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
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慢性疼痛とその課題の理解
現代の麻酔と鎮痛薬は、かつて医学で最も解決が難しかった問題の一つである痛みを和らげるのに役立ってきました。
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。米国疼痛財団によると、米国では5,160万人が慢性疼痛を抱えています。そのうち1,700万人以上は、生活や仕事の活動が頻繁に制限されるほど影響の大きい慢性疼痛に苦しんでいます。
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。真菌由来の鎮痛剤 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 |
本質的に、痛みは神経を通って脳へ運ばれる「単なる」電気信号です。しかし進化の結果、この信号は非常に不快で、無視できないものになりました。そのため、脳が受け取る疼痛信号を鈍らせるオピオイドのような薬剤が必要とされてきました。
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
従来の疼痛用電気刺激装置では、定期的なバッテリー交換のたびに追加手術が必要になることが大きな問題だったため、研究者はこの課題を研究の中心に据えました。
その発想は、圧電効果と呼ばれる現象を利用して機械的な波を電気信号に変換するというものです。
研究チームは、入射する超音波エネルギーを刺激に必要な電力へ高効率で変換できるチタン酸ジルコン酸鉛（PZT）製の小型圧電素子を使用しました。
超音波は、損傷を与えずに体内深部までエネルギーを届けられるため、医療機器に適した選択肢です。
これは医療機器分野で注目を集めている発想で、2025年6月には韓国の研究チームが、ペースメーカー向けの別の超音波給電インプラントも発表しています.
「このエネルギー変換方式は深部刺激に不可欠です。超音波は非侵襲的で、臨床・医療分野において高い透過性を持つエネルギーだからです。
ワイヤレス超音波エネルギー伝送と閉ループ・フィードバックシステムを活用することで、このUIWI刺激装置は大型の埋め込み型バッテリーを不要にし、痛みをリアルタイムで精密に調整できます」
AIとニューラルネットワークを用いた疼痛制御
UIWI刺激装置自体は柔軟で、曲げたりねじったりできるため、脊髄上の最適な位置に配置できます。
出典: Viterbi School
この装置は電気刺激を使って、痛みを伝える信号と抑える信号のバランスを調整し、痛みの感覚を効果的に抑制します。
研究者が実験用ラットで装置を試験したところ、機械的刺激と急性の熱刺激の両方によって生じる慢性神経障害性疼痛を軽減することに成功しました。
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。
「この装置を真に際立たせているのは、ワイヤレスでスマートかつ自己適応型の疼痛管理機能です。
薬物療法や従来の電気刺激法に代わり、疼痛緩和に関する臨床ニーズに応えられる大きな可能性があると考えています」
これはResNet-18と呼ばれるニューラルネットワークを用い、患者の痛みの程度を反映する脳波（EEG）信号を継続的に監視することで実現されました。
ニューラルネットワークはこれらの脳信号を解析し、痛みを軽度、中等度、極度の3段階に分類します。このAIモデルは、各疼痛状態の識別で全体として94.8％の精度を達成しました。
痛みの程度が特定されると、装着型超音波送信機が送る音響エネルギーを自動的に調整します。その音響エネルギーは電気エネルギーに変換され、脊髄を刺激します。
出典: ResearchGate
これにより、リアルタイムで個別化された疼痛管理を行う閉ループシステムが構築されます。
エネルギーは超音波で伝送されるため、脊髄周辺に装置を最初に埋め込んだ後は追加手術を必要とせず、超音波の強度によって出力をリアルタイムに調整できます。
「臨床的な観点から見ると、深層学習に基づく疼痛評価を組み込むことで、変動する疼痛状態を動的に解釈して対応できます。これは患者ごとの違いに対応するうえで不可欠です」
AI疼痛インプラントの今後の展望
この装置はニューラルネットワークによって制御されるため、万人に合う解決策を探すのではなく、患者ごとの神経系に適応させることができます。それ自体が、従来の疼痛緩和の医療手順からの大きな転換です。
次の段階ではインプラントの設計をさらに改良し、特に小型化によって埋め込み時の侵襲性を減らすことになります。理想的には、いつか注射器だけで注入できるようになるかもしれません。
装着型超音波装置そのものをワイヤレス化したり、装着型の超音波アレイパッチにしたりすることも考えられます。
この技術を商用化する際には、システムの制御をスマートフォンへ移し、患者がより高度に個別化して操作できるようにすることが望まれます。
ヘルステックへの投資
PHG 価格チャート
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
