Kroniska smärttillstånd, som kännetecknas av ihållande eller återkommande smärta i specifika delar av kroppen, kan vara mycket försvagande och ofta avsevärt försämra livskvaliteten för dem som drabbas. Statistik visar att cirka 20,9 % av vuxna i USA har upplevt kronisk smärta någon gång i livet, medan 6,9 % har upplevt svår kronisk smärta som avsevärt påverkat deras dagliga funktion och välbefinnande.
För närvarande behandlas kronisk smärta främst med smärtstillande läkemedel, varav många är baserade på opioider. Många av dessa läkemedel är dock mycket beroendeframkallande och har allvarliga biverkningar, vilket ofta leder till att de gör mer skada än nytta.
Under de senaste åren har vissa forskare och ingenjörer försökt ta fram alternativa strategier för smärtbehandling som inte är beroende av opioider och som kan lindra patienternas smärta utan att påverka deras hälsa negativt. En föreslagen lösning innebär användning av implanterbara elektriska stimulatorer, enheter som kan opereras in i patientens kropp och som avger elektriska signaler till nerverna eller ryggmärgen för att minska smärtan.
Trots sin potential för behandling av kroniska smärttillstånd har de flesta befintliga implanterbara elektriska stimulatorer betydande begränsningar. Dessa apparater kan faktiskt skada patientens kropp under de operationer som krävs för att implantera dem. Dessutom är de ofta dyra och batteriet som driver dem måste bytas ut regelbundet.
Forskare vid University of Southern California och andra institut har nyligen utvecklat en ny flexibel, trådlös och batterilös implanterbar stimulator som kan övervinna några av begränsningarna hos tidigare introducerade smärtbehandlingslösningar. Denna enhet, som presenterades i en artikel publicerad i Nature Electronics, drivs via en extern bärbar ultraljudssändare och innehåller även maskininlärningsalgoritmer som kan klassificera patientens smärtnivåer och justera intensiteten på den elektriska stimuleringen därefter.
”Behandling av kronisk smärta innefattar vanligtvis opioider, som är förknippade med allvarliga biverkningar såsom beroende”, skriver Yushun Zeng, Chen Gong och deras kollegor i sin artikel.
”Implanterbara perkutana elektriska stimulatorer är ett lovande alternativ för smärtbehandling. De är dock dyra, kan orsaka skador under operationen och är ofta beroende av batterier som måste bytas ut regelbundet.”
Det huvudsakliga målet med denna senaste studie var att utveckla en mindre invasiv implanterbar elektrisk stimulator som kan minska patienternas smärta och som inte behöver tas bort regelbundet för att byta batterier. Den ultraljudsbaserade trådlösa implantaten som forskarna har utvecklat består av en kompositpiezoelektrisk mottagare, mikroelektroniska komponenter och stimulerande elektroder integrerade i ett flexibelt kretskort.
”Vi rapporterar om en integrerad, flexibel, ultraljudsdriven, trådlös, implanterbar stimulator i kombination med ett smärtdetekterings- och smärtbehandlingssystem för personlig behandling av kronisk smärta”, skriver Zeng, Gong och deras kollegor.
”Stimulatorn får ström från en bärbar ultraljudssändare. Vi klassificerar smärtstimuli från hjärnregistreringar genom att utveckla en maskininlärningsmodell och programmera den akustiska energin från ultraljudssändaren och därmed intensiteten i den elektriska stimuleringen.”
Forskarna testade sitt föreslagna smärtbehandlingssystem i en serie tester med gnagare som upplevde olika nivåer av smärta. De fann att deras enhet korrekt förutsåg de stressnivåer som djuren upplevde och anpassade den elektriska stimuleringen därefter, vilket i slutändan lindrade det mesta av djurens smärta.
”Vi visar att implantatet kan generera riktade, självjusterande och kvantitativa elektriska stimuleringar till ryggmärgen enligt klassificerade smärtnivåer för behandling av kronisk smärta i fritt rörliga djurmodeller”, skriver Zeng, Gong och deras kollegor.
I framtiden kan det ultraljudsbaserade trådlösa implantatet som utvecklats av detta forskarteam snart förbättras och testas i experiment med andra djur och sedan i kliniska prövningar på människor. Dessutom kan dess underliggande design inspirera till utvecklingen av andra enheter som använder ultraljudsteknik för lindring av kronisk smärta.
Mer information: Yushun Zeng et al, A programmable and self-adaptive ultrasonic wireless implant for personalized chronic pain management, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01374-6.
