Hur AI-drivna implantat kan ersätta opioid-smärtstillande medel

Att förstå kronisk smärta och dess utmaningar

Moderna anestesi- och smärtstillande läkemedel har hjälpt till att lindra det som var ett av medicinens mest olösliga problem: smärta.

Detta är dock bara delvis sant för kronisk smärta, som drabbar hundratals miljoner människor globalt. Enligt Enligt US Pain Foundation lever 51.6 miljoner amerikaner med kronisk smärta. För över 17 miljoner drabbade är deras kroniska smärta mycket påverkande och begränsar ofta deras liv eller arbetsaktiviteter. 

När orsaken till smärta inte är ett specifikt ögonblick, utan ett återkommande problem, kan det bli mycket svårt för kemisk behandling att fungera korrekt.

Ett problem är att kroppen tenderar att anpassa sig till läkemedel, och de förlorar gradvis sin effektivitet, vilket tvingar patienter att öka dosen över tid eller lida utan ett bra alternativ.

Ett annat problem är att starka smärtstillande medel i allmänhet tillhör opioidklassen, en typ av läkemedel som är känt för att orsaka beroende.

Opioider förskrivs till inte mindre än 40 miljoner patienter årligen enbart i USA. Varje år orsakar de att fler än 85,000 10 patienter med akut smärta utvecklar beroende (opioidmissbruk), och XNUMX % utvecklar långvarigt opioidmissbruk senare.

En sådan nivå av beroende är oerhört kostsam för samhället i stort och uppskattas motsvara en kostnad på 180 miljarder dollar årligen enbart i USA.

Det är därför icke-opioida läkemedel, eller icke-kemiska smärtstillande medel, skulle kunna vara en livsförändrande medicinsk behandling för miljontals människor, och potentiellt en marknad värd tiotals miljarder dollar.

Ett exempel är Vertex Pharmaceuticals (VRTX ), med en ny klass av smärtstillande läkemedel som inte kan orsaka beroende, som nyligen godkändes 2025. Smärtstillande medel från svamp kan också vara ett alternativ en dag.

Forskare vid University of Southern California, National Chin-Yi University of Technology (Taiwan), University of California och San Diego State University arbetar med en implanterbar trådlös elektronisk stimulator som också kan hjälpa till att lindra smärta utan läkemedel.

De publicerade sina resultat i Nature Electronics¹, under rubriken "Ett programmerbart och självanpassande trådlöst ultraljudsimplantat för personlig hantering av kronisk smärta".

Hur elektriska implantat stör smärtsignaler

I grund och botten är smärta ”bara” en elektrisk signal som bärs av nerven mot hjärnan. Tyvärr har evolutionen gjort denna signal mycket obehaglig, och en som vi helt enkelt inte kan ignorera. Därav behovet av läkemedel som opioider, som försöker dämpa smärtsignalmottagningen i hjärnan.

Ett alternativ är att direkt störa själva den elektriska signalen. Detta är löftet med implanterbara elektriska stimulatorer, som direkt stimulerar ryggmärgen för att blockera smärtsignaler från att nå hjärnan.

Tyvärr har dessa enheter inte fått någon utbredd användning på grund av många tekniska nackdelar som hög kostnad, behovet av invasiv kirurgi, hårdkopplade batterier och behovet av täta batteribyten.

Det är därför den nya enheten som forskarna uppfunnit, flexibel och trådlöst uppladdningsbar, potentiellt revolutionerar allt.

Källa: Viterbi-skolan

Piezoelektrisk trådlös laddning: En banbrytande faktor

Eftersom regelbundet batteribyte har varit en av de mest problematiska delarna av tidigare elektriska stimulatorer för smärta, vilket krävt regelbunden extra kirurgi, har detta varit centrum för forskarnas arbete.

Tanken är att omvandla mekaniska vågor till elektriska signaler genom ett fenomen som kallas piezoelektrisk effekt.

De använde ett miniatyriserat piezoelektriskt element tillverkat av blyzirkonattitanat (PZT), ett mycket effektivt material för att omvandla inkommande ultraljudsenergi till den elektriska kraft som behövs för stimulering.

Ultraljud är ett bra alternativ för medicintekniska produkter, eftersom de kan bära energi djupt inne i kroppen utan att orsaka skada.

Detta är en trendig idé inom medicintekniska produkter, med ytterligare ett ultraljudsdrivet implantat, den här gången för pacemakers, vilket också tillkännagavs av ett team koreanska forskare i juni 2025.

”Denna energiomvandlande typ är avgörande för djup stimulering, eftersom ultraljud är en icke-invasiv och mycket penetrerande energi inom kliniska och medicinska områden.”

Genom att utnyttja trådlös ultraljudsenergiöverföring och ett slutet feedbacksystem eliminerar denna UIWI-stimulator behovet av skrymmande implanterade batterier och möjliggör exakt justerbar smärtmodulering i realtid.

Yushun Zeng – Doktorand

Använda AI och neurala nätverk för smärtlindring

Själva UIWI-stimulatorn är flexibel, böjbar och vridbar, vilket möjliggör optimal placering på ryggmärgen.

Källa: Viterbi-skolan

Sättet det fungerar på är att använda elektrisk stimulering för att återbalansera signalerna som överför och hämmar smärta, vilket effektivt undertrycker smärtkänslan.

Genom att testa apparaterna på laboratorieråttor lindrade forskarna framgångsrikt kronisk neuropatisk smärta orsakad av både mekaniska stimuli och akuta termiska stimuli.

Dessutom är apparaten adaptiv och reglerar sin "elektriska behandling" beroende på hur mycket smärta som faktiskt finns.

"Det som verkligen utmärker den här enheten är dess trådlösa, smarta och självanpassande förmåga för smärtlindring."

Vi tror att det erbjuder stor potential att ersätta farmakologiska system och konventionella elektriska stimuleringsmetoder, i linje med kliniska behov för smärtlindring.”

Qifa Zhou - Pprofessor i oftalmologi vid Keck School of Medicine vid USC

Detta gjordes med hjälp av ett neuralt nätverk som heter ResNet-18, och kontinuerligt övervaka hjärnregistreringar, specifikt elektroencefalogram (EEG)-signaler, som återspeglar patientens smärtnivåer.

Det neurala nätverket analyserar dessa hjärnsignaler och klassificerar smärta i tre distinkta nivåer: lätt smärta, måttlig smärta och extrem smärta. Denna AI-modell har en total noggrannhet på 94.8 % när det gäller att skilja mellan dessa smärttillstånd.

När en smärtnivå har identifierats justerar den bärbara ultraljudssändaren automatiskt den akustiska energin den sänder ut. Ljudenergin omvandlas till elektrisk energi, vilket stimulerar ryggmärgen.

Källa: Researchgate

Detta skapar ett slutet system som ger personlig smärtbehandling i realtid.

Eftersom energiöverföringen sker via infraljud behövs inget ytterligare kirurgi efter den initiala implantationen av enheten runt ryggmärgen, och effektnivån kan moduleras i realtid av infraljudsintensiteten.

”Ur klinisk synvinkel möjliggör införandet av smärtbedömning baserad på djupinlärning dynamisk tolkning och respons på fluktuerande smärttillstånd, vilket är avgörande för att kunna hantera patientspecifik variation.”

Chen Gong

Vad är nästa steg för AI-smärtimplantat?

Eftersom enheten styrs av ett neuralt nätverk kan den anpassas till varje patients specifika nervsystem, istället för att behöva hitta en lösning som passar alla. I sig är det ett radikalt avvikelse från de vanliga medicinska protokollen för smärtlindring.

Nästa steg skulle vara att ytterligare förbättra implantatdesignen, särskilt genom att göra den ännu mindre, vilket minskar implantationens invasivitet. Helst skulle den en dag kunna injiceras med bara en spruta.

Den bärbara ultraljudsenheten kan också bli trådlös, eller till och med en bärbar ultraljudsmatris.

Kontrollen över systemet bör förmodligen överföras till en smartphone för en kommersiell version av denna teknik, vilket ger patienten en högre nivå av personalisering och kontroll.

Investeringar i hälsoteknik 

Koninklijke Philips NV

Philips är ett välkänt litet konsumentvarumärke inom elektronik (rakapparater, eltandborstar), lika aktivt inom hälso- och sjukvård. Till exempel var de nummer 1 i patentansökningar för MedTech i Europa för 2022. De är verksamma inom uppkopplade medicinska produkter, från bärbara datorer till bildbehandling, andningsskydd och medicinska robotar.

Företaget är även verksamt inom halvledare (inklusive maglev-teknik) och högteknologi/robotteknik/automation, där varje aktivitet delar en gemensam teknologisk bas.

Källa: Philips

Philips erbjuder wearables för hjärt-, andnings- och aktivitetsmätningar. Dess sensorer kan integreras i smartklockor, hälsomonitorer, medicinska plåster och aktivitetsspårare.

Philips expertis inom biokompatibla sensorer, halvledare och trådlösa lösningar kan göra dem till en ledare inom avancerade medicinska implantat med trådlös laddning.

För medicintekniska produkter, Philips föredrar en partnerskapslösning, där de utvecklar uppkopplade medicintekniska produkter för tredje part, helt kompatibla med resten av Philips lösningar. I det sammanhanget erbjuder de sina kunder prototypframställning, rådgivning om regulatoriska frågor, produktutveckling från början till slut och produktion i industriell skala.

Detta gör Philips till ett teknikfokuserat företag och en sannolik kandidat för att snabbt integrera innovationer i befintliga medicintekniska produkter. Totalt sett påverkade Philips produkter direkt 1.8+ miljarder människor.

Företaget vill skapa en helt integrerad digital vårdmiljö där sensorer matchar enheter, och sedan använda flera anslutningslösningar för att integrera dem i Philips HealthSuite Cloud-lösning och möjliggöra djupgående dataanalys.

Källa: Philips

Som leverantör till MedTech-industrin, ofta tillverkande för andra varumärken, är Philips inte lika synligt i sektorn som andra, mer framstående företag. Däremot är de experter på att bygga högpresterande elektroniska enheter och sensorer, och tänjer ofta på gränserna för vad som är möjligt inom sin nisch inom hälso- och sjukvård och bärbara enheter.

I och med att bärbara enheter och medicinsk elektronik alltmer integreras i hälso- och sjukvård och medicinska protokoll kommer Philips hälso- och sjukvårdssegment sannolikt att växa som en del av konglomeratet.

Senaste nyheterna och utvecklingen för Koninklijke Philips NV (PHG)-aktien

Studierefererad

^{1. Zeng, Y., Gong, C., Lu, G. et al. Ett programmerbart och självanpassande trådlöst ultraljudsimplantat för personlig hantering av kronisk smärta. Naturelektronik 8, 437-449 (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01374-6}