Ein implantiertes Gerät - ein bisschen wie ein Herzschrittmacher - stimuliert den Vagusnerv elektrisch und hemmt gleichzeitig gezielt unerwünschte Nervenaktivität.

Formen der Vagusnervstimulationsbehandlung gegen chronische Entzündungen wurden bereits in der Privatwirtschaft erfolgreich beim Menschen getestet, um sie den Patienten zur Verfügung zu stellen. Aber die Innovation von Forschern am Georgia Institute of Technology fügt ein hemmendes Signal hinzu, das die klinische Wirksamkeit und den therapeutischen Nutzen bestehender Behandlungen erhöhen könnte.

"Wir verwenden eine Elektrode mit einer Kilohertz-Frequenz, die zusätzlich zu der Elektrode, die die Nervenaktivität stimuliert, unerwünschte Nervenleitungen blockiert", sagt der leitende Wissenschaftler Robert Butera, Professor an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik und der Abteilung für Biomedizintechnik. "Wir haben die beiden nahe beieinander angeordnet, also zwingt die Blockierungselektrode die Stimulation von der Stimulationselektrode nur in eine Richtung."

Die Innovation der Forscher könnte theoretisch durch die Erweiterung bestehender klinischer Geräte relativ schnell umgesetzt werden. Bisher haben die Versuche an Ratten sehr ermutigende Ergebnisse erbracht, und sie sind erreicht worden, ohne drastischere Maßnahmen zu ergreifen, die in anderen Experimenten bemerkenswert sind, um diese Art von Behandlung zu optimieren - wie eine Vagotomie, das Schneiden eines Teils des Vagus.

"Die ursprünglichen Studien an Tieren über die entzündungshemmenden Vorteile der Vagusnervstimulation griffen auf Nervenquerschnitte zurück, um eine gerichtete Stimulation zu erreichen und die Wirksamkeit der Nervenstimulation zu steigern. Aber das Schneiden des Vagus ist aufgrund der Vielzahl der vitalen Körperfunktionen, die er überwacht und reguliert, nicht klinisch durchführbar.

"Unser Ansatz bietet den gleichen therapeutischen Nutzen, ist aber auch sofort reversibel, kontrollierbar und klinisch durchführbar", sagt der leitende Forscher Yogi Patel, Diplom-Biotechnologe.

"Wir nennen es eine virtuelle Vagotomie", sagt Butera.

Patel, Butera und Kollegen berichten die Ergebnisse ihrer Studie in der Zeitschrift Wissenschaftliche Berichte.

Was ist der Vagusnerv?

Um zu verstehen, wie diese neue bioelektronische Feinabstimmung funktioniert, beginnen wir mit dem Vagusnerv selbst.

Es liegt außerhalb der Wirbelsäule und verläuft in zwei Teilen auf beiden Seiten des Halses. Es ist leicht zu vergessen, denn, obwohl es Ihnen hilft, begrenzte Empfindungen wie Schmerz und Hitze aus einer Handvoll innerer Organe zu fühlen, sind diese Empfindungen nicht so eklatant und üblich, als wenn Sie etwas mit Ihrer Hand berühren.

Ihr willkürliches oder somatisches Nervensystem ist verantwortlich für das Erreichen, Berühren und Fühlen, und der Vagusnerv gehört zu Ihrem unwillkürlichen Nervensystem - eigentlich Autonomes Nervensystem genannt. Obwohl Sie die Auswirkungen weniger bewusst erleben können, könnten Sie ohne einen Vagus nicht überleben.

"Der Vagusnerv übermittelt eine unglaubliche Menge an Informationen über den Zustand und die Funktion der viszeralen Organe - Ihren Verdauungstrakt, Ihr Herz, Ihre Lunge, Informationen über die Nährstoffe, die Sie essen - alles, was für die Homöostase (physiologisches Gleichgewicht) benötigt wird", sagt Patel .

Der Vagusnerv ist die Lebensader zwischen den Vitalfunktionskontrollzentren deines Gehirns und deinen viszeralen Organen, wobei ständig Nachrichten zwischen deinem Hypothalamus und deinen Organen weitergegeben werden, um Dinge wie Puls und Atmung, die Schmierung der Nebenhöhlen und die Begrenzung der Immunantwort zu kontrollieren.

Hyperaktive Immunantwort

Das letzte ist, wo Entzündung kommt, weil es Teil der natürlichen Immunantwort des Körpers ist. Aber wenn das Immunsystem hyperaktiv wird, kann es nicht nur Krankheitserreger, sondern auch nicht infiziertes Gewebe angreifen, wie bei Patienten, die an Krankheiten wie rheumatoider Arthritis, Reizdarmsyndrom oder Morbus Crohn leiden. Medikamentöse Therapien können oft nicht signifikant davon profitieren.

Die beiden Teile des autonomen (unwillkürlichen) Nervensystems - der Sympathikus und der Parasympathikus - beeinflussen Ihr Immunsystem stark. Der Vagusnerv gehört zum Parasympathikus.

"Es ist wie ein Wippsystem. Ihr sympathisches Nervensystem hilft, das Immunsystem anzustoßen, und das parasympathische Nervensystem mildert es ", sagt Patel.

Elektrostimulation: Vor- und Nachteile

Die Stimulation des Vagusnervs unterstützt diesen mildernden Effekt, kann aber auch den Teil des Nervensystems, der die Immunantwort stimuliert, etwas anregen, was kontraproduktiv ist, wenn Sie versuchen, es zu beruhigen.

"Jede Schaltung hat einen Weg vom Gehirn und einen zum Gehirn, und wenn Sie elektrisch stimulieren, haben Sie normalerweise keine Kontrolle darüber, welche Sie bekommen. Normalerweise bekommst du beides ", sagt Patel. Diese Wege werden oft im selben Nerv stimuliert.

Der Pfad, der das Gehirn verlässt und zu anderen Organen führt, der so genannte efferente Weg, ist derjenige, der das Immunsystem stimuliert und hilft, chronische Entzündungszustände zu lindern. Derjenige, der zum Gehirn führt, der afferente Weg genannt wird, führt, wenn er stimuliert wird, schließlich zum Hypothalamus, einer erbsengroßen Region in der Mitte des Gehirns. Das löst eine Kette von hormonellen Reaktionen aus, die schließlich Cytokine, Nachrichtenmoleküle, die Entzündungen fördern, freisetzen.

"Sie bekommen eine erhöhte Entzündungsreaktion, wenn Sie die afferenten Wege stimulieren, die aktiv Informationen über Ihren inneren Zustand vermitteln und das Immunsystem auslösen, wenn es notwendig ist", sagt Patel. "Und wenn sich ein Patient bereits in einem hyperaktiven Zustand befindet, wollen Sie das nicht noch mehr vorantreiben."

Stimuliert nach unten (efferent), während nach oben (afferent) Vagus-Nerv-Aktivität blockiert hält die gute Wirkung und verhindert mögliche negative Auswirkungen. Bei Tieren, die diese Behandlung erhielten, zeigten Bluttests, dass die Entzündung deutlich abnahm. Am wichtigsten ist, dass diese Behandlung ein- oder ausgeschaltet und auf die Bedürfnisse jedes Patienten abgestimmt werden kann.

Die National Institutes of Health und die Ian's Friends Foundation finanzierten die Arbeit.

Quelle: Georgia Tech

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