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‘ASCENT’ facilita lo studio della stimolazione elettrica dei nervi

Lo strumento ASCENT modella il modo in cui i nervi possono rispondere alla stimolazione elettrica da elettrodi personalizzati. Le fibre nervose appaiono in rosso e blu e gli elettrodi personalizzati appaiono in grigio. Il grafico in basso mostra come appaiono i nervi quando vengono attivati.
CREDITO: Eric Musselman, Duke University

La piattaforma computazionale consente ai non esperti di creare modelli 3D specifici del paziente di nervi stimolati elettricamente

Gli ingegneri biomedici della Duke University hanno sviluppato una piattaforma software open source che automatizza la modellazione della stimolazione elettrica del nervo 3D. Ciò potrebbe consentire ai ricercatori di prevedere come i nervi specifici risponderanno a diversi modelli di stimolazione da elettrodi personalizzati.

Pubblicità e progresso

I ricercatori sperano che la piattaforma aiuti i ricercatori a creare modelli accurati di nuove terapie per una varietà di malattie, tra cui diabete, artrite reumatoide e malattie cardiovascolari.

Come un pacemaker per il cuore, i dispositivi di stimolazione nervosa vengono impiantati nel corpo e programmati per inviare impulsi elettrici mirati ai nervi. Questi impulsi elettrici possono avviare o sopprimere i segnali nel nervo, modificando la regolazione delle funzioni degli organi e possibilmente curando la malattia. La stimolazione nervosa è una promettente alternativa ai farmaci in alcuni casi..

Questa ricerca appare online il 26 agosto sulla rivista PLOS Computational Biology .

Alcune terapie di stimolazione elettrica, come la stimolazione del nervo vago, hanno già dimostrato di essere un trattamento efficace per malattie come l’epilessia e la depressione in pazienti che non rispondono alle terapie farmacologiche tradizionali.

“Nonostante i dati preclinici promettenti, tradurre la stimolazione nervosa in clinica è impegnativo perché c’è molta variabilità nell’anatomia neurale tra animali e umani e persino da persona a persona”, ha affermato Nicole Pelot, direttrice della ricerca nel laboratorio di ingegneria biomedica di Warren Grill. alla Duke University. “Queste variabili richiedono la scelta di elettrodi o parametri di stimolazione diversi per ottenere una risposta mirata, il che può essere un po’ un gioco di ipotesi”.

Mentre la modellazione computazionale consente ai ricercatori di evitare alcune congetture nella stimolazione elettrica, il processo di modellazione è estremamente complesso, il che di solito ne limita l’uso a sviluppatori esperti e limita la riproducibilità e il riutilizzo del modello. Grill, l’Edmund T. Pratt, Jr. School Distinguished Professor di ingegneria biomedica alla Duke, ha trascorso gli ultimi quattro anni con i suoi colleghi a sviluppare una soluzione.

Grill ha affermato che ASCENT, o Simulazioni automatizzate per caratterizzare le soglie dei nervi elettrici, rende la modellazione della stimolazione nervosa più accessibile, riproducibile ed efficiente. Consente ai ricercatori di definire una varietà di informazioni, come la geometria dei nervi, i modelli di fibre, il design degli elettrodi e le forme d’onda di stimolazione, e quindi simulare la risposta di un nervo agli impulsi elettrici.

L’automazione di ASCENT consente agli utenti di replicare modelli da ricerche pubblicate in precedenza, trasformando un processo che potrebbe richiedere anni in qualcosa che potrebbe richiedere solo poche settimane o giorni.

“Abbiamo progettato il codice in modo che sia molto espandibile”, ha aggiunto Jake Cariello, un assistente di ricerca universitario nel laboratorio Grill. “Abbiamo suddiviso il sistema complesso nei suoi sottocomponenti e ognuno di questi sottocomponenti è personalizzabile.”

ASCENT è un progetto open source ed è gratuito per gli utenti di accedere, come parte del programma di stimolazione dell’attività periferica per alleviare le condizioni del National Institutes of Health Common Fund (SPARC). Il software ASCENT è disponibile per il download QUI .

“Uno strumento così specializzato è solitamente inaccessibile agli utenti più inesperti”, ha affermato Eric Musselman, uno studente di dottorato nel laboratorio Grill. “Speriamo che ASCENT aiuti a far progredire la scienza poiché più ricercatori sono in grado di progettare e interpretare interventi terapeutici utilizzando modelli computazionali”.

Questo progetto è stato sostenuto dal Programma SPARC del National Institutes of Health (OT2OD025340).

CITAZIONE: “ASCENT (Simulazioni automatizzate per caratterizzare le soglie dei nervi elettrici): una pipeline per la modellazione computazionale specifica del campione della stimolazione elettrica dei nervi periferici” Eric Musselman, Jake Cariello, Warren Grill, Nicole Pelot. PLOS Computational Biology, 26 agosto 2021. DOI: 10.1371/journal.pcbi.1009285

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