Obnova motorických funkcí u Parkinsonovy choroby pomocí neinvazivní hybridní transkraniální neuromodulace (JPND-568-060)

Základní informace

Řešitelé: Mgr. Grygoriy Tsenov, MSc., Ph.D.
Hlavní příjemce: NUDZ
Spolupříjemci: Ludwig-Maximilians-Universität München (Germany), Krembil Research Institute - University Health Network (Canada), Fraunhofer Institute for Biomedical Engineering (Germany), Department of Electrical and Electronics Engineering (Turkish), Alvimedica Tıbbi Ürünler San. ve Dış Tic. A.Ş (Turkey)
Doba řešení: 1. 1. 2021 - 31. 12. 2023
Rozpočet celkem: 1 464 661 EUR
Rozpočet NUDZ: 359 262 EUR
Podpořil/a: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR

Anotace

Hluboká mozková stimulace (DBS) pomocí elektrodových implantátů je úspěšnou metodou léčby Parkinsonovy nemoci (PN). V rámci tohoto projektu bude vyvinuta a použita neinvazivní samostatná a hybridní neuromodulační technologie zaměřená na bazální ganglia s cílem obnovit motorické funkce u PD pomocí interferenčních elektrických polí a ultrazvuku (US).

Dvě skupiny (partneři 2-3) se zaměří na pacienty, zatímco ostatní se budou věnovat základnímu výzkumu a vývoji technologií. Neinvazivní elektrická stimulace: Partner 2 bude aplikovat elektrická časová interferenční pole (TIF) vyvolaná dvěma vysokofrekvenčními transkraniálními stimulátory střídavého proudu (tACS) s posunutými frekvencemi s cílem aktivovat vnitřní globus pallidus (GPi) výslednými TIF o nižších (130 Hz) frekvencích. Intenzita stimulace bude optimalizována pomocí modelování (partner 5) a ověřena na základě invazivních záznamů u pacientů během předoperačního hodnocení epilepsie a u pokusných potkanů (koordinátor-partner 1 a 2). Klinická účinnost stimulace TIF bude ověřena pomocí skóre UPDRS (Unified PD Rating Scale) a záznamem přesně definovaných parametrů excitability motorické kůry prostřednictvím transkraniální magnetické stimulace (TMS) (motorické evokované potenciály, tj. MEP, tichá perioda, krátkointervalová intrakortikální inhibice (SICI)) a dalších u pacientů s PD a kontrol (Partner 2). Neinvazivní vysoce přesná US stimulace bazálních ganglií pomocí fokusované US nízké intenzity (LIFUS) bude zkoumána pomocí nového, vícekanálového stimulátoru vyvinutého partnerem 4. Účinky LIFUS budou ověřeny pomocí skóre UPDRS a záznamem lokálních polních potenciálů u pacientů s PD, zaměřených na subthalamické jádro (STN) nebo GPi. Parametry stimulace budou optimalizovány na základě klinické odpovědi, patologických β oscilací a studií konektivity pomocí fMRI (Partner3). Partner 2 se zaměří především na patofyziologii u PD, zatímco Partner 3 bude provádět studie klinické účinnosti. V průzkumných, vysoce rizikových experimentech s vysokým ziskem bude Partner 2 používat hybridní tACS a LIFUS pro testování synergických účinků. Za tímto účelem budou frekvence US sníženy na ~ 150 kHz, zatímco frekvence elektrické stimulace bude zvýšena na ~ 150 kHz, aby se dosáhlo elektroakustického účinku. Partner 5 bude zkoumat aditivní účinky pomocí kombinace různých stimulačních modalit (elektrické, magnetické a LIFUS) spolu s realistickými numerickými modely a testy na fantomech hlavy, zatímco partner 6 se zaměří na vývoj hardwaru a přizpůsobení nových hybridních systémů pro experimentální použití. Možnou využitelnost alternativní neurostimulace založené na Lorentzových polích způsobených interakcí LIFUS a magnetických polí bude zkoumat také partner 5. Hlavní náplní Partnera 1 bude mechanistická analýza neinvazivní neuromodulace v mozku potkanů a neuronů in vitro s cílem definovat základní elektrochemické procesy a mechanismy obvodů. Partner 1 bude rovněž definovat bezpečnostní rezervy a optimální provozní rozsah pomocí funkčních a histochemických testů. Cílenou aktivací vybraných neuronů pomocí LIFUS budou rozčleněny termo- a mechanosenzitivní účinky a přiřazeny specifickým kanálům exprimovaným v neuronech. Díky důmyslné kombinaci inovativních technologií a synergii odborných znalostí tak budou poprvé nejslibnější samostatné a hybridní metody neurostimulace podrobeny důkladnému testování, a to od kultivovaných neuronů in vitro, přes pokusy na zvířatech až po klinické testy u pacientů s PD. Očekává se, že popsané neinvazivní technologie umožní nejen lepší léčbu a obnovu motorických funkcí u PD, ale také lepší pochopení základních mechanismů a bezpečnosti pro optimalizaci a expatriaci do běžné lékařské praxe.