В 2023 году более 100 000 американцев умерли от передозировки опиоидами. Самый эффективный способ спасти человека, получившего передозировку, — это ввести препарат налоксон, но спасатель или очевидец не всегда может вовремя добраться до человека, получившего передозировку.

Исследователи из Массачусетского технологического института и больницы Brigham and Women\’s Hospital разработали новое устройство, которое, как они надеются, поможет устранить эти задержки и потенциально спасти жизни людей, которые принимают передозировку. Устройство размером с пластинку жевательной резинки, может быть имплантировано под кожу, где оно отслеживает частоту сердечных сокращений, частоту дыхания и другие жизненно важные показатели. Когда оно определяет, что произошла передозировка, оно быстро выкачивает дозу налоксона .

В исследовании, опубликованном в журнале Device , ученые продемонстрировали, что устройство может успешно снимать передозировку у животных.

Исследователи предполагают, что при дальнейшем развитии этот подход может стать новым вариантом помощи в предотвращении смертей от передозировки в группах высокого риска, например, среди людей, уже переживших передозировку.

«Это действительно может удовлетворить значительную неудовлетворенную потребность населения, страдающего от злоупотребления психоактивными веществами и зависимости от опиатов, в помощи по смягчению передозировок, при этом основное внимание будет уделяться населению с высоким риском», — говорит Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, гастроэнтеролог в больнице Brigham and Women\’s Hospital и старший автор исследования.

Ведущими авторами статьи являются Хен-Вэй Хуан, бывший приглашенный научный сотрудник Массачусетского технологического института, а в настоящее время доцент кафедры электротехники и электроники в Наньянском технологическом университете в Сингапуре; Питер Чай, доцент кафедры неотложной медицины в больнице Brigham and Women\’s Hospital; Сынхо Ли, научный сотрудник Института интегративных исследований рака им. Коха при Массачусетском технологическом институте; Том Керссемакерс и Али Имани, бывшие магистранты больницы Brigham and Women\’s Hospital; и Джек Чен, докторант кафедры машиностроения в Массачусетском технологическом институте.

Имплантируемое устройство
Налоксон является антагонистом опиоидов, что означает, что он может связываться с опиоидными рецепторами и блокировать действие других опиоидов, включая героин и фентанил. Препарат, который вводится инъекцией или в виде назального спрея, может восстановить нормальное дыхание всего за несколько минут после введения.

Однако многие люди остаются одни, когда они передозируются, и могут не получить вовремя помощь, чтобы спасти свою жизнь. Кроме того, с новой волной синтетических, более мощных опиоидов, захлестнувшей США, передозировка опиоидами может быть более быстрой и непредсказуемой.

Чтобы попытаться преодолеть эту проблему, некоторые исследователи разрабатывают носимые устройства, которые могли бы обнаружить передозировку и ввести налоксон, но ни одно из них пока не оказалось успешным.

Команда MIT/BWH поставила перед собой задачу разработать имплантируемое устройство, которое было бы менее громоздким, обеспечивало бы прямую инъекцию налоксона в подкожную ткань и избавляло бы пациента от необходимости помнить о необходимости его надевать.

Устройство, которое придумали исследователи, включает датчики, которые могут определять частоту сердечных сокращений, частоту дыхания, артериальное давление и насыщение кислородом. В исследовании на животных исследователи использовали датчики для измерения всех этих сигналов и определения того, как именно они изменяются при передозировке фентанила.

В результате был создан уникальный алгоритм, который повышает чувствительность устройства для точного обнаружения передозировки опиоидов и отличает ее от других состояний, сопровождающихся замедлением дыхания, таких как апноэ во сне.

Это исследование показало, что фентанил сначала приводит к снижению частоты сердечных сокращений , а затем быстро следует замедление дыхания. Измеряя, как меняются эти сигналы, исследователи смогли рассчитать точку, в которой следует начать введение налоксона.

«Самым сложным аспектом разработки технического решения для предотвращения смертности от передозировки является одновременное решение проблемы приверженности пациентов лечению и их готовности внедрять новые технологии, борьба со стигматизацией, минимизация ложноположительных результатов и обеспечение быстрой доставки антидотов», — говорит Хуан.

«Предлагаемое нами решение решает эти неудовлетворенные потребности путем разработки миниатюрного роботизированного имплантата, оснащенного мультисенсорными модальностями, возможностями непрерывного мониторинга, встроенной системой принятия решений и инновационным механизмом микронасоса».

Устройство также включает в себя небольшой резервуар, который может содержать до 10 миллиграммов налоксона. При обнаружении передозировки он запускает насос, который выбрасывает налоксон, который высвобождается в течение примерно 10 секунд.

В ходе исследований на животных ученые обнаружили, что прием этого препарата может устранить последствия передозировки в 96% случаев.

«Мы создали замкнутую систему, которая может определить начало передозировки опиатами, а затем выпустить антидот, и тогда вы увидите это восстановление», — говорит Траверсо.

Предотвращение передозировок
Исследователи предполагают, что эта технология может быть использована для помощи людям, которые подвержены наибольшему риску передозировки, начиная с людей, у которых уже была передозировка. Теперь они планируют исследовать, как сделать устройство максимально удобным для пользователя, изучая такие факторы, как оптимальное место для имплантации.

«Основным элементом борьбы с опиоидной эпидемией является предоставление налоксона людям в ключевые моменты риска. Мы видим это устройство в том, чтобы интегрировать его в каскад стратегий снижения вреда для эффективной и безопасной доставки налоксона, предотвращая смерть от передозировки опиоидов и предоставляя возможность поддержки людям с расстройствами, связанными с употреблением опиоидов», — говорит Чай.

Исследователи надеются, что смогут протестировать устройство на людях в течение следующих трех-пяти лет. Сейчас они работают над дальнейшей миниатюризацией устройства и оптимизацией бортовой батареи, которая в настоящее время может обеспечивать питание в течение примерно двух недель.