Lepsze zwalczanie objawów u pacjentów cierpiących na chorobę Parkinsona
Choroba Parkinsona to neurodegeneracyjne schorzenie, które wpływa na kontrolujące nasze ruchy komórki nerwowe w mózgu. Jak twierdzi Europejskie Stowarzyszenie Choroby Parkinsona(odnośnik otworzy się w nowym oknie), na chorobę tę cierpi około 10 milionów osób na całym świecie. Choć dotychczas nie udało się opracować skutecznego leku, nieustannie rozwijane są nowe metody leczenia. Jednym z przykładów takich metod jest głęboka stymulacja mózgu w pętli zamkniętej. „Głęboka stymulacja mózgu – metoda określana angielskim skrótem DBS – to forma leczenia polegająca na elektrycznej stymulacji neuronów znajdujących się w głębokich strukturach mózgu przy pomocy elektrod wszczepianych w czasie zabiegu chirurgicznego”, wyjaśnia Madeleine Lowery(odnośnik otworzy się w nowym oknie), inżynierka biomedyczna z University College w Dublinie(odnośnik otworzy się w nowym oknie). „Głęboka stymulacja mózgu w pętli zamkniętej jest nowatorską metodą DBS, która wyczuwa stopień nasilenia objawów u pacjenta i odpowiednio dostosowuje poziom stymulacji”. Choć proponowana technologia może zwiększyć skuteczność leczenia, jednocześnie zmniejszając występowanie skutków ubocznych i ograniczając koszty, wciąż nie jest gotowa do wykorzystania w leczeniu pacjentów. „Zanim terapia ta będzie mogła być stosowana u pacjentów, musimy najpierw zidentyfikować odpowiednie biomarkery pozwalające na monitorowanie objawów oraz skutków ubocznych wywołanych przez stymulację, a także opracować nowe algorytmy kontroli stymulacji w czasie rzeczywistym”, twierdzi Lowery. Tym właśnie zajmował się zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu DBSModel. „Korzystając z naszych modeli obliczeniowych, opracowaliśmy i przetestowaliśmy nowe strategie głębokiej stymulacji mózgu w pętli zamkniętej, które pozwalają na dostosowywanie parametrów stymulacji do objawów pacjenta i skutków ubocznych”, dodaje Lowery, główna badaczka projektu. „Obecnie możemy zbadać te podejścia na modelach zwierzęcych oraz wśród pacjentów w ramach badań przedklinicznych”.
Nowe modele przynoszą ważne wyniki
Głównym filarem tego wspieranego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (ERBN) projektu jest nowy, wieloskalowy model ludzkiego układu nerwowo-mięśniowego. „Model obejmuje wiele skal przestrzennych i czasowych, a dodatkowo uwzględnia różne aspekty biofizyki i fizjologii, które leżą u podstaw DBS”, zauważa Lowery. „Obejmują one między innymi rozkład pół elektrycznych wokół elektrody, wpływ DBS na poszczególne neurony i sieci neuronów w mózgu, a także wpływy na drżenie mięśni i siłę mięśniową”. Dzięki temu modelowi, badacze opracowali i przetestowali szereg różnych strategii sterowania DBS w pętli zamkniętej, korzystając w tym celu z różnych biomarkerów układu nerwowego. Pozwoliło to zespołowi na zaproponowanie nowych algorytmów automatycznego dostosowywania parametrów DBS w odpowiedzi na zarejestrowane biomarkery. Badacze przeprowadzili także doświadczenia z udziałem ochotników cierpiących na chorobę Parkinsona, którzy już teraz są leczeni metodą DBS. Celem tych doświadczeń było zrozumienie, w jaki sposób choroba Parkinsona i DBS wpływają na zachowania neuronów kontrolujących mięśnie zaangażowane w precyzyjną kontrolę motoryczną. Jak twierdzi Lowery, ich wyniki dostarczyły nowych danych do zbadania, w jaki sposób aktywność motoneuronów odpowiedzialnych za kontrolowanie mięśni zmienia się pod wpływem leków i DBS. Modele obliczeniowe umożliwiły wgląd w mechanizmy fizjologiczne odpowiedzialne za te zachowania. Dzięki temu można je wykorzystać do lepszego zrozumienia, w jaki sposób DBS pomaga w leczeniu choroby oraz do projektowania i testowania nowych strategii stymulacji. „Wyniki te przyczynią się również do powstania następnej generacji implantowanych urządzeń neuromodulacyjnych, które pozwolą na lepsze zwalczanie objawów u pacjentów cierpiących na chorobę Parkinsona”, podsumowuje Lowery. Badaczka twierdzi, że jej zespół planuje kontynuować badania, których celem jest położenie podwalin pod opracowanie metody leczenia opartej na DBS w pętli zamkniętej. Co więcej, dzięki wsparciu ERBN w postaci grantu przeznaczonego na weryfikację koncepcji(odnośnik otworzy się w nowym oknie), zespół już teraz prowadzi badania przedkliniczne w celu zbadania skuteczności algorytmów głębokiej stymulacji mózgu w pętli zamkniętej in vivo.
Słowa kluczowe
DBSModel, choroba Parkinsona, głęboka stymulacja mózgu, DBS, mózg, neurodegeneracyjna, choroba, głęboka stymulacja mózgu w pętli zamkniętej, biomarkery
