Un milione di americani soffre per i tremori, la rigidità e la confusione del morbo di Parkinson. La depressione maggiore colpisce circa 16 milioni di adulti statunitensi all'anno e quasi 30 milioni di americani affrontano il dolore dell'emicrania, mentre circa 1 su 1.000 subisce l'agonia di mal di testa a grappolo ancora più dolorosi. I farmaci sono di solito il trattamento di prima linea per queste e altre condizioni neurologiche, con un intervento chirurgico di stimolazione cerebrale profonda - in cui un chirurgo rompe il cranio di un paziente e posiziona piccoli elettrodi nel tessuto cerebrale come una sorta di "pacemaker cerebrale" - a volte usati come ultimo ricorrere.
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E se invece di regimi farmacologici carichi di effetti collaterali o interventi chirurgici invasivi, queste condizioni potessero essere trattate stimolando indolore il cervello dall'esterno del cranio?
"E se ci fosse un modo per farlo in modo non invasivo?" Ian Graham, uno studente laureato in ingegneria biomedica alla Johns Hopkins University, si chiese dopo aver assistito a un intervento chirurgico di stimolazione cerebrale profonda di più ore per la depressione.
La stimolazione transcranica, o stimolare il cervello dall'esterno del cranio, è diventata una delle aree più calde dell'ingegneria biomedica. Il metodo viene solitamente eseguito in due modi. Una tecnica, chiamata stimolazione transcranica a corrente continua, utilizza elettrodi posizionati sul cuoio capelluto per inviare segnali elettrici al cervello. L'altro, chiamato stimolazione magnetica transcranica, utilizza una bobina magnetica sul cuoio capelluto per produrre attività elettrica nel cervello. Posizioni diverse del cervello sono stimolate a diverse intensità e frequenze in base alla condizione da trattare. Mentre nessuno è sicuro di come la stimolazione cerebrale migliora il Parkinson e altre condizioni, si comprende che la stimolazione può influenzare il modo in cui i neuroni si accendono e può regolare i neurotrasmettitori come la serotonina e la dopamina.
Graham e altri ingegneri biomedici di John Hopkins hanno inventato un copricapo che utilizza elettrodi per stimolare il cervello dei pazienti con Parkinson. Il dispositivo STIMband, che inizierà gli studi clinici entro la fine dell'anno o all'inizio del prossimo anno, è pensato per essere usato a casa, il che lo distingue dagli altri dispositivi di stimolazione transcranica. Gli studenti sperano che possa aiutare ad affrontare alcuni dei sintomi più debilitanti del Parkinson, inclusi problemi di tremore ed equilibrio. All'inizio di questo mese, la STIMband ha vinto un premio di $ 5.000 al secondo posto nel concorso nazionale di design BMEidea di VentureWell per studenti di biomedicina e bioingegneria.
Gli studenti che hanno creato la banda STIM: Ian Graham, Melody Tan, Erin Reisfeld, Shruthi Rajan e David Blumenstyk. (Johns Hopkins University). Con STIMband, gli studenti posizionano gli elettrodi in luoghi noti dalla modellizzazione computerizzata per stimolare parti del cervello colpite dal Parkinson. Hanno osservato i pazienti che partecipavano agli studi di John Hopkins sulla stimolazione transcranica a corrente continua e sono rimasti colpiti dai risultati.
"Ho visto entrare un paziente e dopo il trattamento ha dovuto firmare il suo nome", afferma Graham. "Ha detto che non era stato in grado di scrivere così per anni."
Gli studenti hanno incontrato i pazienti nella clinica del Parkinson dell'ospedale per molti mesi per raccogliere dati su ciò di cui le persone avevano veramente bisogno in un dispositivo a casa. Alla fine, hanno ideato un design a batteria basato approssimativamente su un cappellino da baseball, che può essere facilmente infilato e controllato con un grande pulsante.
Il trattamento con STIMband sarebbe iniziato nell'ufficio del neurologo, dove il dispositivo sarebbe stato adattato al paziente. Il paziente portava quindi a casa STIMband e lo utilizzava per 20 minuti al giorno, tutti i giorni. Il trattamento potrebbe eventualmente essere modificato in base ai risultati individuali, ma Graham afferma che i pazienti probabilmente useranno la banda STIM indefinitamente, a condizione che vedano risultati positivi.
"Poiché il PD [morbo di Parkinson] è degenerativo e la banda STIM agisce in modo diverso rispetto al farmaco, dovrebbe anche rivelarsi utile per un periodo di tempo più lungo", afferma Graham. "Purtroppo quel periodo di tempo è ancora sconosciuto."
Se gli studi STIMband avranno successo, il gruppo spera di ottenere l'approvazione della FDA. Il dispositivo costerebbe probabilmente tra $ 600 e $ 1, 000, a seconda delle scelte materiali.
I ricercatori stanno attualmente studiando la stimolazione transcranica come trattamento per le condizioni neurologiche e neuropsichiatriche, tra cui epilessia, ictus, sindrome di Tourette, depressione e mania, emicrania, schizofrenia, disturbi alimentari, distonia (contrazioni muscolari involontarie dolorose) e dolore cronico. Ma la FDA ha approvato solo la stimolazione magnetica transcranica per la depressione resistente ai farmaci.
"Non è come posizionare i magneti da frigorifero sulla testa delle persone", afferma il neurologo David Brock, direttore medico di Neuronetics, la società che produce NeuroStar, un dispositivo transcranico di stimolazione magnetica per la depressione. Il trattamento con NeuroStar viene somministrato in uno studio medico. Per un periodo da quattro a sei settimane, i pazienti vengono in cinque giorni alla settimana per sessioni di 45 minuti. Si siedono su una sedia a leggere o ascoltare musica mentre il dispositivo, posizionato sul lato sinistro della fronte, stimola la corteccia prefrontale sinistra.
Le persone spesso considerano erroneamente la stimolazione transcranica come un trattamento alternativo, afferma Brock, ma in realtà è supportato da dati clinici. Gli studi mostrano che circa il 30-40 percento dei pazienti con depressione resistenti al trattamento entrano in remissione dopo aver usato NeuroStar, mentre altri hanno un miglioramento dei sintomi.
Rendering del paziente utilizzando il dispositivo NeuroStar (Neuronetics) Né la stimolazione transcranica come la terapia elettroconvulsiva (ECT), o "terapia d'urto", è il trattamento della depressione stigmatizzato ma spesso altamente efficace che utilizza l'elettricità per indurre un attacco. A differenza dell'ECT, la stimolazione transcranica non provoca convulsioni e non richiede anestesia generale o degenza ospedaliera. È inoltre privo degli effetti collaterali più noti di ECT, tra cui perdita di memoria e confusione.
Brock afferma che la stimolazione transcranica diventerà quasi sicuramente un trattamento approvato per altre condizioni nei prossimi anni, una volta che i ricercatori individueranno la giusta posizione e intensità per trattare il problema in questione. "[La stimolazione transcranica] è molto simile a un coltellino svizzero", afferma. "Abbiamo capito come usare la lama, ma non abbiamo ancora capito come usare tutti gli altri strumenti."
