Un dispositivo impiantato, un po 'come un pacemaker, stimola elettricamente il nervo vago, inibendo l'attività nervosa indesiderata in modo mirato.

Le forme del trattamento di stimolazione del nervo vago contro l'infiammazione cronica sono già state testate con successo nell'uomo dall'industria privata con l'intento di renderle disponibili ai pazienti. Ma l'innovazione dei ricercatori del Georgia Institute of Technology aggiunge un segnale di inibizione che potrebbe aumentare l'efficacia clinica e il beneficio terapeutico dei trattamenti esistenti.

"Usiamo un elettrodo con una frequenza di kilohertz che blocca la conduzione nervosa indesiderata oltre all'elettrodo che stimola l'attività del nervo", dice il principale investigatore Robert Butera, un professore nominato congiuntamente nella Scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica e il dipartimento di ingegneria biomedica. "Abbiamo sistemato i due vicini l'uno all'altro, quindi l'elettrodo di blocco forza la stimolazione dall'elettrodo di stimolazione a muoversi solo in una direzione."

L'innovazione dei ricercatori potrebbe teoricamente implementata in tempi relativamente brevi aumentando i dispositivi clinici esistenti. Finora, i test sui ratti hanno dato risultati molto incoraggianti, e sono stati raggiunti senza prendere misure più drastiche, notevoli in altri esperimenti per ottimizzare questo tipo di trattamento, come una vagotomia, il taglio di parte del vago.

"Gli studi originali sugli animali sui benefici antinfiammatori della stimolazione del nervo vago hanno fatto ricorso alle transizioni nervose per ottenere la stimolazione direzionale e aumentare l'efficacia della stimolazione nervosa. Ma tagliare il vago non è clinicamente praticabile, a causa della moltitudine di funzioni corporee vitali che monitora e regola.

"Il nostro approccio fornisce lo stesso beneficio terapeutico, ma è anche immediatamente reversibile, controllabile e clinicamente fattibile", afferma il ricercatore capo Yogi Patel, uno studente laureato in bioingegneria.

"Lo chiamiamo una vagotomia virtuale", dice Butera.

Patel, Butera e colleghi riportano i risultati del loro studio sulla rivista Rapporti scientifici.

Qual è il nervo vago?

Per capire come funziona questa nuova messa a punto bioelettronica, iniziamo dal nervo vago stesso.

Si trova fuori dalla colonna vertebrale e scorre in due parti lungo la parte anteriore del collo su entrambi i lati. È facile da dimenticare perché, anche se ti aiuta a sentire alcune sensazioni limitate come il dolore e il calore da una manciata di organi interni, quelle sensazioni non sono così sfacciate e comuni come quando ti allunghi e tocchi qualcosa con la mano.

Il tuo sistema nervoso volontario o somatico è responsabile del raggiungimento, del contatto e del sentimento, e il nervo vago appartiene al tuo sistema nervoso involontario, in realtà chiamato sistema nervoso autonomo. Sebbene tu possa sperimentare gli effetti meno consapevolmente, non potresti sopravvivere senza un vago.

"Il nervo vago trasmette un'incredibile quantità di informazioni relative allo stato e alla funzione degli organi viscerali - il tratto digestivo, il cuore, i polmoni, le informazioni sui nutrienti che si mangia - qualsiasi cosa necessaria per l'omeostasi (equilibrio fisiologico)", afferma Patel .

Il nervo vago è l'ancora di salvezza tra i centri di controllo della funzione vitale del cervello e degli organi viscerali, passando costantemente messaggi tra l'ipotalamo e gli organi per controllare cose come polso e respirazione, la lubrificazione dei seni e la limitazione della risposta immunitaria.

Risposta immunitaria iperattiva

Quest'ultimo è il punto in cui entra l'infiammazione, perché fa parte della naturale risposta immunitaria del corpo. Ma quando il sistema immunitario diventa iperattivo, può attaccare non solo i patogeni ma anche i tessuti non infetti, come nei pazienti affetti da malattie come l'artrite reumatoide, la sindrome dell'intestino irritabile o il morbo di Crohn. Le terapie basate sui farmaci spesso non riescono a migliorarle significativamente.

Le due parti del sistema nervoso autonomo (involontario) - il simpatico e il parasimpatico - influenzano fortemente il sistema immunitario. Il nervo vago appartiene al parasimpatico.

"È come un sistema altalena. Il tuo sistema nervoso simpatico aiuta a spingere il sistema immunitario, e il sistema nervoso parasimpatico lo tempra ", dice Patel.

Stimolazione elettrica: pro e contro

Stimolare il nervo vago supporta quell'effetto di tempra, ma può anche eccitare in qualche modo la parte del sistema nervoso che stimola la risposta immunitaria, che è controproducente se stai cercando di calmarlo.

"Ogni circuito ha un percorso che arriva dal cervello e uno che va al cervello, e quando si stimola elettricamente, di solito non si ha il controllo su quale si ottiene. Di solito ottieni entrambi ", dice Patel. Questi percorsi sono spesso stimolati nello stesso nervo.

Il percorso che lascia il cervello e si dirige verso altri organi, chiamato il percorso efferente, è quello che stimola a temperare il sistema immunitario e ad alleviare le condizioni infiammatorie croniche. Quello che va al cervello, chiamato percorso afferente, se stimolato, conduce infine all'ipotalamo, una regione di dimensioni di un pisello al centro del cervello. Ciò innesca una catena di risposte ormonali, rilasciando alla fine citochine, molecole di messaggero che promuovono l'infiammazione.

"Si ottiene un'accelerata risposta infiammatoria quando si stimolano i percorsi afferenti, che trasmettono attivamente informazioni sul proprio stato interno e attivano il sistema immunitario quando necessario", afferma Patel. "E se un paziente è già in uno stato di iperattività immunitaria, non vuoi spingerlo ancora di più."

Stimolando verso il basso (efferente), mentre blocca l'attività del nervo vago verso l'alto (afferente) mantiene il buon effetto evitando possibili effetti negativi. Negli animali che hanno ricevuto questo trattamento, gli esami del sangue hanno mostrato che l'infiammazione è marcatamente diminuita. Soprattutto, questo trattamento può essere attivato o disattivato e adattato alle esigenze di ciascun paziente.

Il National Institutes of Health e la Ian's Friends Foundation hanno finanziato il lavoro.

Fonte: Georgia Tech

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