Автоматический имплантат поможет при передозировке опиоидов

Американские исследователи разработали автономную имплантируемую систему, которая автоматически распознает признаки передозировки опиоидами и быстро вводит антидот. В эксперименте на свиньях она спасла жизни 96 процентов животных. Отчет о работе опубликован в журнале Device.

В настоящее время в США и многих других странах наблюдется опиоидный кризис, связанный с резким ростом потребления как аптечных обезболивающих, так и нелегальных мощных синтетических препаратов — фентанила и его производных. Из-за этого передозировки подобными веществами приобрели масштабы эпидемии. Антагонист опиоидных рецепторов налоксон, вводимый подкожно или интраназально, представляет собой эффективное средство от передозировки, однако вводить его обычно должен находящийся рядом человек, от которого требуется вовремя распознать симптомы и быстро перейти к действиям. Из-за отсутствия такого человека или промедлений при оказании помощи выживают менее пяти процентов жертв передозировки.

Чтобы автоматизировать процесс диагностики и лечения, сотрудники Массачусетского технологического института, Гарвардской медицинской школы и Больницы Brigham and Women’s под руководством Джованни Траверзо (Giovanni Traverso) разработали подкожный имплантат, названный iSOS (implantable system for opioid safety, имплантируемая система для безопасного приема опиоидов). По своим габаритам — 8 × 12 × 78 миллиметров — устройство напоминает используемые клинически имплантируемые петлевые регистраторы ЭКГ. Проведенные эксперименты показали, что оптимальным местом его установки служит брюшная стенка.

Имплантат делится на четыре объединенных общим корпусом отдела: диагностики, лечения, питания и предупреждения. Модуль диагностики включает миниатюрные электрокардиограф, фотоплетизмограф, термометр и датчики инерциального момента, которые распознают частоту дыхания, частоту сердечных сокращений и ее вариабельность, температуру тела и насыщение крови кислородом. Кроме того, в нем расположен микроконтроллер, выполняющий анализ данных без нужды во внешних вычислительных устройствах типа смартфона и управляющий инжектором, а также модуль Bluetooth для установки обновлений.

Лечебное устройство состоит из электромотора, ротационно-линейного преобразователя движения, магнитного сенсора работы мотора, поршня, двух контрольных клапанов и гибкого полиуретанового резервуара с налоксоном, который оснащен портом для чрескожного пополнения препаратом. Модуль питания представляет собой аккумулятор, рассчитанный минимум на две недели автономной работы, и систему беспроводной зарядки. Устройство предупреждения состоит из гудка, генератора вибраций и системы подачи сигнала на смартфон, которые призваны разбудить пользователя, и он может вручную отключить подачу антидота при ложном срабатывании.

Разработчики провели ряд калибровочных экспериментов, чтобы выбрать оптимальный с точки зрения точности и энергопотребления режим работы устройства в фоновом и активном режимах. Также были изучены разные токсидромы (быстрые и медленные) отравления опиоидами в реальной ситуации, чтобы запрограммировать имплантат в соответствии с ними. Испытания лечебного модуля показали, что он способен вводить миллилитр раствора за десять секунд, обеспечивая высвобождение воспроизводимой дозы налоксона (10,39 ± 0,66 миллиграмма за операцию), пока его количество в резервуаре не снизится примерно на 85 процентов. Стабильность препарата в растворе при температуре тела сохранялась как минимум в течение четырех недель. Концентрации налоксона в плазме при введении с помощью iSOS и обычной подкожной инъекции были сопоставимыми: 86,9 ± 11,1 и 95,9 ± 13,5 нанограмма на миллилитр, как и площади под кривой (AUC): 4374,9 ± 1340,1 и 4596,0 ± 983,7 нанограмма на миллилитр в минуту.

В ходе испытаний на 25 свиньях с разными токсидромами передозировки устройство распознавало ее симптомы через полминуты после введения фентанила, подавало сигналы тревоги и через 70 секунд высвобождало десять миллиграмм налоксона за десять секунд. В результате этого 96 процентов животных были успешно реанимированы не более чем в течение 3,2 минуты — периода, за который при остановке дыхания не происходит необратимых изменений в коре головного мозга.

Таким образом, iSOS может стать эффективным методом помощи при передозировках при расстройстве, связанном с употреблением опиоидов, и имеет потенциал для значительного снижения смертности от передозировки этими веществами на фоне опиоидного кризиса, заключают авторы работы.

В июле 2024 года американские, датские и японские исследователи сообщили об открытии аллостерического модулятора опиоидных рецепторов, который почти на порядок повышает эффективность налоксона при передозировке опиоидами.