Von der Verwendung elektrischer Fische durch die alten Ägypter zur Behandlung von Kopfschmerzen bis zur Erfindung von Herzschrittmachern zur Regulierung des Herzrhythmus in den 1950er Jahren hat sich das Gebiet der bioelektronischen Medizin – die elektrische Signale anstelle von Medikamenten zur Diagnose und Behandlung von Krankheiten nutzt – weiterentwickelt und beginnt, zur Geltung zu kommen. Wo ist das Feld jetzt? Und was sind die vielversprechendsten Möglichkeiten für lebensverändernde neue Therapien und Diagnostika?
Neue Forschungsergebnisse unter der Leitung von Imanuel Lerman, Leiter des Lerman Lab des UC San Diego Qualcomm Institute und der Abteilung für Anästhesiologie der UC San Diego School of Medicine sowie des VA Center of Excellence for Stress and Mental Health, liefern einige Antworten.
„Dieses Papier soll ein Fahrplan für die Zukunft des biomedizinischen Bereichs sein“, sagte Lerman. „Wir stecken einen Fahnenmast in den Boden und sagen: ‚Das haben wir vor, und das ist die Geschichte dahinter.‘ Deshalb gibt es 180 Referenzen. Wir möchten sicherstellen, dass jeder über die Ressourcen verfügt, die er benötigt, um tiefer zu verstehen und zu lesen, wenn er möchte.
Die Studie wurde heute in der Fachzeitschrift veröffentlicht Bioelektronische Medizinwurde von Convergent Research in Auftrag gegeben, einer gemeinnützigen Organisation, die sich mit der Notwendigkeit gezielter, wirkungsvoller Multi-Entity-Projekte befasst, die andernfalls durch das Raster der aktuellen Finanzierungsmechanismen scheitern könnten.
Eine Welt voller Versprechen
Auch jenseits immer ausgefeilterer Herzschrittmacher hat sich die bioelektronische Medizin bereits einen festen Platz in der modernen Medizin erobert. Implantierbare Geräte wurden von der US-amerikanischen Food and Drug Administration für Bewegungsstörungen wie die Parkinson-Krankheit (über tiefe Hirnstimulation) zugelassen. Rückenschmerzen und verletzungsbedingte motorische Störungen (durch Rückenmarksstimulation); und Fälle von Epilepsie, Depression, Schlaganfall und Migräne (durch Stimulation des Vagusnervs, der dabei hilft, die Verdauung, die Herzfrequenz, die Stimmung und die Entzündungsreaktion des Körpers zu kontrollieren).
Zu den neueren Entwicklungen zählen nichtinvasive Techniken, bei denen das Nervensystem durch Geräte von außerhalb des Körpers stimuliert werden kann. Die transkranielle Magnetstimulation zum Beispiel wurde 2008 zur Behandlung von Depressionen zugelassen. Seitdem haben sich ihre Indikationen auf migränebedingte Schmerzen, Zwangsstörungen, Raucherentwöhnung und ängstliche Depressionen ausgeweitet.
Lerman und Kollegen sehen viel Potenzial für die Zukunft.
Das neue Papier beleuchtet das Aufkommen nichtinvasiver bioelektronischer Techniken. Dieser Ansatz vermeidet nicht nur chirurgische Risiken, sondern bietet auch einige deutliche Vorteile gegenüber den medikamentösen Behandlungen, die wir für selbstverständlich halten.
„Nicht-invasive Neuromodulation ist ein aufstrebendes Feld, in dem wir eine große Chance sehen“, sagte Lerman, der auch Anbieter bei UC San Diego Health ist. „Das Potenzial für eine Größenordnung ist vorhanden, da ein Gerät nicht gekühlt werden muss. Es ist kein Medikament. Alles, was Sie brauchen, ist Strom, um das Gerät zu betreiben, oder eine Batterie. Und es kann das körpereigene System nutzen, um Entzündungen einzudämmen.“ „
Darüber hinaus können durch die Kombination bioelektronischer medizinischer Geräte mit Sensoren selbstregulierende „geschlossene Regelkreise“ entstehen, die sich an die Bedürfnisse des Einzelnen anpassen können. Bioelektronische Geräte sind nicht mehr an eine Standarddosis eines Arzneimittels gebunden und könnten tatsächlich eine individualisierte Medizin bereitstellen, indem die Dosierung kontinuierlich auf der Grundlage des Feedbacks der Biomarker eines Patienten angepasst wird.
Obwohl noch viel Arbeit erforderlich ist, um solche Systeme mit geschlossenem Regelkreis zu schaffen, sehen Lerman und Kollegen darin einen potenziell transformativen Ansatz für medizinische Behandlungen.
Einzigartige Fähigkeiten
Auch über diesen Rahmen hinaus kann die bioelektronische Medizin revolutionäre neue Fähigkeiten einführen.
Eine verlockende Möglichkeit ist die Nutzung der bioelektronischen Medizin als Diagnoseinstrument. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass der Körper im Laufe der Zeit auf jeden Infektionserreger eine einzigartige Reaktion auslöst. Somit können diese „Zeitreihen“-Muster den krankheitsverursachenden Erreger genau vorhersagen und als Leitfaden für eine wirksame Behandlung dienen.
„Das Ziel besteht darin, eine Krankheitserregerbibliothek aufzubauen“, sagte Lerman, „wo wir in der Lage wären, die Signatur jedes Krankheitserregers zu identifizieren und dann zu versuchen, mit dem richtigen Maß an Neuromodulation einzugreifen, um die mit dieser Infektion verbundene Entzündung zu hemmen und zu verhindern.“ Infektion weniger schwerwiegend.
Krankheitssignaturen wurden in Wellenformdaten (EEG, Respirogramm, Temperatur) gezeigt, aber Lerman und Kollegen schlagen vor, dass die Überwachung der Aktivität des Vagus und anderer Nerven im autonomen (unwillkürlichen) Nervensystem wichtige Informationen für diese Bemühungen liefern könnte.
Ein weiterer Bereich, in dem die bioelektronische Medizin übergroße Auswirkungen haben könnte, ist die psychische Gesundheit. Jüngste Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass Entzündungen und das Immunsystem eine Schlüsselrolle bei einer Vielzahl von psychischen Erkrankungen spielen.
„Psychische Gesundheitsstörungen – einschließlich posttraumatischer Belastungsstörung, schwerer Depression und allgemeiner Angststörung – stehen im Kern alle in engem Zusammenhang mit der ‚Neuro-Immun-Achse‘ und der Regulierung von Entzündungen“, sagte Lerman. „Es ist bekannt, dass bei bestimmten neuroinflammatorischen Erkrankungen wie Long-COVID und bestimmten Formen der Parkinson-Krankheit weitere pathologische Prozesse innerhalb des Vagusnervs auftreten.“ Viele verschiedene Viren und/oder Krankheitserregerbestandteile können vom Darm über den Vagusnerv ins Gehirn gelangen oder aufgrund der Entzündung im Darm zu peripheren Entzündungen führen, die auch Probleme im Gehirn verursachen.
Lerman schlägt vor, dass die bioelektronische Medizin Gehirnentzündungen beurteilen könnte, um die Schwere psychischer Störungen zu messen und diese mit der genau erforderlichen Dosierung zu behandeln. Die autonome Neurographie oder ANG dürfte in klinischen Studien besonders nützlich sein. Es wird den Schweregrad der psychischen Gesundheit objektiv stratifizieren und klinischen Studien ein präzises medizinisches Maß bieten, das spezifische Behandlungen leiten kann.
Projekte, die von der US Defense Advanced Research Projects Agency, den National Institutes of Health, der Biological Advanced Research & Development Authority sowie dem Office of Science and Technology Policy und anderen Finanzierungs- und Interessensquellen unterstützt werden, haben die bioelektronische Medizin an diesen Punkt gebracht, räumt Lerman ein.
„Es liegt noch viel Arbeit vor uns“, sagte er, „aber diese Systeme der nächsten Generation haben großes Potenzial für neue Wege der individualisierten und adaptiven Behandlung.“
