Progrès récents dans la technologie de stimulation cérébrale profonde (SCP)

Date: Mars 2018
Préparé par un membre du SIC : Dr Aparna Wagle Shukla
Auteurs: Dr Alfonso Fasano, Ph. D. ; Dr Chandan Reddy ; Dr Kelly Foote
Rédacteurs: Stella Papa, MD et Un Kang, MD

La stimulation cérébrale profonde (SCP) est un traitement largement utilisé pour la maladie de Parkinson (MP) avancée, le tremblement essentiel et la dystonie. Ses applications cliniques pour d'autres troubles neurologiques invalidants sont constamment explorées. Des cas graves de syndrome de Gilles de la Tourette, de troubles obsessionnels compulsifs et d'épilepsie, réfractaires aux thérapies traditionnelles, sont désormais traités par SCP. Outre l'extension des applications cliniques de la SCP au cours des trois dernières décennies, la technologie de la SCP a connu un essor considérable. L'avènement de la concurrence dans le secteur du matériel de SCP a entraîné une vague de technologies innovantes. Nous disposons actuellement de plusieurs systèmes de SCP, équipés de différentes sondes, extensions et batteries, approuvés par les organismes de réglementation européens et américains. Bien que certaines modifications apportées aux nouveaux systèmes aient amélioré les résultats cliniques, l'impact réel de la plupart d'entre elles n'a pas encore été déterminé. Néanmoins, ces nouvelles avancées technologiques sont encourageantes pour la communauté des patients et pour nous, professionnels de santé. Nos patients et collègues nous interrogeront désormais sur l'importance de prendre en compte certaines caractéristiques, le coût et la fiabilité de technologies spécifiques dans chaque cas particulier. Dans ce billet, nous invitons les Drs Foote, Reddy et Fasano, experts dans ce domaine, à discuter des nouvelles technologies de SCP et de leur impact potentiel sur l'amélioration des résultats globaux de la SCP.

Quelle est l’importance de la technologie pour l’amélioration des résultats cliniques de la DBS ?
 

Dr Fasano

La SCP est l'un des meilleurs exemples de la manière dont la biotechnologie a élargi nos horizons dans le traitement des maladies neurologiques. Les avancées technologiques sont étroitement liées à l'histoire du développement de la SCP et à son avenir. Il existe une interaction croissante entre la technologie de la SCP et la pratique clinique. De nouveaux dispositifs pourraient répondre à des besoins cliniques non satisfaits et ouvrir la voie à de nouvelles cibles et indications, ainsi qu'à une meilleure compréhension de la physiologie du SNC.

Dr Reddy 

L'efficacité et l'utilité de la SCP pour améliorer les résultats cliniques de troubles tels que la MP, le tremblement essentiel et la dystonie sont bien établies. Cependant, les variables qui influencent la SCP, telles que la fréquence, la tension et le courant de stimulation, sont innombrables, et leur impact sur le système nerveux est mal compris. L'approfondissement constant des connaissances en neurosciences affine notre compréhension des cibles neuroanatomiques, de la physiologie sous-jacente et des mécanismes par lesquels la SCP peut moduler ces circuits. Les progrès de la technologie SCP nous offrent un outil essentiel pour étudier ces mécanismes et optimiser les résultats cliniques.

Conception de leads en DBS : est-ce une véritable avancée pour le domaine ?

Dr Fasano

Traditionnellement, le courant de SCP est délivré par une sonde à 4 contacts dotée d'électrodes cylindriques superposées. Les conceptions de sondes plus récentes incluent une électrode à 8 contacts permettant de délivrer le courant sur des zones plus vastes et de multiples cibles. Ce nouveau système, doté de plusieurs sources de courant indépendantes, offre une plus grande flexibilité de distribution du courant et permet de délivrer un courant constant dans des proportions contrôlées. Des électrodes plus petites dans la sonde segmentée permettent un pilotage directionnel du courant thérapeutique, ce qui pourrait réduire les effets indésirables et améliorer le bénéfice thérapeutique. Bien que la conception des sondes représente une véritable avancée technologique dans notre domaine, des études supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si les nouvelles sondes sont supérieures aux sondes conventionnelles. Ces nouvelles sondes devront également être connectées à un générateur d'impulsions implantable (GPI) capable de prendre en charge les nouvelles fonctionnalités. De plus, le défi consiste à programmer efficacement et rapidement ces dispositifs. En d'autres termes, nous assistons à une révolution de la SCP à plusieurs niveaux ; se concentrer sur un seul aspect ne rend pas justice aux immenses opportunités que nous pouvons offrir à nos patients.

Dr Foote

La conception des sondes constitue, bien entendu, un axe d'amélioration important pour la stimulation cérébrale profonde, et certaines innovations récentes dans ce domaine pourraient améliorer les résultats de la stimulation cérébrale profonde pour au moins un sous-ensemble de patients. Contrairement aux électrodes cylindriques plus grandes, les sondes segmentées permettent d'enregistrer les potentiels de champ locaux (PFL) avec une résolution spatiale plus élevée. Certains nouveaux systèmes sont capables de détecter et d'enregistrer les PFL en continu et peuvent être programmés (en théorie) pour identifier les caractéristiques neurophysiologiques des états pathologiques afin d'optimiser automatiquement la stimulation thérapeutique. Cette technique de stimulation adaptative, ou « en boucle fermée », promet plusieurs avantages : une stimulation adaptée aux fluctuations du patient pour un bénéfice clinique optimal, une réduction des effets indésirables, une autonomie prolongée de la batterie et l'élimination de la programmation manuelle. Il faut toutefois comprendre qu'aucun de ces avantages n'a été atteint à ce jour.

À l'heure où nous évoluons vers la prochaine génération de modulation des circuits cérébraux, les sondes et systèmes de SCP permettant une administration plus précise et flexible du courant aux cibles thérapeutiques cérébrales revêtiront une importance cruciale. Ces avancées technologiques pourraient également nous permettre d'améliorer notre compréhension des circuits neurologiques fonctionnels (et dysfonctionnels).

Les fils de courant directionnels sont-ils capables de réellement diriger le champ DBS ?

Dr Reddy 

Selon la configuration de stimulation, l'électrode annulaire à 4 contacts crée un champ électrique sphérique ou cylindrique le long de l'axe de la sonde, ce qui peut présenter des inconvénients dans certaines circonstances. Par exemple, si la sonde dans le noyau sous-thalamique est placée légèrement latéralement par rapport à la position optimale, il est probable qu'un volume sphérique d'activation tissulaire entraîne la propagation du courant dans la capsule interne, provoquant des effets indésirables. La stimulation sphérique ne tient pas non plus compte des formes variables des structures cérébrales ciblées. Grâce aux électrodes segmentées, il est possible de contrôler la forme du champ électrique et de l'éloigner des structures produisant des effets secondaires indésirables. Cette technique a été baptisée « direction du courant ». Un terme plus approprié pour ce concept pourrait être « mise en forme du courant directionnel ». Au moins quatre études ayant examiné les avantages de la direction du courant directionnel dans le noyau sous-thalamique ont constaté une extension des plages de courant thérapeutiquement utilisables. Cette fenêtre de courant est principalement liée à des besoins en courant plus élevés pour induire des effets indésirables. Cependant, le véritable résultat de ces nouvelles stratégies directionnelles reste à déterminer, en attendant l'analyse des données de suivi à long terme. Bien que la possibilité de placer davantage de contacts ou de contacts façonnés (circonférence partielle) (pour les sondes directionnelles) justifie en effet un optimisme prudent, les développements récents dans le domaine de la stimulation de la moelle épinière ont montré que davantage de contacts ne sont pas nécessairement meilleurs.

Dr Fasano

Français Une dérivation de courant directionnelle est capable de diriger le champ DBS même si je vois cinq problèmes : 1) La programmation devient plus longue, même si l'on peut affirmer qu'à l'avenir, la tâche du programmeur deviendra plus facile car les patients pourraient avoir besoin de moins de visites pour faire face aux effets secondaires. 2) Les attentes des patients augmentent car la publicité sur le concept de pilotage du courant et de personnalisation du traitement peut donner la fausse impression que nous pouvons résoudre n'importe quel problème lié à la DP. 3) Le pilotage du champ électrique ne peut faire la différence que lorsque l'électrode est légèrement mal placée : les neurochirurgiens devront toujours faire de leur mieux pendant le processus de ciblage. 4) Les dérivations directionnelles peuvent fonctionner mieux lorsqu'elles sont alimentées par des sources indépendantes pour chaque contact, car l'impédance peut différer d'un contact à l'autre. 5) Les dérivations directionnelles actuellement disponibles ne peuvent diriger l'électricité qu'à deux des quatre niveaux de contact car dans les anneaux d'électrodes segmentés, deux contacts présentent toujours la conception d'anneau classique distribuant le courant radialement.

Tous points considérés, quelles sont les orientations futures pour développer un système DBS idéal ?

Dr Fasano

Un système de stimulation cérébrale profonde idéal devrait comporter une électrode dotée de plusieurs petits contacts permettant une stimulation directionnelle à tous les niveaux. Le générateur d'impulsions intra-cérébrales devrait être capable d'enregistrer les LFP de chaque contact et d'envoyer automatiquement l'énergie vers les zones où les signaux pathologiques sont captés, selon une approche adaptative (ou en boucle fermée). Cette dernière fonctionnalité présentera trois avantages principaux : 1) pas besoin (en théorie) de générateurs d'impulsions intra-cérébrales dotés de plusieurs sources d'alimentation indépendantes ; 2) programmation automatisée ; et 3) consommation de batterie réduite. Enfin, l'utilisation de dispositifs plus petits, éventuellement implantés dans le crâne, accélérera la durée de l'intervention chirurgicale, car l'anesthésie générale sera supprimée.

Dr Foote

Un système de SCP idéal délivrera un courant électrique pour moduler les circuits neuronaux dysfonctionnels avec une grande précision spatiale et temporelle, ainsi qu'une excellente exactitude. Pour chaque patient présentant un trouble des circuits neuronaux donné et un ensemble de symptômes donné, une cible neuroanatomique appropriée à la stimulation sera identifiée et localisée avec précision dans le cerveau du patient (le ciblage indirect est obsolète et, à mon avis, inférieur à la norme de soins pour le ciblage par SCP). Je suis convaincu qu'un système de SCP idéal inclura un logiciel de ciblage « intelligent » capable de traiter des images cérébrales de haute qualité et d'effectuer automatiquement une déformation non linéaire d'un atlas cérébral normalisé afin de produire une superposition tridimensionnelle précise et spécifique au patient, incluant les structures ciblées pertinentes. Le volume optimal d'activation tissulaire prévu pour produire un bénéfice thérapeutique maximal pour un symptôme donné, ou pour minimiser le risque d'effets indésirables (sur la base de larges cohortes de données de résultats corrélées aux sites de stimulation) sera automatiquement identifié dans le cerveau de chaque patient et représenté sous forme de cible tridimensionnelle. Des systèmes de ciblage améliorés utilisant l'imagerie peropératoire et les données d'enregistrement neurophysiologique permettront une implantation plus précise d'un réseau d'électrodes haute densité dans la cible souhaitée. Le circuit cérébral étant dynamique et l'état du patient fluctuant au fil du temps, la stimulation optimale pour un patient donné peut varier. Un système de SCP idéal enregistrera donc en continu l'activité électrique d'un réseau neuronal pathologique, surveillera les caractéristiques physiologiques des états pathologiques ou sains, et ajustera automatiquement la stimulation (intensité, schéma ou distribution spatiale) afin d'optimiser en permanence le bénéfice thérapeutique et de minimiser les effets indésirables. Cela permettra non seulement d'obtenir des résultats optimaux de SCP plus constants, mais aussi d'éviter les séances de programmation répétitives et longues et de prolonger l'autonomie de la batterie du générateur d'impulsions de SCP.