Имплантируемый сенсор с ИИ может предотвратить смертельные передозировки опиоидами

Новое устройство, которое можно имплантировать под кожу, быстро высвобождает налоксон при обнаружении передозировки. При этом, в действие вступают нейросети. Капсула с искусственным интеллектом вводится под кожу и мониторит состояние владельца.

В 2023 году более 100 000 американцев скончались от передозировки опиоидами. Наиболее эффективный способ спасти человека при передозировке — ввести препарат под названием налоксон. Однако не всегда удается, чтобы человек, оказавшийся рядом, успел вовремя оказать помощь.

Исследователи из MIT и больницы Brigham and Women’s разработали устройство, которое, по их мнению, сможет устранить эти задержки и потенциально спасти жизни людей, пострадавших от передозировки. Прибор, по размеру сопоставимый с жвачкой, имплантируется под кожу, где он отслеживает сердечный ритм, дыхание и другие жизненные показатели. Если устройство фиксирует признаки передозировки, оно мгновенно вводит дозу налоксона. Это стало возможным в том числе благодаря искусственному интеллекту (ИИ).

В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Device, ученые продемонстрировали, что устройство успешно предотвращает передозировки на животных моделях. При дальнейшем развитии этой технологии, исследователи видят в ней новый способ предотвращения смертей от передозировки в группах высокого риска, таких как люди, уже пережившие передозировку.

«Это действительно может стать ответом на насущную проблему среди людей, страдающих от зависимости от опиоидов, помогая снизить риск передозировок, с акцентом на тех, кто находится в группе высокого риска», — говорит Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения MIT, гастроэнтеролог больницы Brigham and Women’s и главный автор исследования.

Ведущими авторами статьи являются Хен-Вэй Хуанг, бывший приглашенный ученый MIT, а ныне доцент электротехники и электронной инженерии в Наньянском технологическом университете в Сингапуре; Питер Чай, доцент кафедры неотложной медицины в Brigham and Women’s Hospital; Сынхо Ли, научный сотрудник Исследовательского института рака Коха при MIT; Том Керсемакерс и Али Имани, бывшие магистранты больницы Brigham and Women’s; и Джек Чен, докторант кафедры машиностроения MIT.

Имплантируемое устройство

Налоксон — это антагонист опиоидов, что означает, что он может связываться с опиоидными рецепторами и блокировать действие других опиоидов, таких как героин и фентанил. Этот препарат, который вводят инъекцией или используют в виде назального спрея, способен восстанавливать нормальное дыхание всего за несколько минут после введения.

Однако многие люди оказываются в одиночестве во время передозировки и не получают помощь вовремя, чтобы спасти свою жизнь. Кроме того, новая волна синтетических, более мощных опиоидов, захлестнувшая США, делает передозировки более быстрыми и непредсказуемыми. Чтобы справиться с этим, некоторые исследователи разрабатывают носимые устройства, которые могут обнаруживать передозировку и вводить налоксон, но пока ни одно из таких устройств не показало достаточной эффективности. Команда MIT и больницы Brigham and Women’s решила создать имплантируемое устройство, которое будет менее громоздким, обеспечит прямую инъекцию налоксона в подкожную ткань и избавит пациента от необходимости помнить о том, что нужно носить это устройство.

Разработанное исследователями устройство оснащено сенсорами, которые могут измерять частоту сердцебиения, дыхания, артериальное давление и насыщение кислородом. В ходе исследования на животных сенсоры использовались для измерения этих показателей, чтобы точно определить, как они изменяются при передозировке фентанилом. Это позволило создать уникальный алгоритм, который повышает чувствительность устройства, чтобы точно обнаружить передозировку опиоидами и отличить её от других состояний, при которых дыхание также может быть нарушено, например, апноэ во сне.

Исследование показало, что при передозировке фентанилом сначала наблюдается снижение частоты сердечных сокращений, за которым быстро следует замедление дыхания. Изучив, как изменяются эти сигналы, исследователи смогли вычислить точку, в которой следует активировать подачу налоксона.

«Самой сложной задачей при разработке инженерного решения для предотвращения смертей от передозировок является необходимость одновременно учитывать соблюдение пациентом рекомендаций, его готовность использовать новые технологии, преодоление стигмы, минимизацию ложных срабатываний и обеспечение быстрого введения антидота», — говорит Хуанг. «Наше предложенное решение справляется с этими задачами благодаря разработке миниатюрного роботизированного имплантата, оснащенного многосенсорными функциями, возможностями непрерывного мониторинга, встроенным принятием решений и инновационным микропомповым механизмом».

Устройство также включает небольшой резервуар, который может содержать до 10 миллиграммов налоксона. Когда Искусственный Интеллект обнаруживает передозировку, срабатывает насос, который вводит налоксон, высвобождая его примерно за 10 секунд.

В своих исследованиях на животных ученые обнаружили, что такая подача препарата могла устранить последствия передозировки в 96 процентах случаев.

«Мы создали замкнутую систему, которая может распознать начало передозировки опиоидами, затем высвободить антидот, и это приводит к восстановлению», — объясняет Траверсо.

Предотвращение передозировок

Исследователи представляют, что эта технология может быть использована для помощи людям, находящимся в группе высокого риска передозировок, начиная с тех, кто уже пережил передозировку. Сейчас они планируют изучить, как сделать устройство максимально удобным для пользователя, включая выбор оптимального места для его имплантации.

«Одним из ключевых аспектов борьбы с опиоидной эпидемией является обеспечение людей налоксоном в моменты наибольшего риска. Наша цель — интегрировать это устройство в цепочку стратегий снижения вреда, чтобы эффективно и безопасно доставлять налоксон, предотвращая смерть от передозировки и предоставляя возможность поддерживать людей с опиоидной зависимостью», — говорит Чай.

Исследователи надеются, что смогут протестировать устройство на людях в течение ближайших трех-пяти лет. Сейчас они работают над дальнейшим уменьшением размеров устройства и оптимизацией встроенной батареи, которая в текущей версии способна обеспечивать питание около двух недель.

Исследование было профинансировано компанией Novo Nordisk, Фондом семьи МакГроу при больнице Brigham and Women’s и кафедрой машиностроения MIT.