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脑科学,能否成为下一个推翻性产业?

一、 神经调控手艺的看法

(一)看法

神经调控手艺是指行使植入或非植入性手艺,接纳物理(电、磁、光、超声等)或化学手段,对中枢神经系统、周围神经系统和自主神经系统相近或远隔部位的神经元或神经网络信号的转导施展兴奋、抑制或调整的作用,从而改善患者生涯质量,提高患者神经功效的生物医学工程手艺。凭证手艺生长水平,神经刺激可以划分为主流手艺和新兴手艺两大类。已经通过FDA批准应用的可视为主流手艺,而其余仍处于探索阶段的应用则视为新兴手艺。

图:神经调控手艺的应用

神经调控手艺包罗两大类:有创类神经调控和无创类神经调控。有创类神经调控包罗电刺激、磁刺激、光刺激、声音刺激、药物泵等方式。以电刺激为例,即通过植入性电刺激装置,行使低水平慢性刺激对神经系统,包罗脑、脊髓及外周神经发生作用,从而到达治疗目的;电刺激又分为脑和脊髓疗法、外周神经刺激、脑神经刺激、功效电刺激。

刺激手艺以微创、可逆、可调控的优势,在很洪水平上已经逐步取代了毁损术,如药物泵,即通过可植入性装置,接纳神经系统内药物缓释手艺,向神经系统注射药物以到达治疗目的,提供了针对靶向目的的精准治疗方式。无创类神经调控包罗耳迷走神经刺激、经颅磁刺激、超声刺激、光刺激等方式。

图:神经调控产物种别

(二)特点

神经调控治疗的特点在于:

高度的靶向性:可以靶向定位于脑或者脊髓的特定区域,而不再是像多数药物治疗一样,系统性地作用于全身各处。

高度的可逆性:医生凭证治疗效果,以及患者的顺应水平,可以实现移除调控装备,终止治疗。

高度的持久性:通过调控手艺来改善患者对治疗的依从性,使间歇性给药或者刺激变得可调可控,剂量更为精准和程序化。

神经调控手艺的优势在于:

改善了人们的生涯质量,耐久接受药物治疗的患者,经药物治疗无效或者耐久治疗发生耐受、成瘾、副作用或者毒性时,神经调控作为一种替换疗法可以缓解连续或者慢性疾病的症状。

神经调控手艺连续而且直接地传送药物、电信号或者其他形式的能量信号到病灶部位,有用地改善其病理转变。

神经调控的靶向性治疗,可以阻止对神经系统之外的其他系统的影响和不能逆的治疗对神经系统造成的损伤,操作简朴、可逆,使患者和医生可以更洪水平地调控整个治疗历程。

只管治疗手艺相对庞大,但研究显示:与其它的疗法相比,对一部门患者来说,早期应用神经调控手艺治疗将获得更大的经济效益,思量到药物依赖问题的话,就更是云云了。

随着人口老龄化历程的加速、生涯竞争压力的增添及环境因素的转变,神经系统退行性疾病、药物难治性癫痫(drug-resistant epilepsy,DRE)、疼痛及精神疾病等脑功效性疾病患者人数剧增,全球数亿人口受累。据天下卫生组织(WHO)及2019全球疾病肩负研究(Global Burden of Disease Study 2019,GBD 2019)统计,全球痴呆患者约5500万,帕金森病(Parkinson's disease,PD)患者跨越600万,癫痫患者约5000万,抑郁症高达3.5亿,而慢性疼痛甚至影响了全球30%的人口。脑功效性疾病已成为全球主要的致残和致死缘故原由之一,不仅给小我私人、家庭、社会带来了繁重的肩负,其治疗和机制研究也是伟大的科学难题。

在脑功效性疾病给全球带来严重肩负的靠山下,借助于神经科学和生物医学工程手艺的提高,神经调控成为当前医学生长最快的领域之一,其种类激增,顺应症不停拓展,全球已有数十万脑功效性疾病患者从中获益。只要能够刺激到目的神经,人体的多个地方都可以应用神经调控手艺——如植入在头部内的脑深部电刺激系统能够用来缓解帕金森病的震颤症状;植入在背部的脊髓刺激系统可以抑制顽固性后背疼痛;另有植入在骶椎周围的骶神经电刺激系统,它被用来治疗顽固型尿急尿频症。电刺激的应用主要有脊髓电刺激、脑深部电刺激、骶神经电刺激、迷走神经电刺激、人工耳蜗等等。

二、神经调控手艺的生长历史

回首历史,神经调控手艺的生长与电亲热相关。最早可追溯至公元15年,古罗马人行使电鳐放电治疗慢性疼痛,但由于对电的熟悉不足,这种原始的电刺激疗法延续了千余年。

直至18世纪末到19世纪初,电的“神秘面纱”被逐渐揭开,学者们最先实验电刺激动物和人类的神经系统的研究。1884年,功效神经外科之父VICTOR HORSLEY首次在术中举行了皮层电刺激的研究。

图:VICTOR HORSLEY和环钻术及相关手术器械

20世纪前半叶,以CUSHING、PENFIELD等为代表的学者们,将术中电刺激主要用于定位皮层功效区。1947年SPIEGEL和WYCIS发现晰人脑立体定向头架,脑深部手术的平安性和准确性大幅提高。彼时运动障碍性疾病、精神疾病的外科治疗主要接纳脑深部核团毁损手术,而术中电刺激用于辅助定位毁损靶点,阻止毁损锥体束等主要结构。学者们基于立体定向头架也实验电刺激丘脑以减轻疼痛,同时发现电刺激丘脑也可改善部门震颤症状,但未引起足够重视。1967年基于MELZACK-WALL提出的“疼痛闸门理论”而研发的脊髓电刺激术(spinal cord stimulation,SCS)的问世,标志着现代神经调控手艺的降生。

随后的数十年里,皮层电刺激、周围神经电刺激也被相继推出用于治疗慢性疼痛,而且神经调控手艺逐渐被用于治疗DRE、痉挛状态、脑瘫、膀胱功效障碍等疾病。1987年,法国BENABID教授首次将脑深部电刺激(deep brain stimulation,DBS)应用于原发性震颤(essential tremer,ET)患者获得乐成,随后开创了慢性DBS治疗PD和ET的先河,这是运动障碍疾病治疗历史的里程碑。险些同时美国Cyberonics公司研发的迷走神经电刺激(vagus nerve stimulation,VNS)也最先在临床使用。

20世纪90年月,DBS在运动障碍性疾病领域被迅速推广,自1997年最先先后被美国FDA批准用于治疗ET、PD、肌张力障碍等疾病。1998年,北京天坛医院和安徽省立医院划分在海内率先开展了DBS手术。

进入21世纪,得益于医学生物和医学工程手艺的不停提高,神经调控手艺进入飞速生长阶段。现在,应用最普遍的神经调控手艺包罗脑深部电刺激术(DBS)、脊髓电刺激术(SCS)和迷走神经刺激术(VNS)。

三、神经调控手艺的应用

近年来,神经调控手艺普遍应用于神经外科、疼痛科、消化科、心血管内科、精神科、眼科和泌尿外科等,治疗的疾病有神经系统损伤、运动障碍、慢性疼痛、痉挛状态、癫痫、胃肠道和膀胱功效障碍、周围血管病、心肌缺血、视觉和听觉障碍,以及心因性疾病,如抑郁症、强迫症、抽动秽语综合征(TS)等。在已往的数十年中,全球已有数十万患者获益于神经调控手艺。本讲述主要就当前临床应用较为普遍、具有代表性的DBS、SCS、VNS、RNS等植入性电刺激举行概述。

(一)脑深部电刺激术(DBS,Deep Brain Stimulation)

脑深部电刺激术的主要顺应症包罗帕金森症、癫痫、原发性震颤、肌张力障碍、强迫症等(全球约有1000万帕金森症患者)。

从1791年意大利医生及物理学家*次从截断的蛙腿上纪录到电信号最先,人类一直在探索人体内的种种电信号以及行使电信号来治疗疾病。神经信号是最神秘也最迷人的探索偏向,其中大脑又是最为主要的器官。行使手艺手段去改变大脑回路和行为模式的实验近些年也在社会层面获得更普遍的关注。

脑深部电刺激,全名(Deep Brain Stimulation)简称(DBS),是一个行使电能对大脑神经流动发生影响的干预方式,是现阶段最被接受也最主要的治疗方式。DBS于2018年被FDA批准用于成人药物难治性癫痫的治疗。DBS电极置于丘脑前核和海马体相关的研究相对充实,FDA只批准了用于丘脑前核的DBS。DBS在获得了美国药品监视治理局(FDA)的批准和欧洲认证(CE)后成为了运动障碍疾病:帕金森病,震颤和肌张力障碍的尺度治疗手段。除此之外使用DBS干预难治性精神类疾病也是DBS的一个主要探索领域。2008年使用DBS干预强迫症的一个阳性对照实验获得了FDA的人性主义装备宽免和CE的认证,成为了*个获准使用DBS干预的精神疾病。其他主要的难治性精神类疾病包罗抑郁症、阿兹海默病、抽动症、成瘾、神经性厌食症和精神盘据也正在起劲开展相关实验。由于DBS手术植入微创的特点以及相对平安的特征,也有许多相关研究实验使用DBS来治疗耳鸣,动脉高血压,睡眠障碍等疾病。随着对DBS明白的不停深入,DBS对大脑的影响不仅仅只在心理层面影响患者,脑内电刺激也发生了一系列局部细胞、分子和神经可塑性的转变。

图:DBS治疗示意图及治疗历程

现在,脑深部电刺激术已经替换神经核团毁损术成为外科治疗帕金森病的*方式。据统计,迄今全球约有20.8万台DBS装备已被植入用于治疗种种脑功效性疾病,而且以12000台/年的速率连续增进。近年来DBS装备工艺也不停更新,清华大学和天坛医院互助的国产DBS已乐成研制3.0T核磁兼容装备、远程程控系统、偏向性电极、闭环刺激等新手艺。国产DBS首创的远程程控系统,在新冠疫情时代施展了主要的作用。通过对PD患者举行远程程控诊疗,在有力支援抗疫的条件下,对患者举行合适、个体化的治疗。该手艺已在海内外大型医疗中央普遍推广,住手2022年1月已为海内33个省份的患者累计举行了跨越20000多人次程控。只管DBS疗法已取得了令人瞩目的成就,但也存在一些逆境。对于PD患者常用的STN-DBS或GPi-DBS,虽然可以显著改善运动症状,然则对于冻结步态(freezingof gait,FOG)、吞咽难题等中轴症状疗效不佳,且耐久高频STN-DBS可能会恶化语言、情绪和认知功效。

此外,2022年8月30日,斯坦福大学医学院和宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院的研究职员在国际*医学期刊 Nature Medicine 上揭晓了题为:Pilot study of responsive nucleus accumbens deep brain stimulation for loss-of-control eating 的研究论文。这项人体临床研究指出,饮食感动相关神经流动模式指导的脑深部电刺激(DBS)能改善两名暴食症和重度肥胖患者的进食自控力,促进减重。这一效果来自一项仍在开展的临床试验,证实晰心理机制指导的闭环式深部脑电刺激(DBS)在治疗失控进食患者方面的可行性和平安性。

(二)迷走神经刺激术(VNS,Vagus Nerve Stimulation)

迷走神经刺激术的主要顺应症:癫痫、肥胖、抑郁症等(全球约有5000万癫痫患者)。

VNS是将电极缠绕于患者左侧迷走神经主干,通过电刺激迷走神经,以到达调控、治疗脑功效性疾病目的的神经调控手艺。

最早的VNS研究可以追溯到1886年。上世纪80年月最先,VNS被批准用于治疗药物难治性癫痫,这也是现在VNS应用最广的顺应证。VNS应用于临床跨越30年,其临床疗效和平安性已被频频验证,并划分于1997年、2005年被美国FDA批准用于治疗DRE和抑郁症,迄今全球VNS治疗的患者近20万例。2008年中国CFDA批准VNS上市,只管我国已完成8000例VNS手术治疗DRE患者,但与200万~300万DRE(耐药性癫痫)患者相比,治疗缺口伟大,为此国家设立“十四五”课题“基于国产VNS治疗DRE的临床应用解决方案研究”,期待研究效果能使更多的DRE患者受益。

图:迷走神经刺激术示意图

迷走神经刺激最常见的是通过植入手术刺激左侧颈部迷走神经,差异于右侧颈部迷走神经,刺激左侧颈部可*水平削减对心脏的影响。膈下的迷走神经可以通过在膈下的腹侧和/或背侧迷走神经干上植入电极来靶向,该方式已被证实可削减食物摄取并被批准用于治疗肥胖。无创VNS最常见的是将刺激电极放置在耳廓上,以靶向迷走神经耳支。另外一种无创VNS是经皮刺激颈部迷走神经,该方式已在疼痛等种种疾病的治疗中睁开了研究。

VNS作用机制异常庞大,现在以为包罗但不限于VNS对迷走神经组成的庞大神经-内排泄-免疫网络的急性刺激和耐久慢性调治,包罗神经流动的去同步化、调治神经递质、神经元重塑、抗炎作用等。近年来,随着VNS作用机制研究的不停深入及医学工程手艺的不停提高,VNS的顺应局限不停拓宽,从DRE和抑郁症逐渐拓展至心力衰竭、偏头痛、意识障碍、脑卒中、肥胖症、AD等疾病。VNS最常用于难以通过通破例科手术切除致痫灶的DRE,虽难以到达完全控制癫痫发作(8%~12%的患者VNS术后癫痫发作可完全控制),但连续刺激2年后,可使56%~63%的患者癫痫发作频率削减跨越50%,而且随着刺激时间的延伸,其疗效不停提升。由于迷走神经的剖解学和心理学特征对照庞大,VNS在镇痛、恢复认知功效、改善心功效和抗炎方面都有一定作用,进一步说明VNS治疗差异顺应证的生物学机制需要更多的研究支持。

VNS对于癫痫的疗效显著。一系列耐久随访研究解释,其疗效随植入时间的延伸而逐步升高。Kawai等人的研究指出,VNS植入后3个月、6个月、12个月24个月和36个月,癫痫患者发作频率削减的中位数划分为25%,40.9%,60%和66.2%。凭证VNS疗效数据库(VNS Patient Outcome Registry),VNS植入后的0-4个月,49%的患者发作频率至少削减50%,5.1%患者实现癫痫无发作;术后24-48个月,63%的患者发作频率至少削减50%,8.2%患者实现癫痫无发作。

另外,VNS带来治疗效果的同时伴有不良反映,因此还需要更多的研究优化VNS,实现其治疗效果的*化与不良反映的最小化。VNS的并发症可分为手术不良事宜、硬件并发症和刺激的不良反映。手术不良事宜包罗术后血肿,熏染,声带麻木,疼痛和感受相关并发症,无菌性炎性反映,导线处皮肤不适,导线折断,胸部脉冲发生器囊袋过大,电池移位等并发症。大多数情形下,手术操作自己相关的并发症会在准确处置后几周内完全消逝。最常见的手术操作相关的并发症是术后血肿、熏染和声带瘫痪。虽然其发生率相当低,约为2%,但这些并发症可能会造成难以忍受的痛苦,甚至危及生命。硬件相关的并发症包罗导线断裂、装备障碍,装备自觉性开启,导联断裂。刺激不良反映有空腹血糖升高等,有一项32例植入VNS的癫痫临床研究解释植入VNS可以导致患者的空腹血糖慢性升高。未来迷走神经刺激手艺的生长,包罗闭环和无创刺激,可能会削减迷走神经的副作用或提高其疗效。

(三)脊髓电刺激术(SCS,Sacral Neuromodulation)

脊髓电刺激术的主要顺应症:慢性疼痛、腰椎手术失败综合征、缺血性疼痛等(全球15亿人遭受慢性疼痛困扰)

脊髓电刺激是将一根细电极植入置人脊髓背侧硬膜外腔,行使脉冲电流刺激脊髓神经以阻断疼痛信号传导的一种神经调控手艺。它能削弱或增强从外周向中枢系统的神经感动流,即刺激粗纤维,抑制细纤维痛觉信息的吸收,从而到达缓解疼痛的效果。在SCS动物模子和众多患者中,都考察到血管舒张的征象,这种征象很可能继发于SCS缓解疼痛后的效果。

图:脊髓电刺激术示意图

近30多年来,对该手艺的病理心理、顺应证、预期疗效及可能泛起的并发症举行了大量的深入研究,SCS已成为当今临床疼痛领域里的一项主要镇痛手艺。据2017年美国神经外科医师协会统计,现在在全球每年有5万以上病例举行脊髓电刺激治疗,总有用率约80%,但我国此项手艺开展相对较少。传统SCS疗法对于背部术后疼痛综合征、庞大性区域疼痛综合征、痛性糖尿病周围神经病变的疗效已获得普遍认可,对周围神经损伤性疼痛、慢性顽固性心绞痛及周围血管病等亦有用,但尚缺乏相关大型、耐久随访的临床研究提供高质量证据。传统SCS镇痛简直切机制至今尚未完全说明,现在以为可能介入的机制有:①激活Aβ纤维、兴奋抑制性中央神经元进而关闭脊髓后角神经元的“疼痛闸门”;②调治抑制性神经递质γ-氨基丁酸(GABA)、乙酰胆碱(Ach)、5-羟色胺(5-HT)等的释放;③调治疼痛相关神经环路;④神经功效的重塑作用等。

(四)骶神经刺激术(SNM,Sacral Neuromodulation)

骶神经刺激术的主要顺应症:尿失禁、便失禁等(全球约有2亿人造成尿失禁困扰)

骶神经刺激(SNM)是一种微创治疗方式,最初主要用于治疗迫切性尿失禁等泌尿系统疾病,后逐渐用于治疗大便失禁、慢性便秘等消化系统疾病。SNM主要通过脉冲发生器发出电脉冲信号,通过直接或者间接的方式刺激骶神经,调治膀胱、尿道、肛门和结直肠的神经反射,改善异常的神经调治,以到达治疗的效果。骶神经的调治常行使插入骶骨椎管的电极举行,通过脊髓反射和脊髓上反射的庞大调控来改善症状,其确切机制尚不明晰, 但已有多项研究效果解释,SNM在泌尿系统和消化系统的多种疾病的治疗中施展了要害性作用。骶神经刺激是一种较为成熟的神经调控手艺。

图:骶神经刺激术示意图

早在20世纪60年月,SNM便被报道用于治疗泌尿障碍的患者。1979年,美国乐成使用该手艺治疗了患有慢性排尿功效障碍(voiding dysfunction,VD)的患者。1994年欧洲CE批准使用SNS用于迫切性尿失禁患者的治疗。1997年SNM获得美国FDA批准用于治疗泌尿外科的部门疾病。与此同时,临床医生注重到使用SNS的患者肠道功效显著改善,逐渐将SNS引用于治疗大便失禁(fecal incontinence,FI)、慢性便秘(chronicconstipation,CC)等疾病。大量文献解释,植入SNM刺激器的FI患者每周失禁次数平均削减6次,证实晰其治疗效果。2011年美国FDA批准SNM用于治疗守旧治疗无效或者无法接受守旧治疗的FI患者。SNM具有创伤小,可调控性等优势,为其在临床上的普遍应用带来了伟大潜力,获得了临床医生和患者的认可。文献报道,SNM治疗膀胱太过流动症(OAB)有用率高达72%。停止到2021年底,全球已有跨越33万名患者接受了此疗法。

(五)反馈式神经电刺激(RNS,responsive neuro simulator system)

反馈式神经电刺激的主要顺应症:癫痫

RNS System旨在从源头上预防癫痫发作,是*获得FDA批准的闭环脑反映神经刺激系统,于2013年被FDA批准用于18岁以上有1个或2个致痫灶的难治性局灶性癫痫的一种辅助治疗,现在尚缺乏儿童临床资料。它由1-2根颅内电极和脉冲发生器组成,其中颅内电极主要认真网络脑电信号(ECoG)及转达电刺激。颅内电极网络的ECoG会通过网络传输保留到患者数据治理系统(PDMS)并供医生查看,脉冲发生器可以添加每个患者发作前ECoG特征来增添发作的识别率和控制率。

作为一种脑机接口,RNS System通过延续监测脑电波、识别每位患者怪异的“癫痫发作指纹”以及在癫痫发作之前自动对难以察觉的电脉冲作出反映来治疗癫痫发作,从而提供针对癫痫发作源的个性化、数据驱动的治疗。通过纪录连续的EEG数据,RNS System为医生提供了一个怪异的“大脑窗口”,使他们能够远程监控患者大脑流动,并使用该信息来优化患者治疗。

治疗帕金森病的传统的脑深部刺激器(DBS)及迷走神经刺激术(VNS)均属于“开环刺激(open-loop stimulation)”,即该系统自身未形成环路,刺激器根据医生预先编程设定的刺激强度、频率、脉宽等参数连续发放稳固稳固的刺激脉冲。最先学者们选择慢性DBS治疗癫痫的靶点主要是远离致痫灶的一些脑区,包罗丘脑(thalamus)尾状核(caudate nucleus, CN)等;近期的慢性电刺激的脑区还包罗致痫灶脑区,如颞叶内侧结构、低级运动皮层等。但这一刺激模式的特点是治疗效果会随时间的希望泛起衰减,若是疗效下降或者病情发生转变,医生必须重新设定刺激参数。

此种刺激治疗癫痫的瑕玷,一是刺激参数完全预先凭证履历设定,刺激模式不会随病情的转变自动作出响应调整;二是电量虚耗大,造成刺激器寿命缩短,增添患者的经济肩负。而癫痫是发作性疾病,在发作间期举行电刺激属于无用刺激。因此,神经调控疗法治疗癫痫时,接纳的治疗战略应该是间歇性、反馈式电刺激,即“闭环刺激(elosed-loop stimulation)”,亦称为反馈式电刺激(responsive stimulation)。闭环刺激是相对于传统的开环刺激而言,该刺激系统自体态成闭合环路,能够通过放置在患者致痫灶周围的电极片网络脑电信号,举行实时剖析,预判患者癫痫发作。刺激器内设数套刺激参数,当探测到患者脑电泛起异常时.刺激器自动开启,再通过电极对皮层或目的脑区释放响应的刺激程序举行电刺激,抑制脑细胞形成太过同步化放电,从而到达抑制癫痫发作的目的。

图:反馈式神经电刺激装备示意图

一项RNS治疗难治性癫痫的9年随访研究效果显示:73%的患者发作至少削减50%,35%的患者癫痫发作削减了90%以上,28%的患者无发作时间大于6个月[2]。其他研究解释,颞叶内侧癫痫、术前评估为1-2个病灶、接受过手术或植入迷走神经刺激器(VNS)的患者对RNS的反映性更好。另外,一些前期的研究显示RNS网络的ECoG可作为医生为患者选择合适的抗癫痫药参考。

据泉源:动脉网RNS相比VNS、DBS,削减癫痫发作的有用性更高

RNS神经刺激器是一款能够编程的反馈式神经刺激器。手术中将被植入颅骨骨板内牢靠。刺激器内有电路板、遥控线圈及电池,这些部件被密封在一个扁平形稍成曲度的钛金属盒子内,巨细为41mm(宽)x60mm(长)x7mm(高),重量19.5g,体积10.5cm。刺激器可以外接2根电极导线。刺激器内存有医生预设的异常脑电信号程序,当刺激器探测到患者脑电泛起异常改变相符预设的癫痫脑电特征,即可判断为脑电的癫痫发作,随即举行电脉冲刺激。刺激器被设计成与颅骨曲度相一致的弧形,利便将刺激器植入人工颅骨骨窗内并在硬膜外腔用金属加固环牢靠在颅骨。

四、神经调控手艺的产业状态

(一)产业规模

在医疗器械行业,神经调控已经成为生长最快的一个领域。美国FDA批准的新型神经调控装备也在逐年增进。在治疗偏头痛、肥胖、抑郁和强迫症等疾病方面,神经调控手艺将成为研究和治疗的新偏向。神经调控装备国产化是神经调控事业在我国快速生长的标志以及未来最显著的趋势。天下神经调控器械市场主要被美国的Medtronic,Abbott,Boston Scientific等公司垄断,我国现在在该领域处于快速生长及逾越阶段。2009年,我国完成*项国产DBS临床试验,至今已经完成1万多例次,市场占有率跨越60%。2014年,国产的迷走神经刺激举行临床试验,现在海内的临床占有率跨越了70%。骶神经刺激已完成动物实验,进入了临床试验阶段,脊髓电刺激也将在近两年内进入临床试验阶段。

凭证公然资料显示,2019年全球植入式神经调控终端市场规模为46亿美元,2020年全球市场规模已达58亿美元,且生长迅速。我国市场现阶段仅占全球的2%。随着癫痫、帕金森、疼痛等各种慢性疾病发病率的增添和神经外科微创手术的提高,2020-2027年市场复合增进率有望到达11.7%,预计2027年市场规模将到达110亿美元。

数据泉源:公然信息

当前,神经科学已成为各国重点生长的学科,起劲的政策更是推动了新型神经调控手艺科研及应用转化的加速。相较于全球,海内神经调控市场仍处于起步阶段,未来存在伟大的生长时机。美国是全球*的神经调控市场,占有跨越1/3的市场份额。先进的神经调控医疗手艺、蓬勃的医疗保障系统和高水平的人均收入是美国市场背后的助推因素。

SCS是全球*的神经调控市场,其次为DBS。美敦力、雅培、波士顿科学是神经调治市场的三大巨头,主要介入者另有:LivaNova、Nuvectra、Nevro、NeuroSigma、NeuroPace、Neuronetics等。其中,美敦力、雅培、波士顿科学、LivaNova、Nevro、Nuvectra、NeuroPace七大介入者的神经调治产物占有了全球绝大部门市场份额,是脊髓刺激(SCS)、脑深部刺激(DBS)、迷走神经刺激(VNS)、骶神经刺激(SNS)前四大细分市场的*者。关于植入式神经电刺激市场份额漫衍,脊髓刺激器(SCS)占比最多,2018年占总市场快要55%,深部脑刺激器占16%,迷走神经刺激器占14%,其他类占比约15%。

数据泉源:公然信息

数据泉源:公然信息

(二)手艺对比

神经调控手艺对于药物难治性癫痫的治疗在临床应用越来越普遍。现在,全球局限内已经获批用于癫痫治疗的神经调控手艺包罗迷走神经刺激(VNS)、反映性神经刺激(RNS)和脑深部刺激(DBS)。2021年7月揭晓于《Aging and Disease》的文章,基于现有临床研究,对VNS、RNS和DBS的有用性和平安性举行了相关总结。下表是三种手艺的对比剖析:

VNS有用性:

VNS一系列耐久随访研究解释,其疗效随植入时间的延伸而逐步升高。Kawai等人的研究指出,VNS植入后3个月、6个月、12个月24个月和36个月,癫痫患者发作频率削减的中位数划分为25%,40.9%,60%和66.2%。凭证VNS疗效数据库(VNS Patient Outcome Registry),VNS植入后的0-4个月,49%的患者发作频率至少削减50%,5.1%患者实现癫痫无发作;术后24-48个月,63%的患者发作频率至少削减50%,8.2%患者实现癫痫无发作。

VNS平安性:

VNS具有较好的平安性,与装备相关的不良反映包罗熏染、声带麻木和下面部无力,常见的副作用包罗声音嘶哑、咳嗽、声音改变和咽喉痛。VNS大多数的副作用与刺激参数有关,总体趋势是随着时间的推移而削减,很少由于不良反映需要对装备举行移除。

RNS有用性:

一项RNS治疗难治性癫痫的9年随访研究效果显示:73%的患者发作至少削减50%,35%的患者癫痫发作削减了90%以上,28%的患者无发作时间大于6个月[2]。其他研究解释,颞叶内侧癫痫、术前评估为1-2个病灶、接受过手术或植入迷走神经刺激器(VNS)的患者对RNS的反映性更好。另外,一些前期的研究显示RNS网络的ECoG可作为医生为患者选择合适的抗癫痫药参考。

RNS平安性:

RNS不良事宜发生率不劣于用于帕金森病的DBS植入、切除性手术和颅内电极植入术。4.7%的患者泛起颅内出血,通常发生在RNS植入后的最先几天,一部门与癫痫相关的颅脑损失有关。术中熏染的发生率为3.7%,6.3%的患者泛起一过性的影象损害,且这些患者在植入前均已存在影象损害。

DBS有用性:

SANTE研究解释,在盲法期竣事时

①发作起源于一个及以上颞区,发作频率削减的中位数为44.2%;

②对于弥漫性或多病灶的癫痫患者,发作频率削减的中位数为35%。

术后1年发作次数平均削减41%。术后2年,54%的患者发作频率至少削减50%,12.7%患者癫痫无发作时间大于6个月。SANTE研究入组的患者,44.5%做过VNS,24.5%做过切除性手术,这些患者对DBS的响应率与其他患者没有区别。

DBS平安性:

SANTE研究报道的不良事宜包罗,植入部位疼痛(10.9%)、植入部位熏染(12.7%)、无临床显示的颅内出血(4.5%)。装备相关的副作用包罗感受异常(18.2%)、影象障碍和情绪降低。治疗组的大部门患者有影象损害的埋怨,但耐久的随访解释这些患者并无直接的神经认知下降和抑郁评分增高的证据。其他并发症包罗电极断裂、电极移位、对其他装备的滋扰和一过性的癫痫加重。这些不良事宜的发生率与DBS用于帕金森病的不良事宜发生率相似。

(三)重点企业先容

品驰医疗:北京品驰医疗装备有限公司(以下简称“品驰”)确立于2008年,总部位于北京市中关村科技园区昌平园。品驰是专业从事脑起搏器、迷走神经刺激器、脊髓刺激器、骶神经刺激器等系列化神经调控产物研发、生产和销售的高新手艺企业,致力于为宽大帕金森病、癫痫、疼痛、尿失禁等功效神经疾病患者提供先进的治疗手段。品驰群集了质料、机械、信息、周详加工、临床医学等各种专业人才,拥有一支在疗法研究、产物研发、质量控制、市场开拓和企业治理等方面专业的高水平人才队伍。品驰是“神经调控国家工程研究中央”的组成单元,与清华大学、众多临床医院慎密互助,确立起“产学研医”协同创新模式。品驰确立以来,先后肩负了多项国家重点研发设计、国家科技支持设计、北京市重大科技专项设计等课题,取得了众多完全自主知识产权的研究功效,获得了系列脑起搏器、迷走神经刺激器、骶神经刺激器和脊髓神经刺激器产物注册证并上市销售,打破了美国公司在神经调控产物领域的垄断。北京品驰脑神经刺激系统(脑起搏器)于2000年最先启动研发,2009年乐成开展*例临床试验,2014年获得全系列脑起搏器产物注册证,2016年10月取得了CE认证,由此打破了外资巨头对DBS治疗领域的垄断,也使得中国成为除美国以外,第二个能够研发、生产和大规模临床应用脑起搏器的国家。住手2021年底,品驰临床互助中央跨越300 家,天下累计植入跨越30000次。

景昱医疗:景昱医疗是一家集研发、生产、销售脑深部电刺激系统于一体的创新型高科技医疗器械公司,具有完全的自主知识产权并不停研发新手艺、新产物。公司确立于2012年,是一家集研发、生产、销售于一体的创新型高科技医疗器械企业景昱依附多年DBS手艺的研究履历,在治疗帕金森病、药物成瘾等疾病方面取得了重大突破。2014年,景昱医疗治疗帕金森病的脑起搏器被国家药品羁系部门纳入创新医疗器械稀奇审批通道,于2016年获批上市。随后,又将眼光投向了药物成瘾治疗,与空军军医大学互助研发的戒毒脑机芯片和戒毒脑起搏器系统,降低吸毒成瘾后的高复吸率,戒毒脑起搏器也是天下*脑内多靶点团结调控用于吸毒成瘾和精神疾病治疗的医疗器械。此外,景昱医疗与华为确立互助,运用华为AI系统,实现医生与患者间的异地互动、远程诊疗。在AI辅助手艺的支持下,景昱医疗陆续推出了新一代无线远程可充电脑起搏器、双通道脑起搏器和双通道可充电脑起搏器以及相关配套产物。景昱医疗拥有一支由脑深部电刺激系统焦点手艺专家、生产专家、公司运营专家组成的高管团队,这些专家经由多年海内外相关领域的事情,积累了厚实的履历。现在,团队成员主要由来自清华、北大、复旦、交大等著名高校结业的高材生组成。

瑞神安:常州瑞神安医疗器械有限公司是一家专注于有源植入式医疗器械研发、生产及销售的创新型企业。公司的首创团队结业于清华大学,并由清华大学教授、清华创投、上市公司等介入开办。从2010年最先,清华大学微电子所团队与北京中日友好医院互助开展植入式神经刺激器的试验研究,于2013年产学研转化后落户于江苏常州国家级开发区,研制乐成多项产物,质量、性能均到达国际先进水平。瑞神安医疗占地3000平米,拥有10万级清洁厂。以及生产、检测、研发等种种装备。2013年以来获得多次国家重点研发设计项目、省双创团队、省创新、常州龙城英才等政府支持。公司拥有跨越100项专利和焦点手艺,目的是成为中国*秀的有源植入类医疗器械企业。瑞神安已完成数万万元A轮融资,由上市公司爱朋医疗和荣安创投配合投资,周遭资源担任*财政照料。

美敦力:美国美敦力公司(Medtronic, Inc.)确立于1949年,总部位于美国明尼苏达州明尼阿波利斯市,是全球*的医疗科技公司,致力于为慢性疾病患者提供终身的治疗方案。美敦力作为全球医械一哥,也同样引领着神经调控领域行业生长。许多神经调控器械形状很像起搏器,好比有“脑起搏器”、“疼痛起搏器”等。作为起搏器的发现者,美敦力也是最早进着迷经调控器械市场的企业之一,现在公司在脑深部电刺激DBS、迷走神经刺激器VNS、脊髓电刺激SCS、骶神经刺激器SNM等领域均有产物问世。据美敦力最近宣布的财报,2022财年整年收入316.86亿美元(2122.5亿人民币),其中,神经科学产物组合收入为87.84亿美元,同比增进7%,可见,神经调控营业所属的神经科学部门是美敦力2022财年收入增进最高的部门。美敦力的*职位可归因于其普遍的神经调治装置产物组合和壮大的地理笼罩局限,在脑深部刺激、脊髓刺激、骶神经刺激、靶向给药系统(TDDS)四大领域均有壮大的产物和手艺支持,为160多个国家/区域的医生、医院和患者提供服务。

雅培:雅培公司(Abbott)于1888年在美国芝加哥由雅培医生开办,公司历经百年生长,现在的雅培公司已生长成今天一个医药及营养产物多元化的天下500强企业。雅培聚焦于慢性疼痛和运动障碍治疗,因此,产物主要漫衍在脊髓刺激、脑深部刺激、背根神经节刺激(DRGS)三大领域。

波士顿科学:波士顿科学(Boston Scientific Corporation)确立于1979年6月,坚持研发突破性的医疗手艺及产物,为医疗领域的提高做出孝顺,致力于降低患者创伤,降低医疗成本,有用提高生命质量。波士顿科学答应“为生命创新”,始终走在医疗科技领域前沿。2021年12月23日,波士顿科学旗下创新产物Vercise Genus植入式脑神经刺激(DBS)系统通过国家药品监视治理局医疗器械手艺审评中央(CMDE)审批,正式进入创新医疗器械稀奇审查程序即“绿色通道”。波士顿科学除了在脊髓刺激和脑深部刺激两大领域结构产物,还在微创解决方案开发了间接减压系统(IDS)和射频消融(RFA)两大产物,形成多维的神经调治产物组合。

Nevro:Nevro从事医疗器械的供应。该公司专注于提供提高虚弱慢性疼痛患者生涯质量的产物。它开发并商业化了SENZA脊髓刺激系统,这是一个治疗慢性疼痛的循证神经调治平台。该公司由Konstantinos Alataris于2006年3月确立,总部设在加利福尼亚州雷德伍德城。

Livanova:LivaNova Plc是一家全球性医疗手艺公司,致力于为患者、医疗保健专业职员和医疗保健系统开发和提供治疗解决方案。它通过心血管和神经调治部门施展作用。心血管部门开发、生产和销售心肺产物、心脏瓣膜和循环支持产物。LivaNova聚焦迷走神经刺激领域,占有该市场的八成份额。其VNS Therapy系统,包罗治疗抗药性癫痫的SENVITA装备,辅助耐久治疗难治性抑郁症(DTD)的SYMMETRY装备。此外,LivaNova另有基于舌下神经刺激(HGNS)技的LivaNova THN睡眠疗法,治疗壅闭性睡眠呼吸暂停(OSA)。基于自主神经调治疗法(ART)的VITARIA心力衰竭疗法,正在举行临床试验。

Nuropace: NeuroPace,Inc.于1997年11月19日在特拉华州确立,是一家医疗装备公司,致力于通过削减或消除使人虚弱的癫痫发作来改变癫痫患者的生涯。Neuropace提供了RNS System,这是FDA批准的一种大脑反映型神经刺激器,旨在防止癫痫发作的源头。NeuroPace的RNS System仍是全球*获FDA批准*获得FDA批准的闭环脑反映神经刺激系统,在治疗癫痫领域是“一骑绝尘”。而且RNS System在治疗患有耐药性局灶性癫痫的成年人,已经确定特特效果,期待RESPONSE研究能够证实RNS System在青少年的癫痫患者中依旧能取得预期临床效果。2021年2月,NeuroPace RNS系统获得了美国FDA的突破性装备认证,用于治疗特发性周全性癫痫(IGE)。IGE是一组和遗传易感因素有关的周全性癫痫综合征,是特发性癫痫的主要分支之一。2021年下半年,NeuroPace将设计追求研究性器械宽免(IDE)批准,启动对全身性癫痫的临床研究,扩大NeuroPace RNS产物的顺应症。

2021年4月22日,NeuroPace宣布在美国纳斯达克上市,股票代码为:“NPCE”,刊行600万股,刊行价为每股17美元,募资1.02亿美元。上市后,NeuroPace的业绩也颇为亮眼。2021年第二季度的总收入为1260万美元,比去年同期的760万美元增进高达65%。

下表是全球神经调控市场主要介入公司的营业局限: 

数据泉源:公然信息

现在,全球神经调治市场被美敦力、雅培、波士顿科学三大巨头占有了绝大部门市场份额,但也涌现出一批如Livanova、Nuropace等开创并引领神经调治新疗法的初创公司,在细分领域深耕出位。海内神经调控市场,品驰医疗占有*先发优势,甚至在某些细分领域的市场占有率跨越美敦力等传统巨头,好比在海内DBS市场,品驰占65%,美敦力占35%。

面临伟大的慢性疾病需求,神经调治领域另有伟大的增进空间,市场介入者们正不停研发新手艺、推出新产物,扩大其顺应症局限。

参考文献:

[1]高鹏程,张妮娜,汪恩焕,崔志强.迷走神经刺激术治疗癫痫的研究希望[J].淮海医药. 2021,39(01)

[2]张开国.神经调控手艺的生长现状及未来.[J].中国现代神经疾病杂志2015,15(10).

[3]解虎涛,张开国.神经调控手艺的已往、现在和未来[J].四川大学学报(医学版). 2022,53(04)

[4]张迪,于猛,刘霞.神经调控手艺简述[J].山东大学学报(医学版).2020,58(08)

[5]品驰医疗官网

[6]Rincon N , Barr D , Velez-Ruiz N . Neuromodulation in Drug Resistant Epilepsy[J]. Aging and Disease, 2021, 12(4):1070.