Chronische Schmerzen mit Ultraschall kontrollieren

Die Idee, chronische Schmerzen mit elektrischer Stimulation zu behandeln, gibt es schon länger. Neurochirurgen und Patienten können seit Jahren auf Neurostimulationsgeräte – auch Rückenmarksschrittmacher genannt – zurückgreifen, um Schmerzsignale im Rückenmark zu unterbrechen. Doch die Entwicklung der Rückenmarksschrittmacher entwickelt sich ständig weiter. Heute präsentiert ein Forscherteam in den USA einen Prototyp zur Rückenmarksstimulation mit einem neuen, hochflexiblen und vor allem kabellosen Gerät, das per Ultraschall aktiviert wird. Das Gerät wurde in der Fachzeitschrift Nature Electronics beschrieben.

Ultraschallaktivierte spinale Neurostimulation

Rückenmarkstimulation kann bei verschiedenen Erkrankungen eingesetzt werden, beispielsweise zur Behandlung von Rückenschmerzen nach Operationen oder beim Phantomschmerz. Doch warum sollte man die Entwicklung von Neurostimulatoren im Rückenmark neu beleben? Ein Grund dafür, so die University of South California, sei die Notwendigkeit, diese Geräte leichter zu machen und das Aufladen bzw. den Batteriewechsel (und damit verbundene Operationen) zu vereinfachen.

Die vom Team um Qifa Zhou vorgeschlagene Lösung bestand darin, das Gerät drahtlos über Ultraschall wiederaufladbar zu machen. „Durch die Nutzung der drahtlosen Ultraschall-Energieübertragung und eines geschlossenen Rückkopplungssystems macht dieser tragbare Ultraschall-Senderstimulator sperrige implantierte Batterien überflüssig und ermöglicht eine präzise einstellbare Schmerzmodulation in Echtzeit“, erklärte Yushun Zeng , Erstautor der Arbeit und baldiger Doktorand.

Der vom Sender übertragene Ultraschall wird in elektrische Energie umgewandelt. Die Wirkung des im Rückenmark implantierten Geräts besteht, ähnlich wie bei herkömmlichen Geräten, darin, die Übertragung von Schmerzsignalen zu hemmen. Laut der Studie geschieht dies „durch die Veränderung des Gleichgewichts zwischen nozizeptiven und antinozizeptiven Reizen“.

Personalisierte Neurostimulation

Das neue Gerät ist derzeit ein Prototyp, der erfolgreich an Ratten getestet wurde. In Schmerztests durften sich die Tiere zwischen zwei verschiedenen Boxen bewegen, von denen eine den Stimulator aktiviert hatte. Sie bewegten sich nicht zufällig und zeigten eine deutliche Präferenz für die Box, in der die Rückenmarksstimulation aktiviert war. Das Gerät – nur einen halben Finger groß und völlig flexibel – ist mit einem Schmerzerkennungssystem ausgestattet. Dieses zeichnet kontinuierlich schmerzbedingte Gehirnaktivitäten auf und nutzt diese Informationen (kodiert und interpretiert mit Algorithmen des maschinellen Lernens), um die Intensität der elektrischen Stimulation anzupassen. Dieser Aspekt, betonen die Autoren, sei besonders wichtig für die Personalisierung und Anpassung der Stimulation an den jeweiligen Bedarf: nicht nur, weil Schmerzen von Patient zu Patient unterschiedlich sind, sondern auch, weil sie sich bei derselben Person im Laufe der Zeit verändern können.

Bei dem von den Forschern entwickelten Modell handelt es sich lediglich um ein Modell, das sowohl hinsichtlich der Hardware als auch der Software optimiert werden muss. Die Ergebnisse, so die Schlussfolgerung der Experten, zeigen jedoch, dass es möglich ist, ein dem Ultraschall ähnliches System zur Behandlung chronischer Schmerzen einzusetzen.