バイオテクノロジー
AI搭載インプラントがオピオイド系鎮痛剤に取って代わる可能性
慢性疼痛とその課題の理解
Modern anesthesia and pain medications have helped alleviate what was one of medicine’s most unsolvable problems: pain.
しかし、これは慢性疼痛に関しては部分的にしか当てはまりません。慢性疼痛は世界中で数億人に影響を及ぼしています。U.S. Pain Foundation, 51.6 million Americans live with chronic pain. For over 17 million sufferers, their chronic pain is high-impact, frequently limiting their life or work activities.
痛みの原因が特定の瞬間ではなく、繰り返し起こる問題である場合、薬物治療が適切に機能するのは非常に困難になります。
一つの問題は、体が薬に慣れてしまい、徐々に効果が低下し、患者は時間とともに用量を増やすか、代替手段がないまま苦しむことを余儀なくされる点です。
もう一つの問題は、強力な鎮痛剤は一般的にオピオイド系であり、依存性を引き起こすことで知られている薬剤です。
米国だけで毎年少なくとも4,000万人の患者にオピオイドが処方されています。毎年、急性疼痛の患者85,000人以上が依存症（オピオイド使用障害）を発症し、10％が後に長期的なオピオイド使用に移行します。
この程度の依存は社会全体にとって莫大なコストをもたらし、米国だけで年間1800億ドルの費用がかかると推定されています。
そのため、非オピオイド薬や非化学的疼痛治療は、何百万人にとって人生を変える医療となり得、数百億ドル規模の市場になる可能性があります。
一例として、Vertex Pharmaceuticals (VRTX )は、依存性を引き起こさない新しいクラスの疼痛薬を開発しており、2025年に承認されました。Fungus-derived painkillers も将来的に選択肢となり得ます。
University of Southern California、National Chin-Yi University of Technology（台湾）、University of California、San Diego State University の研究者は、薬剤を使用せずに疼痛を軽減できるワイヤレス電気刺激インプラントの開発に取り組んでいます。
彼らはその結果を Nature Electronics1 に掲載し、タイトルは「プログラマブルかつ自己適応型超音波ワイヤレスインプラントによる個別化慢性疼痛管理」としています。
電気インプラントが疼痛信号を遮断する仕組み
| 治療法 | 疼痛緩和 | 依存リスク | メンテナンス | 適応性 |
|---|---|---|---|---|
| オピオイド薬 | 高（短期） | 高 | 処方箋の再発行 | 低 |
| 従来型インプラント | 中程度 | なし | バッテリー交換の手術 | 固定刺激 |
| AIワイヤレスインプラント | 高（適応型） | なし | ワイヤレス、最小限 | 適応型AI |
At its core, pain is “just” an electric signal carried by the nerve toward the brain. Unfortunately, evolution has made this signal a very unpleasant one, and one that we simply cannot ignore. Hence, the need for drugs like opioids, which try to dull the pain signal reception in the brain.
代替案として、電気信号そのものに直接干渉する方法があります。これは、脊髄を直接刺激して疼痛信号が脳に到達するのを遮断するインプラント型電気刺激装置の約束です。
残念ながら、これらのデバイスは高コスト、侵襲的手術の必要性、ハードワイヤードバッテリー、頻繁なバッテリー交換の必要性といった多くの技術的課題により、広く普及していません。
そのため、研究者が発明した柔軟でワイヤレス充電可能な新デバイスは、ゲームチェンジャーになる可能性があります。
出典: Viterbi School
圧電ワイヤレス充電：ゲームチェンジャー
As regular battery replacement has been one of the most problematic parts of previous electrical stimulators for pain, requiring regular extra surgery, this has been the center of the researchers’ work.
The idea is to convert mechanical waves into electrical signals through a phenomenon called the piezoelectric effect.
They used a miniaturized pieelectric element made from lead zirconate titanate (PZT), a highly efficient material for converting incoming ultrasound energy into the electrical power needed for stimulation.
Ultrasound is a good option for medical devices, as they can carry energy deep within the body without causing damage.
This is a trendy idea in the space of medical devices, with another ultrasound-powered implant, for pacemakers this time, also announced by a team of Korean researchers in June 2025.
“This energy-converting type is critical for deep stimulation, as ultrasound is a non-invasive and highly penetrating energy in clinical and medical areas.
By leveraging wireless ultrasonic energy transfer and a closed-loop feedback system, this UIWI stimulator removes the necessity for bulky implanted batteries and allows for real-time, precisely adjustable pain modulation.”
AIとニューラルネットワークを用いた疼痛制御
The UIWI stimulator itself is flexible, bendable, and twistable, allowing for optimal placement on the spinal cord.
出典: Viterbi School
The way it works is by using electrical stimulation to rebalance the signals that transmit and inhibit pain, effectively suppressing the sensation of pain.
Testing the devices on lab rats, the researchers successfully relieved chronic neuropathic pain caused by both mechanical stimuli and acute thermal stimuli.
さらに、デバイスは適応型であり、実際に存在する疼痛の程度に応じて「電気治療」を調整します。
“What truly sets this device apart is its wireless, smart and self-adaptive capability for pain management.
We believe it offers great potential to replace pharmacological schemes and conventional electrical stimulation approaches, aligning with clinical needs for pain mitigation.”
This was done by using a neural network called ResNet-18, and continuously monitoring brain recordings, specifically electroencephalogram (EEG) signals, which reflect a patient’s pain levels.
The neural network analyzes these brain signals and classifies pain into three distinct levels: slight pain, moderate pain, and extreme pain. This AI model boasts a 94.8% overall accuracy in distinguishing between these pain states.
Once a pain level is identified, the wearable ultrasound transmitter automatically adjusts the acoustic energy it transmits. The sonic energy gets converted into electrical energy, stimulating the spinal cord.
出典: ResearchGate
This creates a closed-loop system that provides real-time, personalized pain management.
Because the energy transmission is through infrasound, there is no need for further surgery past the initial implantation of the device around the spinal cord, and the power level can be modulated in real-time by the infrasound intensity.
“From a clinical standpoint, incorporating deep learning–based pain assessment enables dynamic interpretation and response to fluctuating pain states, which is essential for accommodating patient-specific variability.”
AI疼痛インプラントの今後の展望
Because the device is regulated by a neural network, it can be adapted to each patient’s specific nervous system, instead of having to find a solution that matches everybody. In itself, it is a radical departure from the usual medical protocols for pain mitigation.
The next step would be to even further improve the implant design, notably making it even smaller, reducing how invasive the implantation would be. Ideally, it could one day be injected just with a syringe.
The wearable ultrasound device could also become itself wireless, or even a wearable ultrasound array patch.
Control of the system should probably be transferred to a smartphone for a commercialized version of this technology, giving a higher level of personalization and control to the patient.
ヘルステックへの投資
Koninklijke Philips N.V.
(PHG )
Philipsはシェーバーや電動歯ブラシなどの小型家電で知られる消費者ブランドであり、ヘルスケア分野でも同様に活躍しています。例えば、2022年のヨーロッパにおけるMedTech特許出願数でトップに立ちました。ウェアラブルから画像診断、呼吸器、医療ロボットに至るまで、コネクテッド医療製品に注力しています。
同社は半導体（磁気浮上技術を含む）やハイテク／ロボティクス／オートメーションにも関与しており、すべての活動が共通の技術基盤を共有しています。
出典: Philips
Philipsは心臓、呼吸、活動指標用のウェアラブルを提供しています。そのセンサーはスマートウォッチ、ヘルスモニター、医療パッチ、アクティビティトラッカーに統合可能です。
バイオ適合性センサー、半導体、ワイヤレスソリューションにおけるPhilipsの専門知識は、ワイヤレス充電可能な先進医療インプラントのリーダーとなる可能性を秘めています。
医療機器に関しては、Philipsはパートナーシップ型ソリューションを好む方針で、サードパーティ向けにPhilipsの他のソリューションと完全に互換性のあるコネクテッドIoT医療機器を開発します。この文脈で、プロトタイピング、規制アドバイス、エンドツーエンド製品開発、産業規模の生産を顧客に提供しています。
これにより、Philipsは技術志向の企業として、既存医療機器へのイノベーション統合が迅速に行える有力候補となります。総計で、Philipsのデバイスは直接的に18億人以上に影響を与えています。
同社は、センサーがデバイスと一致し、複数の接続ソリューションを用いてPhilips HealthSuite Cloudに統合し、深層データ分析を可能にする、完全に統合されたデジタルヘルスケア環境の構築を目指しています。
出典: Philips
MedTech業界のサプライヤーとして、他ブランド向けに製造することが多いPhilipsは、他のより顕著な企業ほど業界で目立ってはいません。しかし、同社は高性能電子デバイスとセンサーの構築に長けており、ヘルスケアとウェアラブルのニッチで可能性の限界を押し広げています。
ウェアラブルと医療エレクトロニクスがヘルスケアと医療プロトコルにますます統合される中、Philipsのヘルスケア部門はコングロマリットの一部として成長が見込まれます。
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参照研究
1. Zeng, Y., Gong, C., Lu, G. et al. プログラマブルかつ自己適応型超音波ワイヤレスインプラントによる個別化慢性疼痛管理. Nature Electronics 8, 437–449 (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01374-6
