Wie KI-gestützte Implantate opioide Schmerzmittel ersetzen könnten

Chronische Schmerzen und ihre Herausforderungen verstehen

Moderne Anästhesie- und Schmerzmittel haben dazu beigetragen, eines der unlösbarsten Probleme der Medizin zu lindern: Schmerzen.

Dies gilt jedoch nur teilweise für chronische Schmerzen, von denen weltweit Hunderte Millionen Menschen betroffen sind. Laut der Laut der US Pain Foundation leiden 51.6 Millionen Amerikaner an chronischen Schmerzen. Für über 17 Millionen Betroffene sind die chronischen Schmerzen schwerwiegend und schränken ihr Leben oder ihre Arbeitsaktivitäten häufig ein. 

Wenn die Ursache der Schmerzen nicht ein bestimmter Moment, sondern ein wiederkehrendes Problem ist, kann es sehr schwierig sein, mit chemischen Behandlungen richtig zu wirken.

Ein Problem besteht darin, dass der Körper dazu neigt, sich an Medikamente zu gewöhnen und diese zunehmend an Wirksamkeit verlieren. Dadurch sind die Patienten gezwungen, die Dosis mit der Zeit zu erhöhen oder zu leiden, ohne eine gute Alternative zu haben.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass starke Schmerzmittel im Allgemeinen zur Klasse der Opioide gehören, einer Art von Medikamenten, die bekanntermaßen abhängig machen.

Allein in den USA werden jährlich mindestens 40 Millionen Patienten Opioide verschrieben. Jedes Jahr entwickeln über 85,000 Patienten mit akuten Schmerzen eine Abhängigkeit (Opioidkonsumstörung), und 10 % entwickeln später einen längerfristigen Opioidkonsum.

Ein derartiges Ausmaß an Sucht verursacht für die Gesellschaft als Ganzes enorme Kosten; die Kosten belaufen sich allein in den USA auf schätzungsweise 180 Milliarden Dollar pro Jahr.

Aus diesem Grund könnten nicht-opioide Arzneimittel oder nicht-chemische Schmerzmittel für Millionen Menschen eine lebensverändernde medizinische Behandlung darstellen und möglicherweise einen Markt im Wert von mehreren zehn Milliarden Dollar schaffen.

Ein Beispiel ist Vertex Pharmaceuticals (VRTX ), mit einer neuen Klasse von Schmerzmitteln, die nicht süchtig machen können und gerade im Jahr 2025 zugelassen wurden. Schmerzmittel auf Pilzbasis könnte auch irgendwann mal eine Option sein.

Forscher der University of Southern California, der National Chin-Yi University of Technology (Taiwan), der University of California und der San Diego State University arbeiten an einem implantierbaren drahtlosen elektronischen Stimulator, der auch ohne Medikamente zur Schmerzlinderung beitragen könnte.

Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in Nature Electronics¹, unter dem Titel "Ein programmierbares und selbstadaptives drahtloses Ultraschallimplantat für die personalisierte Behandlung chronischer Schmerzen".

Wie elektrische Implantate Schmerzsignale unterbrechen

Schmerz ist im Grunde „nur“ ein elektrisches Signal, das vom Nerv zum Gehirn weitergeleitet wird. Leider hat die Evolution dieses Signal zu einem sehr unangenehmen gemacht, das wir einfach nicht ignorieren können. Daher besteht der Bedarf an Medikamenten wie Opioiden, die die Schmerzsignalaufnahme im Gehirn dämpfen.

Eine Alternative besteht darin, direkt in das elektrische Signal einzugreifen. Dies versprechen implantierbare elektrische Stimulatoren, die das Rückenmark direkt stimulieren und so verhindern, dass Schmerzsignale das Gehirn erreichen.

Leider haben sich diese Geräte aufgrund zahlreicher technischer Nachteile, wie beispielsweise hoher Kosten, der Notwendigkeit invasiver Operationen, fest verdrahteter Batterien und der Notwendigkeit häufiger Batteriewechsel, nicht auf breiter Front durchgesetzt.

Aus diesem Grund könnte das neue, flexible und kabellos aufladbare Gerät der Forscher die Spielregeln ändern.

Quelle: Viterbi-Schule

Piezoelektrisches kabelloses Laden: Ein Wendepunkt

Da der regelmäßige Batteriewechsel bei früheren elektrischen Schmerzstimulatoren zu den problematischsten Aspekten zählte und regelmäßig zusätzliche Operationen erforderlich machte, stand dieser Aspekt im Mittelpunkt der Arbeit der Forscher.

Die Idee besteht darin, mechanische Wellen durch ein Phänomen namens piezoelektrischer Effekt in elektrische Signale umzuwandeln.

Sie verwendeten ein miniaturisiertes piezoelektrisches Element aus Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), einem hocheffizienten Material zur Umwandlung eingehender Ultraschallenergie in die zur Stimulation erforderliche elektrische Energie.

Ultraschall ist eine gute Option für medizinische Geräte, da sie Energie tief in den Körper transportieren können, ohne Schäden zu verursachen.

Dies ist eine trendige Idee im Bereich der medizinischen Geräte, mit einem weiteren ultraschallbetriebenen Implantat, diesmal für Herzschrittmacher, das ebenfalls von einem Team koreanischer Forscher im Juni 2025 angekündigt wurde.

„Dieser Energieumwandlungstyp ist für die Tiefenstimulation von entscheidender Bedeutung, da Ultraschall im klinischen und medizinischen Bereich eine nicht-invasive und stark durchdringende Energie ist.

Durch die Nutzung der drahtlosen Ultraschall-Energieübertragung und eines geschlossenen Rückkopplungssystems macht dieser UIWI-Stimulator sperrige implantierte Batterien überflüssig und ermöglicht eine präzise einstellbare Schmerzmodulation in Echtzeit.“

Yushun Zeng – Doktorand

Einsatz von KI und neuronalen Netzwerken zur Schmerzkontrolle

Der UIWI-Stimulator selbst ist flexibel, biegsam und drehbar, was eine optimale Platzierung am Rückenmark ermöglicht.

Quelle: Viterbi-Schule

Die Funktionsweise besteht darin, dass durch elektrische Stimulation die Signale, die Schmerzen übertragen und hemmen, wieder ins Gleichgewicht gebracht werden, wodurch das Schmerzempfinden wirksam unterdrückt wird.

Durch Tests der Geräte an Laborratten konnten die Forscher chronische neuropathische Schmerzen lindern, die sowohl durch mechanische Reize als auch durch akute thermische Reize verursacht wurden.

Darüber hinaus ist das Gerät adaptiv und reguliert seine „elektrische Behandlung“ entsprechend der tatsächlich vorhandenen Schmerzintensität.

„Was dieses Gerät wirklich auszeichnet, ist seine kabellose, intelligente und selbstanpassende Fähigkeit zur Schmerzbehandlung.

Wir sind davon überzeugt, dass es großes Potenzial bietet, pharmakologische Schemata und herkömmliche Ansätze der elektrischen Stimulation zu ersetzen und den klinischen Anforderungen zur Schmerzlinderung gerecht zu werden.“

Qifa Zhou - PProfessor für Augenheilkunde an der Keck School of Medicine der USC

Dies wurde durch die Verwendung eines neuronalen Netzwerks namens ResNet-18 und die kontinuierliche Überwachung von Gehirnaufzeichnungen, insbesondere Elektroenzephalogramm-Signalen (EEG), die das Schmerzniveau eines Patienten widerspiegeln, erreicht.

Das neuronale Netzwerk analysiert diese Gehirnsignale und klassifiziert Schmerzen in drei verschiedene Stufen: leichte Schmerzen, mäßige Schmerzen und extreme Schmerzen. Dieses KI-Modell weist eine Gesamtgenauigkeit von 94.8 % bei der Unterscheidung dieser Schmerzzustände auf.

Sobald ein Schmerzniveau erkannt wird, passt der tragbare Ultraschallsender die von ihm übertragene Schallenergie automatisch an. Die Schallenergie wird in elektrische Energie umgewandelt und stimuliert das Rückenmark.

Quelle: Researchgate

Dadurch entsteht ein geschlossenes System, das eine personalisierte Schmerzbehandlung in Echtzeit ermöglicht.

Da die Energieübertragung über Infraschall erfolgt, sind nach der ersten Implantation des Geräts im Bereich des Rückenmarks keine weiteren chirurgischen Eingriffe erforderlich und die Leistungsstufe kann in Echtzeit durch die Infraschallintensität moduliert werden.

„Aus klinischer Sicht ermöglicht die Einbeziehung einer auf Deep Learning basierenden Schmerzbeurteilung eine dynamische Interpretation und Reaktion auf schwankende Schmerzzustände, was für die Berücksichtigung der patientenspezifischen Variabilität von entscheidender Bedeutung ist.“

ChenGong

Wie geht es weiter mit KI-Schmerzimplantaten?

Da das Gerät über ein neuronales Netzwerk gesteuert wird, kann es an das individuelle Nervensystem jedes Patienten angepasst werden, ohne dass eine für alle passende Lösung gefunden werden muss. An sich stellt es eine radikale Abkehr von den üblichen medizinischen Protokollen zur Schmerzlinderung dar.

Der nächste Schritt wäre, das Implantatdesign noch weiter zu verbessern, insbesondere noch kleiner zu machen und so den Eingriff zu reduzieren. Im Idealfall könnte es eines Tages einfach mit einer Spritze injiziert werden.

Das tragbare Ultraschallgerät könnte auch selbst drahtlos werden oder sogar ein tragbares Ultraschall-Array-Pflaster sein.

Bei einer kommerzialisierten Version dieser Technologie sollte die Steuerung des Systems wahrscheinlich auf ein Smartphone übertragen werden, um dem Patienten ein höheres Maß an Personalisierung und Kontrolle zu ermöglichen.

In HealthTech investieren 

Koninklijke Philips NV

Philips ist eine bekannte kleine Marke für Elektronikprodukte (Rasierer, elektrische Zahnbürsten) und auch im Gesundheitswesen aktiv. So war das Unternehmen beispielsweise 1 die Nummer 2022 bei den Patentanmeldungen im MedTech-Bereich in Europa. Philips ist im Bereich vernetzter Medizinprodukte tätig, von Wearables über Bildgebung bis hin zu Beatmungsgeräten und Medizinrobotern.

Das Unternehmen ist außerdem in den Bereichen Halbleiter (einschließlich Magnetschwebetechnik) und Hochtechnologie/Robotik/Automatisierung aktiv, wobei alle Aktivitäten auf einer gemeinsamen technologischen Basis beruhen.

Quelle: Philips

Philips bietet tragbare Geräte zur Messung von Herz-, Atem- und Aktivitätsparametern an. Die Sensoren können in Smartwatches, Gesundheitsmonitore, medizinische Pflaster und Aktivitätstracker integriert werden.

Dank seiner Expertise im Bereich biokompatibler Sensoren, Halbleiter und drahtloser Lösungen könnte Philips zu einem führenden Anbieter fortschrittlicher medizinischer Implantate mit kabelloser Aufladung werden.

Für medizinische Geräte, Philips favorisiert eine Partnerschaftslösung, wo das Unternehmen für Dritte vernetzte medizinische IoT-Geräte (Internet of Things) entwickelt, die vollständig mit den übrigen Lösungen von Philips kompatibel sind. In diesem Zusammenhang bietet das Unternehmen seinen Kunden Prototyping, regulatorische Beratung, durchgängige Produktentwicklung und Produktion im industriellen Maßstab.

Dies macht Philips zu einem technologieorientierten Unternehmen und zu einem wahrscheinlichen Kandidaten für die schnelle Integration von Innovationen in bestehende medizinische Geräte. Insgesamt hatten die Geräte von Philips einen direkten Einfluss auf über 1.8 Milliarden Menschen.

Das Unternehmen möchte eine vollständig integrierte digitale Gesundheitsumgebung schaffen, in der Sensoren mit Geräten übereinstimmen und dann mehrere Konnektivitätslösungen nutzen, um die Integration in die Philips HealthSuite Cloud-Lösung zu ermöglichen und eine umfassende Datenanalyse zu ermöglichen.

Quelle: Philips

Als Zulieferer der MedTech-Branche, der häufig für andere Marken produziert, ist Philips in der Branche nicht so präsent wie andere, bekanntere Unternehmen. Das Unternehmen ist jedoch Experte für die Herstellung leistungsstarker elektronischer Geräte und Sensoren und überschreitet in seiner Nische im Gesundheitswesen und bei Wearables oft die Grenzen des Möglichen.

Da Wearables und medizinische Elektronik zunehmend in das Gesundheitswesen und medizinische Protokolle integriert werden, wird das Segment Healthcare von Philips als Teil des Konglomerats wahrscheinlich wachsen.

Aktuelle Nachrichten und Entwicklungen zur Aktie Koninklijke Philips NV (PHG)

Zitierte Studie

^{1. Zeng, Y., Gong, C., Lu, G. et al. Ein programmierbares und selbstadaptives drahtloses Ultraschallimplantat für die personalisierte Behandlung chronischer Schmerzen. Naturelektronik 8, 437 & ndash; 449 (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01374-6}