OKnowlson, een Britse tiener met een ernstige vorm van epilepsie genaamd het Lennox-Gastaut-syndroom, werd afgelopen oktober de eerste persoon ter wereld die een nieuw hersenimplantaat probeerde, met fenomenale resultaten: zijn dagelijkse aanvallen werden met 80% verminderd.
“Het had een enorme impact op zijn leven en voorkwam dat hij viel en zichzelf verwondde zoals hij eerder had gedaan”, zegt Martin Tisdall, kinderneurochirurg in het Great Ormond Street (Gosh) Hospital in Londen, die het apparaat implanteerde. “Zijn moeder vertelde hoe hij zo’n verbetering ervoer in zijn kwaliteit van leven, maar ook in zijn cognitie: hij is alerter en betrokkener.”
De neurostimulator van Oran zit onder zijn schedel en stuurt constante elektrische signalen diep in zijn hersenen om de abnormale impulsen te blokkeren die epileptische aanvallen veroorzaken. Het implantaat, Picostim genaamd en ongeveer zo groot als de batterij van een mobiele telefoon, wordt opgeladen via een koptelefoon en werkt dag en nacht anders.
“Het apparaat heeft de mogelijkheid om beelden te maken vanuit de hersenen, de hersenactiviteit te meten, en dat stelt ons in staat na te denken over manieren waarop we die informatie kunnen gebruiken om de effectiviteit van de stimulatie die kinderen krijgen te verbeteren”, zegt Tisdall. “Wat we echt willen doen is deze behandeling aan de NHS leveren.”
Als onderdeel van de pilot zullen de komende weken nog drie kinderen met het Lennox-Gastaut-syndroom worden geïmplanteerd, gevolgd door een volledige proef met 22 kinderen begin volgend jaar. Als dit goed gaat, zullen de academische sponsors – Gosh en University College London – goedkeuring van de regelgevende instanties aanvragen.
Tim Denison – hoogleraar techniek aan de Universiteit van Oxford en mede-oprichter en hoofdingenieur van het in Londen gevestigde Amber Therapeutics, dat het implantaat samen met de universiteit ontwikkelde – hoopt het apparaat binnen vier tot vijf jaar beschikbaar te hebben bij de NHS, en wereldwijd.
De technologie maakt deel uit van een groeiend aantal neurale implantaten die worden ontwikkeld voor de behandeling van een breed scala aan aandoeningen, waaronder hersenkanker, chronische pijn, reumatoïde artritis, de ziekte van Parkinson, incontinentie en tinnitus. Deze apparaten zijn geavanceerder dan eerdere implantaten omdat ze niet alleen de elektrische activiteit van de hersenen decoderen, maar deze ook reguleren. Het is ook een sector waarin Europa de strijd aangaat met de VS in de race om levensveranderende technologie te ontwikkelen.
Amber is niet het enige bedrijf dat zich bezighoudt met hersenimplantaten om epilepsie te behandelen. Het in Californië gevestigde NeuroPace heeft een apparaat ontwikkeld dat reageert op abnormale hersenactiviteit en is goedgekeurd door de Amerikaanse toezichthouder voor 18-plussers. De batterij is echter niet oplaadbaar en moet na enkele jaren operatief worden vervangen. Andere apparaten worden in de borstkas geplaatst, met draden die naar de hersenen gaan, en moeten opnieuw worden aangebracht naarmate het kind groeit.
Noem hersenchips en de meeste mensen denken aan de eveneens in Californië gevestigde startup Neuralink van Elon Musk. Hij heeft zojuist een hersenchip geïmplanteerd bij iemand anders met een dwarslaesie. Het apparaat maakt gebruik van kleine draadjes die dunner zijn dan een mensenhaar om signalen uit de hersenen op te vangen en deze in acties te vertalen.
Het implantaat werd vervangen nadat talloze draden waren losgeraakt bij de eerste persoon die het in januari kreeg, Noland Arbaugh, die vanaf zijn nek verlamd was. Hierdoor kon hij de muiscursor op het computerscherm besturen door na te denken, wat volgens hem voelt Star Wars De Jedi “gebruiken de kracht”.
Andere Amerikaanse bedrijven, zoals Synchron, gesteund door Bill Gates en Jeff Bezos, hebben onlangs ook brain-computer interfaces (BCI’s) geïmplanteerd bij mensen die niet kunnen bewegen of spreken.
Maar wetenschappers zeggen dat deze implantaten eenvoudigweg elektrische signalen decoderen. Daarentegen werken een aantal Amerikaanse, Britse en Europese bedrijven, zoals Amber, aan signaalmodulatie in wat ‘BCI-therapie’ wordt genoemd – of diepe hersenstimulatie om ziekten te behandelen. Het implantaat van Amber wordt ook gebruikt in academische onderzoeken naar de ziekte van Parkinson, chronische pijn en meervoudige systeematrofie, die geleidelijke schade aan zenuwcellen in de hersenen veroorzaakt. Het bedrijf sponsorde ook een eerste proef in België voor de behandeling van incontinentie, met veelbelovende resultaten.
Een ander type technologie zal over een paar weken in een klinische proef op mensen worden getest, waarbij gebruik wordt gemaakt van het eerste hersenimplantaat gemaakt van grafeen, een ‘wondermateriaal’ dat twintig jaar geleden aan de Universiteit van Manchester werd ontdekt.
Een medisch team van het Salford Royal Hospital gaat een apparaat met 64 grafeenelektroden plaatsen op de hersenen van een patiënt met glioblastoom, een snelgroeiende hersenkanker. Het zal de neurale activiteit met grote precisie stimuleren en aflezen, zodat andere delen van de hersenen niet beschadigd raken als de kanker wordt weggesneden. Het implantaat wordt na de operatie verwijderd.
“We gebruiken de interface om te bepalen waar het glioblastoom zich bevindt en om het te verwijderen [cut it out] zonder functionele gebieden zoals taal of cognitie aan te tasten”, zegt Carolina Aguilar, medeoprichter en CEO van Inbrain Neuroelectronics, een in Barcelona gevestigd bedrijf dat het implantaat heeft ontwikkeld in samenwerking met het Catalaanse Instituut voor Nanowetenschappen en Nanotechnologie en de Universiteit van Manchester.
Traditioneel worden platina en iridium gebruikt in implantaten, maar grafeen, gemaakt van koolstof, is ultradun, niet schadelijk voor menselijk weefsel en kan zeer selectief decoderen en moduleren.
Inbrain is van plan klinische onderzoeken uit te voeren met een soortgelijk implantaat, mogelijk gemaakt door kunstmatige intelligentie, voor mensen met de ziekte van Parkinson, epilepsie en spraakproblemen veroorzaakt door een beroerte.
na het promoten van de nieuwsbrief
Professor Kostas Costarelos, voorzitter van nanogeneeskunde aan de Universiteit van Manchester, mede-oprichter van Inbrain en hoofdonderzoeker van de glioblastoma-studie, zegt dat het bedrijf ernaar streeft “een intelligenter systeem voor implantatie te ontwikkelen”.
De door AI aangedreven apparaten, met 1.024 elektrische contacten, “zullen helpen bij het leveren van de beste therapie voor elke patiënt zonder dat neurologen al die contacten afzonderlijk hoeven te programmeren, zoals ze nu doen”, zegt hij.
Inbrain werkt samen met het Duitse farmaceutische bedrijf Merck om zijn grafeenapparaat te gebruiken om de nervus vagus te stimuleren, die verantwoordelijk is voor verschillende lichaamsfuncties, waaronder de spijsvertering, hartslag en ademhaling, om ernstige chronische ontstekings-, metabolische en endocriene ziekten zoals reumatoïde artritis te behandelen.
Galvani Bioelectronics, opgericht in 2016 door het op een na grootste farmaceutische bedrijf van Groot-Brittannië, GSK, en Alphabet-dochter Verily Life Sciences, heeft een leidende therapie gericht op de behandeling van reumatoïde artritis door de miltzenuw te stimuleren. Galvani is begonnen met klinische onderzoeken bij patiënten in Groot-Brittannië, de VS en Nederland, en de eerste resultaten worden binnen zes tot twaalf maanden verwacht.
De markt voor bio-elektronica, die biologische wetenschap en elektrotechniek samenbrengt, is nu 8,7 miljard dollar waard en zal naar verwachting in 2031 meer dan 20 miljard dollar (15 miljard pond) bereiken, zo blijkt uit Verified Market Research. Dit gebied richt zich op het perifere zenuwstelsel, dat signalen van de hersenen naar de organen en terug transporteert. Voeg daar hersengerichte neuromodulatie en BCI’s aan toe, en de totale markt zou volgens Aguilar meer dan 25 miljard dollar waard kunnen zijn.
Terwijl neuromodulatiebedrijven in de VS furore maken met apparaten die zich richten op chronische pijn en slaapapneu, is Europa de thuisbasis van een groeiend aantal startups. MintNeuro, onderdeel van Imperial College London, werkt aan chips van de volgende generatie die kunnen worden gecombineerd tot kleine implantaten, en werkt samen met Amber. Zijn eerste project, gefinancierd door een subsidie van Innovate UK, is de ontwikkeling van een implantaat voor de behandeling van gemengde urine-incontinentie.
Neurosoft in Genève heeft apparaten ontwikkeld in de vorm van dunne metaalfilms op rekbare siliconen die door hun zachtheid minder druk uitoefenen op de hersenen en bloedvaten. Het richt zich op ernstige tinnitus, waar wereldwijd 120 miljoen mensen last van hebben.
Nicolas Vachicouras, algemeen directeur, zegt: “Hoewel tinnitus vaak begint met schade aan de oren, meestal door hard geluid, kan het veranderingen in de bedrading van de hersenen veroorzaken en zelfs een neurologische aandoening worden.”
Newronika, opgericht in 2009 door 13 neurochirurgen, neurologen, ingenieurs en andere wetenschappers van het Milanese onderzoekscentrum Policlinico en de Universiteit van Milaan, heeft een oplaadbare diepe hersenneurostimulator ontwikkeld voor de behandeling van de ziekte van Parkinson. Het is in staat tot closed-loop-stimulatie, die zich van moment tot moment aanpast aan de toestand van de patiënt, en wordt nog steeds bij patiënten getest.
“Als het erom gaat therapieën naar de NHS te brengen en deze wereldwijd te distribueren, kunnen Europa en Groot-Brittannië de strijd aangaan met de Verenigde Staten”, zegt Denison. “Het is een eerlijke race en we gaan ervoor.”