UC San Diego vadovaujama tyrimų grupė pirmą kartą parodė, kad nešiojamasis neinvazinis prietaisas gali išmatuoti žmogaus gimdos kaklelio nervų aktyvumą klinikinėje aplinkoje.
Prietaisas registruoja tai, ką komanda vadina autonomine neurografija (ANG), nervinę veiklą iš žmogaus klajoklio ir miego sinusinių nervų, taip pat kitus autonominius nervus, esančius odoje ir kaklo raumenyse.
Klajoklis nervas yra nevalingos nervų sistemos „superkelis“, kurio ūseliai tęsiasi nuo kaukolės pagrindo per liemenį ir pilvą ir daro įtaką virškinimui, širdies ritmui ir imuninei sistemai.
Klajoklis nervas vaidina pagrindinį vaidmenį organizmo uždegiminėje reakcijoje į sužalojimą ar infekciją ir buvo pagrindinis tyrimų, susijusių su mirtinomis sąlygomis, pvz., sepsio, pagrindinės skubios pagalbos tarnybų mirties priežastimi, nuo kurios kasmet nukenčia mažiausiai 1,7 mln. suaugusiųjų JAV. Nacionalinis bendrųjų medicinos mokslų institutas ir potrauminio streso sutrikimas, kuris, Nacionalinio psichikos sveikatos instituto duomenimis, serga apie 3,5 % gyventojų.
Siekdami pasiūlyti medicinos specialistams realaus laiko kliniškai patikrintą įrankį nevalingos nervų sistemos aktyvumui aptikti, ty ankstyvą įspėjamąjį streso patiriančio kūno požymį, mokslininkai sukūrė lanksčią, su lipnia medžiaga integruotą elektrodų masyvą (kaip pranešta 2022 m. Mokslinės ataskaitos popierius).
Dabartinis tyrimas, paskelbtas 2024 m. liepos 29 d Gamtos komunikacijos biologijanaudojo šį metodą, siekdamas aptikti gilų nervinį aktyvumą modeliuojamame klinikiniame hiperuždegiminiame modelyje.
„Mus skatina mūsų rezultatai. Prietaisas yra pasirengęs suteikti ankstyvą diagnostinį patogeninės infekcijos arba patologinio proceso uždegimo žymeklį”, – sakė tyrimo vyresnysis autorius Imanuelis Lermanas, UC San Diego Qualcomm instituto Lerman laboratorijos vadovas. Medicinos mokykla ir Jacobso inžinerijos mokykla, taip pat VA Streso ir psichinės sveikatos kompetencijos centras.
Lermanas yra bendrovės „InflammaSense Inc“, licencijuojančios įrenginio technologiją, įkūrėjas. „Remiantis tyrimo rezultatais, mes dabar dislokuojame prietaisą UC San Diego Health Jacobs medicinos centro intensyviosios terapijos skyriuose. Prietaisas aptiks ankstyvą nevalingą nervinį signalą, rodantį artėjantį sepsį.”
Troy Bu, mokslų daktaras. Jacobs mokyklos Elektros ir kompiuterių inžinerijos katedros kandidatas yra pirmasis tyrimo autorius.
Realiu laiku greitosios pagalbos skyriuje
Siekiant pakeisti chirurginiu būdu implantuotus mikroelektrodus, skirtus stebėti ar aktyvuoti klajoklio nervą, naujasis prietaisas naudoja galingą techniką, vadinamą „magnetoneurografija“, kad tiksliau aptiktų neinvazinį gimdos kaklelio nervo uždegimą realiuoju laiku. Prietaisas aptinka magnetinius laukus, atsirandančius dėl klajoklių ir miego sinusinių nervų veiklos, kurios „pulsuoja“ įspėdami nevalingą nervų sistemą apie grėsmę.
Tyrėjai išbandė prietaisą su devyniais suaugusiais žmonėmis. Pacientams buvo paimtas kraujas ir ištirtas plazmos uždegimą sukeliančių baltymų, vadinamų citokinais, pradinis lygis. Tada jiems buvo sušvirkšti bakterijų kilmės toksinai, vadinami lipopolisacharidais, sukeldami laikiną hiperuždegiminę organizmo būseną, kuri imitavo uždegimą, susijusį su kraujo infekcija.
UC San Diego Qualcomm instituto Magnetoencefalografijos centro magnetiniu ekranu patalpoje mokslininkai įtaisė jutiklius iš savo prietaiso į klajoklio nervo taškus po dešine ausimi ir virš dešinės miego arterijos, kur randamas ir klajoklis nervas, ir miego sinusinis nervas. Prietaisas stebėjo širdies ritmą ir magnetinius laukus, atsirandančius dėl nervų veiklos.
Per pusvalandį po lipopolisacharidų injekcijos pacientams prietaisas nustatė nervų veiklos pokyčius po dešine ausimi.
Tyrėjai patvirtino nervų aktyvumo padidėjimą ir uždegiminių baltymų išsiskyrimą per kraujo mėginius. Jie taip pat užfiksavo širdies susitraukimų dažnio pokyčius, taip pat pastebimą ryšį tarp nervų uždegimo abiejose vietose ir tam tikro uždegiminio citokino, vadinamo naviko nekrozės alfa, arba TNF-α, ir priešuždegiminio citokino, vadinamo IL-10, pokyčių.
TNF-α yra savotiškas šauklys; pacientams, kurių lygis yra didelis, yra didesnė septinio šoko rizika – mirtina būklė, kai organizmo uždegiminis atsakas viršija ribą ir sukelia pražūtingus padarinius visai sistemai, galiausiai galinčius baigtis mirtimi.
Kita vertus, padidėjęs IL-10 kiekis gali rodyti pacientams, kuriems gresia imunoparalyžius – būklė, kuri atsiranda sepsio metu, kai imuninės ląstelės negali atsispirti nei svetimiems, nei vietiniams mikrobams arba nuolatiniams virusams, kurie gali sukelti nekontroliuojamą infekciją ir. mirtis.
„Sergant sepsiu, kiekviena minutė svarbi, o ankstyvas gydymas gelbsti gyvybes“, – sakė Bu. „Ankstyvas sepsio nustatymas yra labai svarbus, nes kas valandą negydomas sepsis, mirties tikimybė padidėja iki septynių procentų. Mūsų technologija gali suteikti gydytojams ankstyvą įspėjamąjį požymį apie hiperimuninį ar imunoparalyžiaus atsaką sepsio atveju. Gydytojai gali pateikti tinkamą gydymą. gydyti kuo greičiau“.
Kaip ir 2022 m. tyrime, mokslininkai vėl nustatė, kad pacientai buvo suskirstyti į grupes, turinčias skirtingą atsaką į injekcijos stresą. Kai kuriems pacientams pasireiškė didesni uždegiminių baltymų smailės ir stipresnis šalutinis poveikis, o kitų smailės buvo mažesnės.
Naudodami šią technologiją gydytojai gali nustatyti pacientų, kuriems yra didesnė hiperaktyvaus imuninio atsako ir imunoparalyžiaus rizika, pogrupius, kurie abu prisideda prie su sepsiu susijusių komplikacijų ir mirtingumo.
Prietaisas taip pat gali būti naudojamas siekiant nustatyti, ar gydymas mažina uždegimą organizme, geriau suprasti nervų sistemą ir uždegimą žmonėms, kenčiantiems nuo PTSD ir kitų psichikos sveikatos sutrikimų, ir pritaikyti terapijos dozes, skirtas atskirų pacientų nervų sistemoms.
Šis tyrimas buvo atliktas tarp UC San Diego, Sandia National Laboratories, Viskonsino-Madisono universiteto, VA Streso ir psichinės sveikatos centro, Quspin laboratorijos, Stanfordo universiteto ir InflammaSense Inc.