Concevoir une thérapie de stimulation cérébrale profonde plus élégante pour la maladie de Parkinson

Une équipe de médecins, de neuroscientifiques et d’ingénieurs de l’Université Duke a démontré deux nouvelles stratégies utilisant la stimulation cérébrale profonde pour améliorer les symptômes de la maladie de Parkinson.

En ciblant simultanément deux structures cérébrales clés et en utilisant un nouveau dispositif auto-ajustable, l’équipe a montré qu’elle pouvait cibler et améliorer efficacement les symptômes perturbateurs provoqués par le trouble du mouvement. La recherche est publié en ligne dans le journal Cerveau.

Au cours des 20 dernières années, les médecins ont prescrit une stimulation cérébrale profonde, ou DBS, pour traiter les symptômes de la maladie de Parkinson avancée lorsque les médicaments seuls ne fonctionnent plus. La technique utilise un appareil similaire à un stimulateur cardiaque pour délivrer des impulsions électriques aux zones clés du cerveau. Cette stimulation ciblée peut réduire les tremblements et la raideur et limiter les mouvements de torsion involontaires qui se développent après des années de traitement.

Bien que la DBS se soit révélée être une thérapie efficace pour traiter ces symptômes, elle n’est pas parfaite et les médecins et les chercheurs continuent d’explorer des moyens d’apporter des améliorations.

“Les médecins placent les électrodes du DBS dans le noyau sous-thalamique ou dans le globus pallidus, qui sont deux structures du cerveau étroitement associées au mouvement”, a déclaré l’auteur principal Dennis Turner, professeur de neurochirurgie, de neurobiologie et de génie biomédical à la Duke University School. de médecine, qui a conçu et organisé la recherche et constitué l’équipe interdisciplinaire.

“Il y a des avantages aux deux endroits en fonction des symptômes du patient”, a déclaré Turner, “mais nous pensions que placer les électrodes aux deux endroits pourrait être complémentaire et aider à réduire les doses de médicaments et les effets secondaires, ainsi qu’à mettre en œuvre une approche complètement nouvelle. au DBS adaptatif.”

Au-delà de l’augmentation de la zone de stimulation, l’équipe souhaitait déterminer si une technique appelée DBS adaptative pouvait rendre leur système plus efficace. Dans le DBS traditionnel, un médecin définit des paramètres électriques clés, tels que l’amplitude, la fréquence et la durée du pouls, pour traiter au mieux les symptômes tout en minimisant les effets secondaires. Ces paramètres peuvent rester les mêmes pendant des jours, des semaines, des mois et même des années, selon la réponse du patient.

Mais selon Warren Grill, professeur émérite de génie biomédical à l’école Edmund T. Pratt Jr. à Duke, ces paramètres immuables sont loin d’être optimaux.

“La quantité de stimulation dont une personne atteinte de la maladie de Parkinson a besoin change en fonction de ses médicaments ou de son niveau d’activité. Un patient aura besoin de plus de stimulation s’il accompagne sa fille dans l’allée à son mariage que s’il regarde simplement la télévision. Un système adaptatif est comme un thermostat intelligent dans votre bureau qui effectue des ajustements en fonction de la température extérieure. »

Pour mettre en œuvre cette approche sur mesure, l’équipe a travaillé avec une technologie expérimentale fournie par la société de dispositifs médicaux Medtronic pour créer ses propres techniques DBS adaptatives. En programmant l’appareil pour détecter et enregistrer les biomarqueurs clés et l’activité cérébrale du patient, les chercheurs ont développé un système capable d’ajuster automatiquement les paramètres de stimulation pour fournir un soulagement optimal des symptômes tout au long de la journée.

L’équipe a testé ses stratégies lors d’un essai clinique au centre médical de l’université Duke auprès de six patients âgés de 55 à 65 ans. Chacun présentait différents symptômes de la maladie de Parkinson.

Premièrement, les chercheurs ont passé deux ans à observer et à tester l’efficacité de la stimulation du noyau sous-thalamique et du globus pallidus avec le DBS continu standard. Les résultats ont été mesurés à l’aide d’une combinaison de commentaires des patients, en suivant la durée pendant laquelle un patient pouvait bouger sans ressentir de mouvements involontaires et en enregistrant dans quelle mesure un patient pouvait réduire sa médication sans ressentir de symptômes.

Au cours de cette période, l’équipe a également mené des expériences pour établir les paramètres d’un système DBS adaptable. L’équipe a étudié une fréquence spécifique de l’activité cérébrale, appelée oscillations bêta, dans le noyau sous-thalamique. Des recherches antérieures avaient montré qu’un niveau élevé d’oscillations bêta était lié aux mouvements lents et interrompus observés dans la plupart des cas de maladie de Parkinson.

“Nous avons pu tester différents niveaux de stimulation pour déterminer les niveaux optimaux d’oscillations bêta qui amélioreraient les symptômes dans différentes circonstances”, a déclaré Stephen Schmidt, ingénieur en recherche et développement au laboratoire Grill. “Cela nous a aidé à établir les paramètres initiaux du DBS adaptatif et nous a permis de comparer le fonctionnement du DBS adaptatif et standard à domicile.”

Après deux années d’études avec le système adaptatif, l’équipe a obtenu ses résultats.

Ils ont constaté que le fait de cibler simultanément le noyau sous-thalamique et le globus pallidus améliorait davantage les symptômes moteurs que de cibler l’une ou l’autre région seule. Et ils ont constaté que le DBS adaptatif appliquait moins de stimulation mais était tout aussi efficace que le DBS continu à double cible en milieu clinique et à domicile.

“Cliniquement, les patients s’en sortent de manière phénoménale. En regardant leurs échelles d’évaluation, ils s’en sortent mieux que le patient DBS moyen lorsque les deux zones cibles sont stimulées”, a déclaré Kyle Mitchell, professeur adjoint de neurologie au DUSM. “Nous constatons non seulement d’excellentes réponses cliniques à la stimulation à double cible, mais nous sommes également capables d’intégrer cet outil adaptatif et intelligent dans le cerveau qui peut au moins correspondre à cette réponse clinique. C’est très excitant.”

Forte de son succès initial, l’équipe prévoit d’optimiser davantage la stimulation cérébrale profonde adaptative et de poursuivre des tests supplémentaires pour la prochaine étape de ses essais cliniques.

“Cet outil a un grand potentiel pour faire du DBS une thérapie plus adaptée et plus élégante”, a déclaré Grill. « Il s’agit d’une recherche très prometteuse pour le domaine de la DBS, et elle n’aurait pas pu être réalisée sans les six participants qui ont accepté de se soumettre à ce travail expérimental, ainsi que leurs familles et leurs soignants. Nous sommes reconnaissants pour leur contribution significative à cet effort. “.