Як імплантати на базі штучного інтелекту можуть замінити опіоїдні знеболювальні

Розуміння хронічного болю та його проблем

Сучасні анестезії та знеболювальні препарати допомогли полегшити одну з найнерозв'язніших проблем медицини: біль.

Однак, це лише частково стосується хронічного болю, який вражає сотні мільйонів людей у ​​всьому світі. Згідно з За даними Фонду боротьби з болем США, 51.6 мільйона американців живуть із хронічним болем. Для понад 17 мільйонів людей хронічний біль має значний вплив, часто обмежуючи їхнє життя або трудову діяльність. 

Коли причиною болю є не конкретний момент, а повторювана проблема, хімічному лікуванню може бути дуже важко подіяти належним чином.

Одна з проблем полягає в тому, що організм має тенденцію адаптуватися до ліків, і вони поступово втрачають ефективність, змушуючи пацієнтів з часом збільшувати дозування або страждати, не маючи хорошої альтернативи.

Ще одна проблема полягає в тому, що сильні знеболювальні засоби зазвичай належать до класу опіоїдів, типу наркотиків, які, як відомо, викликають залежність.

Тільки в США опіоїди щорічно призначають щонайменше 40 мільйонам пацієнтів. Щороку вони призводять до розвитку залежності (розладу, пов'язаного з вживанням опіоїдів) у понад 85,000 10 пацієнтів з гострим болем, а у XNUMX% пацієнтів згодом розвивається тривале вживання опіоїдів.

Такий рівень залежності надзвичайно дорого коштує суспільству загалом, оцінюючись у 180 мільярдів доларів щорічно лише в США.

Ось чому неопіоїдні препарати, або нехімічні знеболювальні препарати, можуть стати лікуванням, яке змінить життя мільйонів людей, і потенційно ринком вартістю десятків мільярдів доларів.

Одним із прикладів є Vertex Pharmaceuticals (VRTX ), з новим класом знеболювальних препаратів, які не можуть викликати звикання, щойно схвалених у 2025 році. Знеболювальні засоби, отримані з грибів також може бути варіантом одного дня.

Дослідники з Університету Південної Каліфорнії, Національного технологічного університету Чін-І (Тайвань), Каліфорнійського університету та Університету штату Сан-Дієго працюють над імплантованим бездротовим електронним стимулятором, який також може допомогти полегшити біль без будь-яких ліків.

Вони опублікували свої результати в журналі Nature Electronics.¹, під назвою «Програмований та самоадаптивний ультразвуковий бездротовий імплантат для персоналізованого лікування хронічного болю".

Як електричні імпланти порушують больові сигнали

По суті, біль – це «просто» електричний сигнал, що передається нервом до мозку. На жаль, еволюція зробила цей сигнал дуже неприємним, і ми просто не можемо ігнорувати його. Звідси й потреба в таких препаратах, як опіоїди, які намагаються притупити сприйняття больових сигналів у мозку.

Альтернативним варіантом є безпосереднє втручання в сам електричний сигнал. Це перспектива імплантованих електричних стимуляторів, які безпосередньо стимулюють спинний мозок, блокуючи больові сигнали, що надходять до мозку.

На жаль, ці пристрої не отримали широкого поширення через численні технічні недоліки, такі як висока вартість, необхідність інвазивної хірургії, вбудовані батареї та необхідність частої заміни батарей.

Ось чому новий пристрій, винайдений дослідниками, гнучкий та з можливістю бездротового заряджання, потенційно може змінити правила гри.

джерело: Школа Вітербі

П'єзоелектрична бездротова зарядка: революційний варіант

Оскільки регулярна заміна батарейки була однією з найпроблемніших частин попередніх електричних стимуляторів болю, що вимагала регулярних додаткових хірургічних втручань, це стало центром роботи дослідників.

Ідея полягає в перетворенні механічних хвиль на електричні сигнали за допомогою явища, яке називається п'єзоелектричним ефектом.

Вони використовували мініатюрний п'єзоелектричний елемент, виготовлений з цирконату-титанату свинцю (PZT), високоефективного матеріалу для перетворення вхідної ультразвукової енергії в електричну енергію, необхідну для стимуляції.

Ультразвук є гарним варіантом для медичних пристроїв, оскільки вони можуть переносити енергію глибоко в організм, не завдаючи шкоди.

Це модна ідея у сфері медичних виробів, з ще одним імплантатом на основі ультразвуку, цього разу для кардіостимуляторів, також оголошеним командою корейських дослідників у червні 2025 року.

«Цей тип перетворення енергії є критично важливим для глибокої стимуляції, оскільки ультразвук є неінвазивною та високопроникною енергією в клінічній та медичній сферах».

Використовуючи бездротову передачу ультразвукової енергії та систему зворотного зв'язку із замкнутим циклом, цей стимулятор UIWI усуває необхідність у громіздких імплантованих батареях та дозволяє точно регулювати модуляцію болю в режимі реального часу.

Юйшунь Цзен – Аспірант

Використання штучного інтелекту та нейронних мереж для контролю болю

Сам стимулятор UIWI гнучкий, згинається та повертається, що забезпечує оптимальне розміщення на спинному мозку.

джерело: Школа Вітербі

Принцип його роботи полягає в використанні електричної стимуляції для відновлення балансу сигналів, що передають та пригнічують біль, ефективно пригнічуючи відчуття болю.

Тестуючи пристрої на лабораторних щурах, дослідники успішно полегшили хронічний нейропатичний біль, спричинений як механічними подразниками, так і гострими термічними подразниками.

Більше того, пристрій є адаптивним, регулюючи свою «електричну обробку» відповідно до фактичної сили болю.

«Що справді відрізняє цей пристрій, так це його бездротова, інтелектуальна та самоадаптивна здатність до лікування болю».

Ми вважаємо, що це має великий потенціал для заміни фармакологічних схем та традиційних методів електростимуляції, що відповідає клінічним потребам у знеболенні.

Цифа Чжоу - Рпрофесор офтальмології в Медичній школі Кека Університету Південної Кароліни

Це було зроблено за допомогою нейронної мережі під назвою ResNet-18 та безперервного моніторингу записів мозку, зокрема сигналів електроенцефалограми (ЕЕГ), які відображають рівень болю пацієнта.

Нейронна мережа аналізує ці сигнали мозку та класифікує біль на три різні рівні: легкий біль, помірний біль та сильний біль. Ця модель штучного інтелекту може похвалитися загальною точністю 94.8% у розрізненні цих больових станів.

Після визначення рівня болю, носимий ультразвуковий передавач автоматично регулює акустичну енергію, яку він передає. Звукова енергія перетворюється на електричну, стимулюючи спинний мозок.

джерело: ResearchGate

Це створює замкнуту систему, яка забезпечує персоналізоване лікування болю в режимі реального часу.

Оскільки передача енергії відбувається за допомогою інфразвуку, немає потреби в подальшому хірургічному втручанні після початкової імплантації пристрою навколо спинного мозку, а рівень потужності можна модулювати в режимі реального часу залежно від інтенсивності інфразвуку.

«З клінічної точки зору, використання методів оцінки болю на основі глибокого навчання дозволяє динамічно інтерпретувати та реагувати на коливаючі больові стани, що є важливим для врахування мінливості, специфічної для пацієнта».

Чень Гун

Що далі з імплантатами штучного інтелекту для знеболення?

Оскільки пристрій регулюється нейронною мережею, його можна адаптувати до конкретної нервової системи кожного пацієнта, замість того, щоб шукати рішення, яке підходить усім. Саме по собі це є радикальним відходом від звичайних медичних протоколів знеболення.

Наступним кроком було б подальше вдосконалення конструкції імплантату, зокрема, зменшення його розміру, що зменшило б інвазивність імплантації. В ідеалі, одного дня його можна було б вводити лише за допомогою шприца.

Носимий ультразвуковий пристрій також може стати бездротовим або навіть носимим ультразвуковим решітковим модулем.

Керування системою, ймовірно, слід перенести на смартфон для комерційної версії цієї технології, що забезпечить пацієнту вищий рівень персоналізації та контролю.

Інвестування в медичні технології 

Koninklijke Philips NV

Philips — відомий бренд невеликої споживчої електроніки (бритви, електричні зубні щітки), який також активно працює в охороні здоров'я. Наприклад, у 1 році він посів перше місце за кількістю поданих патентів у галузі медичних технологій у Європі. Він активно займається виробництвом підключених медичних продуктів, від носимих пристроїв до пристроїв візуалізації, респіраторів та медичних роботів.

Компанія також активно працює у сфері напівпровідників (включаючи технологію магнітної підвіски) та високих технологій/робототехніки/автоматизації, причому кожен вид діяльності має спільну технологічну базу.

Джерело: Philips

Philips пропонує носити пристрої для вимірювання серцевої діяльності, дихання та активності. Його датчики можна інтегрувати в розумні годинники, монітори здоров’я, медичні пластирі та трекери активності.

Експертиза Philips у біосумісних датчиках, напівпровідниках та бездротових рішеннях може зробити її лідером у виробництві передових медичних імплантатів із бездротовою зарядкою.

Для медичних виробів, Philips віддає перевагу партнерським рішенням, де вона розробляє для третіх сторін підключені медичні пристрої IoT (Інтернету речей), повністю сумісні з рештою рішень Philips. У цьому контексті вона пропонує своїм клієнтам прототипування, консультування з питань регулювання, комплексну розробку продуктів та виробництво в промислових масштабах.

Це робить Philips компанією, орієнтованою на технології, та ймовірним кандидатом на швидке впровадження інновацій в існуючі медичні пристрої. Загалом пристрої Philips безпосередньо впливали на понад 1.8 мільярда людей.

Компанія хоче створити повністю інтегроване цифрове середовище охорони здоров'я, де датчики поєднуватимуть пристрої, а потім використовуватиме різні рішення для підключення для інтеграції в хмарне рішення Philips HealthSuite та забезпечить поглиблений аналіз даних.

Джерело: Philips

Як постачальник медичних технологій, що часто виробляє продукцію для інших брендів, Philips не так помітна в цьому секторі, як інші, більш відомі компанії. Однак, вона є експертом у створенні високопродуктивних електронних пристроїв та датчиків, часто розширюючи межі можливого у своїй ніші охорони здоров'я та носимої електроніки.

Зі зростанням інтеграції носимих пристроїв та медичної електроніки в охорону здоров'я та медичні протоколи, сегмент охорони здоров'я Philips, ймовірно, зростатиме як частина конгломерату.

Останні новини та події щодо акцій Koninklijke Philips NV (PHG)

Посилання на дослідження

^{1. Zeng, Y., Gong, C., Lu, G. та інші Програмований та самоадаптивний ультразвуковий бездротовий імплантат для персоналізованого лікування хронічного болю. Електроніка природи 8, 437–449 (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01374-6}