Управляемый смартфоном микроигольчатый пластырь может обеспечить безлекарственное обезболивание на расстоянии

Команда исследователей под руководством профессора Чэ Вуна Чжэна из Школы электротехники KAIST и доктора Сан Гуна Ли из KIOM (Корейский институт восточной медицины) разработала носимую электроцевтическую платформу, которая объединяет беспроводной микроигольчатый электроцевтический пластырь с технологией дистанционного управления на основе Интернета вещей (IoT).

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications. Ключевой особенностью является то, что один небольшой прикрепляемый к коже прибор интегрирует стабильную электрическую стимуляцию, управление на основе смартфона и автоматическую стимуляцию на основе физиологического состояния организма. После проверки эффективности и безопасности на реальных пациентах эта технология может использоваться для персонализированного управления болью дома или в повседневной жизни.

Необходимость такого подхода особенно актуальна для лечения хронической боли. Обезболивающие препараты широко используются для лечения хронической боли, но длительное использование лекарств вызывает опасения по поводу побочных эффектов и зависимости.

В частности, опиоидные анальгетики, используемые при таких состояниях, как боль при раке, несут растущий риск развития толерантности и неправильного использования при длительном применении, что стимулировало исследования «электроцевтиков» — устройств, которые модулируют нервы посредством электрической стимуляции как альтернативу лекарствам.

Однако существующие электроцевтические устройства имеют ограничения. Имплантируемые устройства требуют операции, а электроды, прикрепляемые к коже, могут не доставлять электрический ток должным образом в зависимости от состояния кожи, такого как пот или омертвевшие клетки кожи. Концентрированный ток в определенных местах также может повысить температуру кожи или создать риск ожогов.

Для решения этих проблем исследовательская группа разработала температурочувствительный, проводящий и адгезивный микроигольчатый электрод (тонкий электрод-иголка, который хорошо проводит электричество при прилипании к коже).

Поскольку микроиголки проникают сквозь высокостойкий роговой слой, устройство может обеспечивать стабильную электрическую стимуляцию, одновременно снижая влияние пота и омертвевших клеток кожи. Команда также покрыла электрод проводящим гидрогелем (гелеобразным материалом, который удерживает большое количество воды), чтобы ток распределялся равномерно, а не концентрировался на концах иголок.

Помимо улучшения электрических характеристик, электрод был разработан со встроенным механизмом термической безопасности. Когда температура кожи аномально повышается, адгезия электрода ослабевает и он самостоятельно отделяется от кожи, что помогает снизить риск ожогов кожи, которые могут возникнуть при электрической стимуляции.

Помимо самого интерфейса кожи, исследовательская группа интегрировала устройство с дистанционным управлением на основе IoT. Используя смартфон и облачный сервер, поставщик медицинских услуг может управлять временем работы устройства и электрической стимуляцией в режиме реального времени или по графику, даже находясь далеко от пациента.

Команда подтвердила, что устройство может управляться удаленно даже на больших международных расстояниях, например между Кореей и Соединенными Штатами.

После будущей клинической проверки это может превратиться в домашний или дистанционный подход к управлению болью, при котором пациенты используют электроцевтическое устройство под медицинским наблюдением без необходимости посещения больницы.

Платформа расширяет функциональность за счет автоматического управления на основе физиологического состояния организма. Используя датчик фотоплетизмографии (PPG) — технологию, которая измеряет изменения пульса и кровотока с помощью света, — команда обнаружила состояния стресса, связанные с болью, и на основе этого реализовала функцию замкнутого контура (метод, который автоматически регулирует лечение при постоянной проверке состояния организма), которая автоматически инициирует электрическую стимуляцию.

Исследователи оценили производительность платформы как в экспериментах на животных, так и в небольшом исследовании на людях. В экспериментах на животных ток доставлялся более эффективно, чем при использовании обычных гель-электродов, и были подтверждены обезболивающие эффекты.

В небольшом исследовании со здоровыми взрослыми людьми наблюдались изменения порогов кожной сенсорной боли (уровень стимуляции, при котором боль начинает ощущаться) после электрической стимуляции для оценки потенциала применения у людей.

Однако прямые анальгетические эффекты в этом исследовании были подтверждены только в экспериментах на животных. Исследовательская группа отметила, что необходимы дальнейшие клинические исследования для подтверждения терапевтической эффективности и безопасности долгосрочного использования у реальных пациентов с хронической болью.

Чжэн сказал: «Объединяя стабильный кожный интерфейс с дистанционным управлением на основе IoT, мы расширили потенциал носимых электроцевтических устройств в повседневной жизни. Мы надеемся, что после будущей клинической проверки этот подход сможет превратиться в персонализированную платформу цифрового здравоохранения, которая обеспечивает управление болью, адаптированное к состоянию каждого пациента».

Ли сказал: «Мы надеемся, что это исследование будет интегрировано с будущими носимыми технологиями акупунктуры для содействия развитию нового нефармакологического подхода к управлению болью, который стимулирует акупунктурные точки посредством электрической стимуляции».