カリフォルニア大学サンディエゴ校がてんかん治療改善のために1225万ドルの助成金を主導

 



米国国立衛生研究所は、カリフォルニア大学サンディエゴ校に対し、薬剤耐性てんかんの治療を可能にする脳感知および脳刺激プラットフォーム技術の開発と強化を目的とした1,225万ドルの助成金を授与しました。

このプロジェクトは、カリフォルニア大学サンディエゴ校の電気工学教授Shadi Dayehが率いる「Integrated Electronics and Biointerfaces Laboratory」が中心となり、ジェイコブス工学部をはじめとするカリフォルニア大学サンディエゴ校全体の専門知識を結集して進められています。また、マサチューセッツ総合病院のシドニー・キャッシュ博士、オレゴン健康科学大学のアーメド・ラスラン博士など、長年の協力者も参加しています。

米国疾病予防管理センター（CDC）によると、てんかんは、繰り返し起こる発作を特徴とする神経疾患で、米国では340万人以上が罹患しており、そのうち3分の1近くの患者が、現在の医学的治療を行っても発作のコントロールが困難であるとされています。このような場合、臨床医は、発作を発生させる異常な脳組織を特定しようとします。外科医は、発作を発生させる異常な脳組織を特定し、その部分を外科的に除去するか、発作の発生を抑制する電気パルス発生器を埋め込む。てんかん発作を引き起こす脳内の特定の領域（てんかん病巣）を特定する現在の技術は、不正確なものです。これらのターゲットのマッピングが改善されれば、より良い手術計画が可能になり、さらには大脳生理学の理解も深まるだろう。

Dayehがブレイン・コンピュータ・インターフェースの研究を始めたのは、彼の研究室の材料科学、デバイス、集積化技術が、センサーグリッドを可能にすることに気づいたからである。そのためには、センサーグリッドに埋め込むセンサーの密度を100倍にする必要があります。今回のNIHの助成金により、研究チームは、この高密度グリッドの技術的な改良と豚での実験を進め、人での本格的な臨床試験に向けて準備を整えることができるようになりました。

「カリフォルニア大学サンディエゴ校長のPradeep K. Khosla氏は、「カリフォルニア大学サンディエゴ校は、侵襲性の低いブレインインターフェースのための神経技術開発において世界をリードしています。「この新しい助成金は、エンジニア、外科医、臨床医、そしてあらゆる分野の研究者が持続的な研究協力を行うという、UCサンディエゴの学際的な研究アプローチを裏付けるものです」と述べています。


"この助成金は、キャンパスと地域にとって重要な勝利であり、長期的に良い影響を与えるでしょう。"と、UCサンディエゴ・ヘルスサイエンスの副学長であるDavid Brenner医学博士は述べています。「カリフォルニア大学サンディエゴ校の神経外科医とエンジニアの深い協力関係は、医療の未来をより良いものにするでしょう」と述べています。

「このチームは、センサー密度が高く、柔軟性のある大規模なグリッドセンサーの開発で驚くべき進歩を遂げています。このような特性の組み合わせは、患者の予後を改善するためのニューロテクノロジーの新時代を切り開く可能性を秘めています。カリフォルニア大学サンディエゴ校ジェイコブス・スクール・オブ・エンジニアリングのアルバート・P・ピサーノ学部長は、「このような進歩は、技術者が臨床医と肩を並べて集中的に協力し、技術が臨床現場でどのように使用されているか、またどのように改善できるかを理解して初めて可能になります。

より高精細な記録と刺激で、より良い診断と治療を実現

研究チームがテストを予定しているセンサーグリッドは、すでに人間での長期使用が認められているグリッドに比べて、100倍も高い解像度の情報を収集します。どちらのセンサーグリッドも、基本的な原理は同じですが、重要な違いがあります。センサーは、脳の活動を記録するために、脳の表面に直接置かれる薄い平らな素材に埋め込まれています。グリッド内の各センサーは、それぞれのセンサーの近くにある脳の領域で生成される脳波を記録します。

カリフォルニア大学サンディエゴ校の新しいセンサーグリッドは、すでに長期使用が認められているグリッドと比較して、単位表面積あたりのセンサー数が多く、基板材料がより柔軟で、脳の表面によく適合しているため、信号の質が向上しています。センサー密度と柔軟性の向上は、カリフォルニア大学サンディエゴ校ジェイコブス・スクール・オブ・エンジニアリングの電気・コンピュータ工学科に所属するDayehの研究室で行われた、材料科学の基礎的な進歩によるものである。

Dayehは、「材料科学と高度な技術の統合により、大脳皮質の表面に設置する侵襲性の低いセンサー技術が大きく進歩しています」と述べています。「材料科学が臨床医学を発展させる可能性は非常に大きいのですが、非常に慎重に行う必要があり、できるだけ早く臨床家や患者を巻き込んで研究を進めなければなりません。今回の助成金によって、この重要な研究を継続することができます」と述べています。

カリフォルニア大学サンディエゴ校のグリッドでは、センサーの密度が高いため、特定の脳の活性化パターンがどこから発生しているかという情報がより正確に得られます。この精度は、発作の引き金となっている脳内のスポットを特定するのに役立ちます。また、高解像度の情報は、てんかんの起源についてより深い理解をもたらしてくれると研究者たちは考えています。

さらに、一部のセンサーは、脳の表面を優しく刺激することもできます。カリフォルニア大学サンディエゴ校の新しいグリッドは、特定の領域を狙ってより高い精度で電気刺激を与えることができるため、より少量の電気刺激を使用し、その電気刺激をより正確に適用することができます。


「本プロジェクトの共同研究者であるカリフォルニア大学サンディエゴ校の神経外科医、Sharona Ben-Haim氏は、「現在、薬物療法に反応しないてんかん患者に対する先進的な治療法がありますが、私たちは常に治療法を改善するためのより良い治療法を求めています。「このプロジェクトの共同研究者であるUCサンディエゴ・ヘルスの神経外科医Sharona Ben-Haim氏は、「より強力な脳センサーにより、神経外科医は発作の原因となっている脳組織をより正確に特定し、その部位をより正確に除去することができます。

また、大脳皮質の表面に置くのではなく、大脳皮質の中に挿入するタイプのプローブも試してみる予定です。発作を引き起こす領域を特定するためには、このような「深さ方向のプローブ」から得られる情報が必要となる場合があります。


NIHからの資金提供を受けたチームは、カリフォルニア大学サンディエゴ校のセンサーが、承認されたバージョンのセンサーと同等、あるいはそれ以上の機能を持つことを示すために必要な作業を行います。また、センサーと刺激装置の密度を高めることで、薬剤耐性てんかんの診断・治療方法の改善につながる新たな情報（「新興バイオマーカー」）を収集できることを示したいと考えています。

「この助成金は、カリフォルニア大学サンディエゴ校の強力な神経科学と工学のエコシステムの力を証明するものです。共同研究者のAlexander Khalessi医学博士（MBA）は、カリフォルニア大学サンディエゴ校の神経外科学科長であり、同校医学部の神経外科、放射線科、神経科学科の教授を務めています。「てんかん患者さんへのサービス向上に加えて、材料科学と計算能力を活用して、神経系機能の最後のフロンティアを解明する機会を得ることができました」と述べています。

1ヶ月の猶予

今回の助成金は、カリフォルニア大学サンディエゴ校のグリッドの安全性と有効性のテストを進め、次のステップとして、センサーグリッドを最長30日間埋め込む本格的な臨床試験を行うために必要な取り組みに充てられます。

このグリッドはすでに、頭蓋骨の一部を一時的に切除する手術の際に、脳の表面から短時間で安全に信号を記録するために使用されています。

薬剤耐性のあるてんかん患者さんの場合、脳内のどの部位が発作の引き金になっているかを特定するために最適なデータを収集するには、通常、脳内センサーを埋め込んで2週間以上モニターする必要があるため、1カ月という期間は重要です。

Dayehは、「カリフォルニア大学サンディエゴ校、マサチューセッツ総合病院、オレゴン健康科学大学の神経外科医と協力して、この高密度グリッドが人間に短時間でも安全で効果的であることを実証できたことは幸運でした」と述べています。「今回のNIH BRAIN Initiativeの助成金により、この研究をさらに進めて、センサーグリッドを人に長期間埋め込む臨床試験の準備を整えることができます。この研究をカリフォルニア大学サンディエゴ校のコミュニティと外部のパートナーと一緒に行う機会が得られることを嬉しく思います」と述べています。

高解像度での脳活動の拡大表示

カリフォルニア大学サンディエゴ校のグリッドは、他で開発されているグリッドよりもはるかに大きなサイズで印刷することができ、現在臨床で使用されているグリッドと同様のエリアをカバーしながら、はるかに高いセンサー密度を実現しています。研究チームは、約6cm×6cmの大きさのグリッドを印刷してテストすることを計画しており、4,096個のセンサーチャネルと256個の電気刺激チャネルを提供します。これは、現在臨床現場で使用されている同程度の表面積を持つ市販グレードのグリッドでは、センサーチャネルが36個、電気刺激チャネルが36個しかないことと比較しても遜色ありません。


このように、高解像度、広範囲、長期間の使用が可能なセンサーグリッドは、将来的には薬剤耐性てんかん以外の用途にも使用できるようになると期待されている。例えば、脳の表面のより広い領域から得られる高解像度の情報は、重度の麻痺を持つ人のコミュニケーションや義肢の操作を支援するために設計された、次世代のブレイン・コンピュータ・インターフェースに組み込まれる可能性がある。

先進的なてんかん監視システムを構築するための助成金による相互関連プロジェクト

この助成金には、カリフォルニア大学サンディエゴ校ジェイコブス・スクール・オブ・エンジニアリングのエンジニアに対する資金援助も含まれており、同校のエンジニアは、デバイスのワイヤレス化と臨床応用に必要な複数の取り組みを主導します。これには、データのワイヤレス転送や、デバイスの埋め込みコンポーネントに電力を供給するために必要なエネルギー、高チャンネル数の記録を表示するソフトウェアなどが含まれます。


また、この助成金には、さまざまな分野の研究者、患者、患者支援者、生命倫理学者を含む、持続的な対話やダイアローグのための資金も含まれています。


これと並行して、カリフォルニア大学サンディエゴ校では、GMP（Good Manufacturing Practice：適正製造基準）に準拠した医療機器の製造能力をキャンパス内に構築することを計画しています。より大きな目標は、臨床試験での使用を許可されたセンサーグリッドを学内で製造できるようになることです。

これらの取り組みにより、カリフォルニア大学サンディエゴ校は、侵襲性の低いブレイン・インターフェース技術のための神経技術において、国内および世界のリーダーとしての地位を確立しています。

このプロジェクトは、正式名称を「Thin, High-Density, High-Performance, Depth and Surface Microelectrodes for Diagnosis and Treatment of Epilepsy」といい、米国国立衛生研究所のBRAIN（Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies）イニシアティブの助成を受けています（助成番号：UG3NS123723）。

資金はマイルストーンに応じて、NIHのBRAIN（Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies）イニシアチブを通じて提供されます。このイニシアチブは、脳の働きに関する知識を利用して、神経疾患に対するより効果的な治療法を開発するために、連邦政府と非連邦政府のパートナーが行う大規模な取り組みの一環です。


元記事：https://ucsdnews.ucsd.edu/pressrelease/uc-san-diego-leads-a-12.25-million-grant-to-improve-epilepsy-treatment

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