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, 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, inżynierka biomedyczna z University College w Dublinie. „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 (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, 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
