Kuinka tekoälyllä varustetut implantit voisivat korvata opioidipohjaiset kipulääkkeet

Kroonisen kivun ymmärtäminen ja sen haasteet

Moderni anestesia ja kipulääkkeet ovat auttaneet lievittämään yhtä lääketieteen ratkaisemattomimmista ongelmista: kipua.

Kuitenkin tämä pitää paikkansa vain osittain kroonisen kivun osalta, joka vaikuttaa satoihin miljooniin ihmisiin maailmanlaajuisesti. Yhdysvaltain Kivun Säätiön mukaan 51,6 miljoonaa amerikkalaista elää kroonisen kivun kanssa. Yli 17 miljoonaa kärsijää kokee kroonisen kipunsa vaikuttavan merkittävästi, rajoittaen usein heidän elämänsä tai työtoimintansa.

Kun kivun syy ei ole tietty hetki, vaan toistuva ongelma, kemiallisten hoitojen toiminta voi olla erittäin vaikeaa.

Yksi ongelma on, että keho tottuu lääkkeisiin, ja ne menettävät vähitellen tehonsa, pakottaen potilaat nostamaan annosta ajan myötä tai kärsimään ilman hyvää vaihtoehtoista hoitoa.

Toinen seikka on, että vahvat kipulääkkeet kuuluvat yleensä opioidiluokkaan, jonka tiedetään aiheuttavan riippuvuutta.

Opioideja määrätään Yhdysvalloissa vuosittain vähintään 40 miljoonalle potilaalle. Jokaisena vuonna ne aiheuttavat yli 85 000 potilaan akuutissa kivussa kehittymään riippuvuus (opioidikäyttöhäiriö), ja 10 %:lla kehittyy myöhemmin pitkäaikainen opioidien käyttö.

Tämä riippuvuustaso on valtavan kallis yhteiskunnalle, ja sen arvioidaan aiheuttavan Yhdysvalloissa vuosittain 180 miljardia dollaria kustannuksia.

Siksi opioidittomat lääkkeet tai ei‑kemialliset kipulääkkeet voisivat olla elämää mullistava lääketieteellinen hoito miljoonille ja mahdollisesti markkina, jonka arvo on kymmeniä miljardeja dollareita.

Yksi esimerkki on Vertex Pharmaceuticals (VRTX ), jonka uusi kipulääkeklassi ei voi aiheuttaa riippuvuutta, ja se hyväksyttiin juuri vuonna 2025. Sieniperäiset kipulääkkeet voisivat myös olla vaihtoehto joskus tulevaisuudessa.

Tutkijat University of Southern California -laitoksesta, National Chin-Yi University of Technology (Taiwan) -laitoksesta, University of California -laitoksesta ja San Diego State University -laitoksesta työskentelevät implantoitavan langattoman sähköstimulaattorin parissa, joka voisi myös auttaa lievittämään kipua ilman lääkkeitä.

He julkaisevat tuloksensa Nature Electronics -lehdessä¹ otsikolla “Ohjelmoitava ja itsesopeutuva ultraääninen langaton implantaatti henkilökohtaiseen kroonisen kivun hallintaan”.

Miten sähköiset implantit häiritsevät kipusignaaleja

Perusasiassa kipu on “vain” sähköinen signaali, jonka hermo kuljettaa aivoihin. Valitettavasti evoluutio on tehnyt tästä signaalista erittäin epämiellyttävän, eikä sitä voi yksinkertaisesti jättää huomiotta. Siksi tarvitaan lääkkeitä kuten opioidit, jotka pyrkivät vaimentamaan kipusignaalin vastaanottoa aivoissa.

Vaihtoehtoinen vaihtoehto on puuttua suoraan itse sähköiseen signaaliin. Tämä on implantoitavien sähköstimulaattorien lupaus, jotka stimuloivat suoraan selkäydintä estäen kipusignaalien pääsyn aivoihin.

Valitettavasti näitä laitteita ei ole otettu laajasti käyttöön monien teknisten haittojen, kuten korkean hinnan, invasiivisen leikkauksen tarpeen, kiinteiden akkujen ja tarve usein tapahtuville akkujen vaihtamiselle, vuoksi.

Siksi tutkijoiden keksimä uusi laite, joustava ja langattomasti ladattava, on mahdollinen mullistaja.

Lähde: Viterbi School

Piezoelektrinen langaton lataus: mullistaja

Koska säännöllinen akkujen vaihto on ollut yksi aiempien kipusähköstimulaattorien ongelmallisimmista osista, vaativan säännöllisiä lisäleikkauksia, tämä on ollut tutkijoiden työn keskiössä.

Idea on muuntaa mekaaniset aallot sähköisiksi signaaleiksi ilmiön avulla, jota kutsutaan piezoelektriseksi efektiksi.

He käyttivät miniaturoitua piezoelektristä elementtiä, joka on valmistettu lyijy‑zirkoniitti‑titaatista (PZT), erittäin tehokasta materiaalia, joka muuntaa saapuvan ultraääni‑energian stimulaatiota varten tarvittavaksi sähköenergiaksi.

Ultraääni on hyvä vaihtoehto lääketieteellisille laitteille, koska se voi kuljettaa energiaa syvälle kehoon aiheuttamatta vahinkoa.

Tämä on trendikäs ajatus lääketieteellisten laitteiden alalla, toinen ultraäänillä toimiva implantaatti, tällä kertaa sydämentahdistimille, jonka myös korealainen tutkijaryhmä ilmoitti kesäkuussa 2025.

“Tämä energian muuntava tyyppi on kriittinen syvästimulaatiolle, koska ultraääni on ei‑invasiivinen ja erittäin läpäisevä energia kliinisissä ja lääketieteellisissä sovelluksissa.

Hyödyntämällä langatonta ultraäänienergian siirtoa ja suljettua silmukkaa palautteenantossa, tämä UIWI‑stimulaattori poistaa tarpeen kömpelöille implantoiduille akuille ja mahdollistaa reaaliaikaisen, tarkasti säädettävän kipumodulaation.

Yushun Zeng – Tohtorintutkija

Tekoälyn ja neuroverkkojen käyttö kivun hallinnassa

UIWI‑stimulaattori itse on joustava, taipuisa ja kiertävä, mikä mahdollistaa optimaalisen sijoituksen selkäytimeen.

Lähde: Viterbi School

Sen toiminta perustuu sähköstimulaatioon, joka tasapainottaa kipua välittävät ja estävät signaalit, tehokkaasti tukahduttaen kiputuntemuksen.

Testattaessa laitteita laboratoriokirveillä, tutkijat onnistuivat lievittämään kroonista neuropatrista kipua, joka johtui sekä mekaanisista että akuutista lämpöstimulaatioista.

Lisäksi laite on sopeutuva, säädellen “sähköhoitoaan” kiputilan todellisen määrän mukaan.

“Mikä todella erottaa tämän laitteen muista, on sen langaton, älykäs ja itsesopeutuva kyky kipuhallintaan.

Uskomme, että se tarjoaa suuren potentiaalin korvata farmakologiset hoitosuunnitelmat ja perinteiset sähköstimulaatiomenetelmät, vastaten kliinisiin tarpeisiin kivun lievittämisessä.

Qifa Zhou – Professori silmänlääketieteessä Keck School of Medicine of USC:ssa

Tämä toteutettiin käyttämällä neuroverkkoa nimeltä ResNet-18 ja jatkuvasti seuraamalla aivojen tallenteita, erityisesti elektroenkefalogrammi (EEG) -signaaleja, jotka heijastavat potilaan kiputasoa.

Neuroverkko analysoi näitä aivosignaaleja ja luokittelee kivun kolmeen erilliseen tasoon: lievä kipu, kohtalainen kipu ja äärimmäinen kipu. Tämä AI‑malli ylpeilee 94,8 % kokonais tarkkuudella näiden kiputilojen erottamisessa.

Kun kiputaso on tunnistettu, kannettava ultraäänilähetin säätää automaattisesti lähettämänsä akustisen energian. Äänienergia muunnetaan sähköenergiaksi, joka stimuloi selkäydintä.

Lähde: ResearchGate

Tämä luo suljetun silmukan järjestelmän, joka tarjoaa reaaliaikaisen, henkilökohtaisen kipuhallinnan.

Koska energiansiirto tapahtuu infrapuhallon kautta, lisäleikkauksia ei tarvita alkuperäisen laitteen asettamisen jälkeen selkäytimen ympärille, ja teho voidaan säätää reaaliaikaisesti infrapuhallon intensiteetin avulla.

“Kliinisestä näkökulmasta syväoppimiseen perustuvan kipuarvioinnin sisällyttäminen mahdollistaa dynaamisen tulkinnan ja reagoinnin vaihteluihin kiputiloissa, mikä on olennaista potilaskohtaisen vaihtelun huomioimiseksi.

Chen Gong

Mitä on seuraavaksi AI‑kipulaitteiden osalta?

Koska laite on säädetty neuroverkon avulla, sitä voidaan mukauttaa jokaisen potilaan erityiseen hermostoon sen sijaan, että pitäisi löytää kaikille sopiva ratkaisu. Se on itsessään radikaali poikkeama perinteisistä lääketieteellisistä protokollista kivun lievittämiseksi.

Seuraava askel olisi vieläkin parantaa implantaatin suunnittelua, erityisesti tehdä siitä pienempi ja vähentää sen invasiivisuutta. Ihannetapauksessa se voitaisiin joskus pistää vain ruiskulla.

Kannettava ultraäänilaite voisi myös tulla täysin langattomaksi tai jopa kannettavaksi ultraäänipatteriksi.

Järjestelmän hallinta tulisi todennäköisesti siirtää älypuhelimeen kaupallista versiota varten, tarjoten potilaalle korkeamman tason räätälöintiä ja hallintaa.

Sijoittaminen HealthTechiin 

Koninklijke Philips N.V.

Philips on tunnettu kuluttajaelektroniikan brändi (partakoneet, sähköhammasharjat), joka on yhtä aktiivinen terveydenhuollossa. Esimerkiksi se oli MedTech‑patenttien hakemisen ykkönen Euroopassa vuonna 2022. Se on aktiivinen yhdistetyissä lääketieteellisissä tuotteissa, aina kannettavista laitteista kuvantamiseen, hengityslaitteisiin ja lääketieteellisiin robotteihin.

Yritys on myös aktiivinen puolijohteissa (mukaan lukien maglev‑teknologia) ja korkean teknologian/robotiikan/automaatiossa, ja kaikilla toimialoilla on yhteinen teknologinen perusta.

Lähde: Philips

Philips tarjoaa kannettavia laitteita sydämen, hengityksen ja aktiivisuusmittareiden seurantaan. Sen antureita voidaan integroida älykelloihin, terveysseurantalaitteisiin, lääketieteellisiin laastareihin ja aktiivisuusmittareihin.

Philipsin asiantuntemus biokompatibleissa sensoreissa, puolijohteissa ja langattomissa ratkaisuissa voisi tehdä siitä johtajan kehittyneissä lääketieteellisissä implanteissa, joissa on langaton lataus.

Lääketieteellisissä laitteissa Philips suosii kumppanuusratkaisua, jossa se kehittää kolmansille osapuolille heidän yhdistetyt IoT (Internet of Things) -lääketieteelliset laitteensa, jotka ovat täysin yhteensopivia Philipsin muiden ratkaisujen kanssa. Tässä yhteydessä se tarjoaa asiakkailleen prototyyppien toteutusta, sääntelyneuvontaa, täyden tuotekehityksen ja teollisen mittakaavan tuotannon.

Tämä tekee Philipsista teknologiaan keskittyvän yrityksen ja todennäköisen ehdokkaan nopeaan innovaatioiden integrointiin olemassa oleviin lääketieteellisiin laitteisiin. Kaikkiaan Philipsin laitteet vaikuttivat suoraan yli 1,8 miljardiin ihmiseen.

Yritys haluaa luoda täysin integroidun digitaalisen terveydenhuollon ympäristön, jossa sensorit vastaavat laitteita, ja käyttää useita yhteysratkaisuja integroitumaan Philips HealthSuite Cloud -ratkaisuun, mahdollistaen syvällisen data‑analytiikan.

Lähde: Philips

MedTech‑alan toimittajana, joka usein valmistaa muiden brändien tuotteita, Philips ei ole yhtä näkyvä alalla kuin muut, suuremmat yritykset. Kuitenkin se on asiantuntija korkean suorituskyvyn elektronisten laitteiden ja sensoreiden rakentamisessa, usein työntäen rajoja mahdollisen suhteen terveydenhuollon ja kannettavien laitteiden niche‑alueella.

Kun kannettavat laitteet ja lääketieteellinen elektroniikka integroituvat yhä enemmän terveydenhuoltoon ja lääketieteellisiin protokolliin, Philipsin Healthcare‑segmentti todennäköisesti kasvaa osana konsernia.

Viimeisimmät Koninklijke Philips N.V. (PHG) -osakkeen uutiset ja kehitykset

Viitattu tutkimus

^{1. Zeng, Y., Gong, C., Lu, G. et al. Ohjelmoitava ja itsesopeutuva ultraääninen langaton implantaatti henkilökohtaiseen kroonisen kivun hallintaan. Nature Electronics 8, 437–449 (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01374-6}