Forschern der UC San Diego ist mit einem tragbaren, nicht-invasiven Gerät ein medizinischer Durchbruch gelungen, das die Aktivität autonomer Nerven aufzeichnet und so eine frühzeitige Erkennung lebensbedrohlicher Erkrankungen wie Sepsis ermöglichen könnte.
Forscher unter der Leitung der UC San Diego haben einen bahnbrechenden Fortschritt erzielt, indem sie ein tragbares, nicht-invasives Gerät entwickelt haben, mit dem erstmals die Aktivität menschlicher Halsnerven in klinischen Umgebungen gemessen werden kann. Die bahnbrechende Technologie, die autonome Neurographie (ANG) aufzeichnen kann, könnte die Früherkennung und Behandlung entzündlicher Erkrankungen wie Sepsis revolutionieren.
Dieses innovative Gerät zielt in erster Linie auf den Vagusnerv und den Karotissinusnerv ab – entscheidende Komponenten des unwillkürlichen Nervensystems, die lebenswichtige Funktionen wie Verdauung, Herzfrequenz und Immunreaktion steuern. Die Bedeutung dieser Entwicklung ist enorm, da der Vagusnerv eine entscheidende Rolle bei der Reaktion des Körpers auf Verletzungen oder Infektionen spielt. Diese Bereiche werden aufgrund ihrer Verbindung zu potenziell tödlichen Erkrankungen wie Sepsis und PTBS intensiv erforscht.
Die tragbare Technologie bietet Ärzten ein klinisch validiertes Echtzeit-Tool zur Überwachung unwillkürlicher Nervensystemaktivität, einem frühen Indikator für körperlichen Stress. Wie in einer 2022 Scientific Reports-Artikelentwickelte das Team ein flexibles, mit Klebstoff integriertes Elektrodenarray. Ihre neueste Studie, veröffentlicht in Nature Communications Biology, nutzte diesen Ansatz, um tiefe neuronale Aktivität in einem simulierten hyperinflammatorischen klinischen Modell zu erkennen.
„Unsere Ergebnisse sind ermutigend für uns. Das Gerät ist in der Lage, einen frühen diagnostischen Marker für eine Infektion mit Krankheitserregern oder eine Entzündung aufgrund eines pathologischen Prozesses zu liefern“, sagte der leitende Autor der Studie, Imanuel Lerman, Leiter des Lerman Lab am Qualcomm Institute der UC San Diego und Gründer von InflammaSense Inc., dem Unternehmen, das die Technologie lizenziert, in einem Pressemitteilung„Aufgrund der Studienergebnisse setzen wir das Gerät nun auf den Intensivstationen des Jacobs Medical Center am UC San Diego Health ein. Das Gerät erkennt frühzeitig unwillkürliche neuronale Signale, die auf eine drohende Sepsis hinweisen.“
Die Studie wurde von Troy Bu geleitet, einem Doktoranden der Fakultät für Elektro- und Computertechnik der Jacobs School an der UC San Diego. Ziel der Forschung ist es, eine nicht-invasive Alternative zu chirurgisch implantierten Mikroelektroden zur Überwachung des Vagusnervs anzubieten.
Das neue Gerät erkennt die Aktivität der Halsnerven mithilfe der Magnetoneurografie – einer leistungsstarken Technik, die durch Nervenaktivität erzeugte Magnetfelder erfasst. In Tests an neun erwachsenen Probanden zeichnete das Gerät erfolgreich Nervenreaktionen auf eine induzierte Hyperinflammation auf. Den Probanden wurde Blut abgenommen und ihr Plasma auf Grundwerte entzündungsauslösender Proteine, sogenannter Zytokine, getestet. Anschließend führten die Forscher ein bakterielles Toxin, Lipopolysaccharide, ein, um eine Entzündung ähnlich der einer Blutinfektion zu simulieren.
In einem magnetisch abgeschirmten Raum wurden Sensoren unter dem rechten Ohr und über der rechten Halsschlagader platziert, um Herzfrequenz und Nervenaktivität zu überwachen. Innerhalb von 30 Minuten nach der Injektion erkannte das Gerät Veränderungen in der Nervenaktivität, die die Forscher mit Blutproben bestätigten und einen Anstieg bestimmter Entzündungsproteine feststellten.
„Bei einer Sepsis zählt jede Minute und eine frühzeitige Behandlung rettet Leben“, sagte Bu in der Pressemitteilung. „Eine frühzeitige Sepsiserkennung ist entscheidend, denn mit jeder Stunde, in der die Sepsis nicht behandelt wird, steigt die Sterbewahrscheinlichkeit um bis zu sieben Prozent. Unsere Technologie kann Ärzten ein Frühwarnsignal für eine Hyperimmun- oder Immunparalysereaktion bei einer Sepsis liefern. Ärzte können dann so schnell wie möglich die richtige Behandlung einleiten.“
Die Studie ergab, dass die Reaktionen der Patienten unterschiedlich ausfielen und sich in deutlichen Spitzen der Entzündungsproteinwerte und Nebenwirkungen äußerten. Solche Erkenntnisse könnten helfen, die Patienten zu identifizieren, die am anfälligsten für schwere Entzündungsreaktionen sind, und die Behandlungen entsprechend anzupassen. Diese Technologie könnte nicht nur bei der Erkennung früher Anzeichen einer Sepsis von entscheidender Bedeutung sein, sondern auch bei der Behandlung anderer Erkrankungen wie PTBS und der Anpassung spezifischer, auf die Nerven gerichteter Therapien.
An dieser bahnbrechenden Forschung waren mehrere Partner beteiligt, darunter Sandia National Laboratories, die University of Wisconsin-Madison, das VA Center for Stress and Mental Health, Quspin Laboratory, die Stanford University und InflammaSense Inc.
Durch die Einführung dieses Geräts in die klinische Praxis steht die UC San Diego vor bedeutenden Fortschritten in der medizinischen Diagnostik und bietet Hoffnung auf ein früheres Eingreifen und bessere Ergebnisse für Patienten mit entzündlichen Erkrankungen.