Lu, G. et ai. Ohjelmoitava ja itseään mukautuva ultraääninen langaton implantti yksilölliseen kroonisen kivun hallintaan. Luontoelektroniikka 8, 437 - 449 (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01374-6}