JP2022536025A - 生理学的システムの摂動のための神経調節技術 - Google Patents

Abstract

本開示の実施形態は、神経調節、例えば器官の対象領域の末梢神経調節を介して被験体に生理学的摂動を誘発するための技術に関する。摂動の性質および程度は、被験体の臨床状態に関連し得る。したがって、摂動の１つまたは複数の特徴の評価を使用して、被験体の臨床状態を決定することができる。【選択図】図１

Description

連邦政府による資金提供を受けた研究開発に関する声明

本発明は、アメリカ国防高等研究計画局（ＤＡＲＰＡ）によって授与された契約番号ＨＲ００１１－１８－Ｃ－００４０の下で政府の支援を受けてなされた。政府は、本発明に一定の権利を有する。

本明細書に開示される主題は、そのようなシステムの意図的な摂動を介して生理学的システムを評価するための技術、ならびに摂動からの回復および／または摂動の特徴の評価に関する。特に、摂動は、標的化された神経調節の結果であり得る。

医療提供者は、臨床状態を検査および診断するために様々な方法を使用する。特定の場合には、被験体は、何らかの種類のストレスまたは摂動を誘発する状態に供されることがあり、ストレスまたは摂動に対する被験体の応答の評価は、臨床状態または全体的な健康を示し得る。そのような摂動は、運動、薬剤、絶食などによって誘発され得る。例えば、耐糖能試験は、糖負荷を被験体に投与し、投与後に被験体から採取した血液試料を評価して、被験体がどのように応答するかを決定することを含み得る。しかしながら、そのような試験は複雑であり、食事制限（例えば、事前の絶食）を必要とする場合があり、それを遵守しない被験体がいる可能性があり、それが結果に影響を与えることがある。さらに、薬剤の投与は、望ましくない副作用を伴い得る。したがって、特定の臨床状態を診断するための改善された技術が有益である。

開示された実施形態は、特許請求される主題の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろ、これらの実施形態は、可能な実施形態の簡単な概要を提供することのみを意図している。実際、本開示は、以下に記載される実施形態と同様であっても異なっていてもよい様々な形態を包含し得る。

一実施形態では、被験体に生理学的摂動を引き起こすために対象領域にエネルギーを印加するように構成されたエネルギー印加装置を含む調節システムが提供される。システムはまた、ベースライン濃度に対する１つまたは複数の対象分子の濃度の変化を引き起こすために生理学的摂動を誘導するために、エネルギー印加装置を介した対象領域へのエネルギーの印加を制御するように構成されたコントローラを含む。コントローラはまた、１つまたは複数の対象分子の濃度を示す情報を受信し、ある期間内のベースライン濃度に対する１つまたは複数の対象分子の濃度の変化に基づいて、被験体が２つ以上のカテゴリから選択されるカテゴリにあると決定するように構成される。

別の実施形態では、被験体に生理学的摂動を誘導する方法が提供される。方法は、エネルギー印加装置を被験体の対象領域に向けるステップと、エネルギーを対象領域に印加して、印加の結果として、対象領域内の少なくとも１つの軸索終末の活動を調節するステップと、摂動後の１つまたは複数の時点における摂動の１つまたは複数の特徴を評価するステップと、評価に基づいて、被験体の臨床状態の表示を提供するステップとを含む。

別の実施形態では、第１の器官の第１の対象領域および第２の器官の第２の対象領域にエネルギーを印加するように構成されたエネルギー印加装置を含む調節システムが提供される。システムはまた、コントローラであって、エネルギー印加装置を介した第１の対象領域へのエネルギーの第１の印加を制御して、エネルギーの第１の印加の結果として第１の摂動を引き起こし、第１の摂動特徴を示す情報を受信し、エネルギー印加装置を介した第２の対象領域へのエネルギーの第２の印加を制御して、エネルギーの第２の印加の結果として第２の摂動を引き起こし、第２の摂動特徴を示す情報を受信し、第１の摂動特徴および第２の摂動特徴に基づいて、被験体の臨床状態を決定し、臨床状態の表示を提供するように構成されている、コントローラを備える。

別の実施形態では、被験体の生理学的摂動を評価する方法が提供される。方法は、神経調節を介して被験体内の近似された絶食状態を引き起こすために、被験体内の対象領域に超音波エネルギーを印加するステップと、近似された絶食状態にある被験体からグルコースおよびインスリン濃度データを受信するステップと、データをモデルに適用することであって、モデルが、複数の正常な被験体についての近似された絶食状態におけるグルコースとインスリンの濃度間の関係に基づく、ステップと、モデルを使用して被験体のインスリン抵抗性の表示を受信するステップと、表示に基づいて処置推奨を提供するステップとを含む。

本発明のこれらおよび他の特性、態様、および利点は、以下の詳細な説明が、図面全体にわたって同様の文字が同様の部分を表す添付の図面を参照して読まれるときに、よりよく理解されるであろう。

本開示の実施形態によるパルス発生器を使用する神経調節システムの概略図である。 本開示の実施形態による神経調節システムのブロック図である。 神経調節の概略図である。 本開示の実施形態による神経調節技術の流れ図である。 本開示の実施形態による神経調節技術の流れ図である。 本開示の実施形態による神経調節技術の流れ図である。 本開示の実施形態による動作中の超音波エネルギー印加装置の概略図である。 本開示の実施形態による、標的化された生理学的摂動を達成するための超音波エネルギー印加のための実験設定の概略図である。 本開示の実施形態による超音波エネルギー印加の実験タイムラインである。 本開示の実施形態によるＺｕｃｋｅｒ－ＨＦＤ動物２型糖尿病モデルにおける超音波エネルギー印加後の循環グルコース濃度を示す図である。 図１０の実験タイムライン中の動物における食物消費を示す図である。 図１０の実験タイムライン中の動物における処置動物対対照動物の体重増加率の変化を示す図である。 図１０の実験タイムライン中の動物における本開示の実施形態による神経調節技術に基づくモデルを使用した、インスリン抵抗性の修正された恒常性モデル評価スコアを示す図である。 本開示の実施形態による神経調節技術の流れ図である。 高インスリン抵抗性被験体における本開示の実施形態による神経調節摂動に対する応答および回復のプロファイルを示す。 低インスリン抵抗性被験体における本開示の実施形態による神経調節摂動に対する応答および回復のプロファイルを示す。 低インスリン抵抗性被験体における本開示の実施形態による神経調節摂動に対する応答および回復のプロファイルを示す。 本開示の実施形態による神経調節技術の流れ図である。 ＬＰＳ曝露後の処置群対対照群のＴＮＦ ｍＲＮＡ発現を示す図である。 ＬＰＳ曝露後の処置群対対照群における様々なマーカのｍＲＮＡ発現を示す図である。 物質または病原体への曝露後の神経調節に基づく応答の変化を評価するためのベースラインおよび潜在的曝露後データを取得するための例示的なプロトコルを示す図である。

１つまたは複数の具体的な実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装形態のすべての特性が本明細書に記載されているわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトのような実際の実装形態の開発では、開発者の特定の目標を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など、実装形態に固有の多数の決定をしなければならないが、これらの制約条件は実装形態ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、そのような開発努力は複雑で時間がかかることがあるが、それにもかかわらず、本開示の恩恵を受ける当業者にとっては設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。

本明細書で与えられる任意の例または例示は、それらが使用される任意の１つまたは複数の用語に対する制限、限定、または定義を表すものと決して見なされるべきではない。代わりに、これらの例または図は、様々な特定の実施形態に関して説明されていると見なされるべきであり、例示のみであると見なされるべきである。当業者であれば、これらの例または図に利用される任意の１つまたは複数の用語は、それらと共にまたは本明細書の他の場所で与えられても与えられなくてもよい他の実施形態を包含し、すべてのそのような実施形態は、その１つまたは複数の用語の範囲内に含まれることが意図されることを理解するであろう。そのような非限定的な例および図を指定する言語は、「例えば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ）」、「例えば（ｆｏｒ ｉｎｓｔａｎｃｅ）」、「など（ｓｕｃｈ ａｓ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「特定の実施形態では（ｉｎ ｃｅｒｔａｉｎ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、「いくつかの実施形態では（ｉｎ ｓｏｍｅ ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔｓ）」、および「一実施形態では（ｉｎ ｏｎｅ（ａｎ）ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」を含むが、これらに限定されない。

本明細書では、標的化された対象領域の神経調節を介した生理学的摂動のための、および調節の結果である標的化された生理学的摂動を引き起こすための技術が提供される。そのような生理学的摂動は、制御された環境における摂動に対する被験体の応答を評価するために有用であり得る。例えば、生理学的摂動は、代謝経路を摂動の効果に調整させて恒常性を達成することができる。応答の質または有効性は、被験体の全体的な状態の尺度であり得る。一実施形態では、神経調節は、生理学的変化を誘導するための他の技術（例えば、運動ストレス試験、薬剤投与）に対して代替的または追加的に使用される。薬剤は生理学的システムを乱す可能性があるが、それらの効果は、患者の併存症の変動性、または薬剤に応答し、検査される系統に接続されていない生理学的プロセスの変動性のために、被験体ごとに異なり得る。例えば、特定の被験体は、薬物代謝経路における薬理遺伝学的差異のために、異なる速度で薬剤を代謝し得る。代謝速度の差は、薬剤効果の差をもたらし得る。したがって、薬剤を使用するそのような試験は、特定の臨床状態を有する患者を識別することができない場合がある。すなわち、特定の患者は、既存の指標または応答タイプのモデルに適合することが困難な応答を有し得る。

生理学的摂動を引き起こすために適用される神経調節を標的化することができ、医療提供者が所望の変化を誘発し、摂動の１つまたは複数の特徴を評価することを可能にする。そのような特徴は、摂動に応答した１つまたは複数の対象分子の濃度の変化および回復までの時間（例えば、生理学的摂動の持続性の評価）を含み得る。したがって、摂動の評価された特徴は、１つまたは複数の対象分子の所定のベースライン濃度を達成するための所定の期間および／または総時間にわたる１つまたは複数の対象分子の濃度の変化であり得る。特定の実施形態では、評価に基づいて、臨床状態の診断を行うことができ、および／または被験体への処置もしくは処置推奨を提供することができる。

対象領域の神経調節は、健康なまたは罹患した被験体において生理学的摂動を引き起こし得る。一実施形態では、被験体に特徴的な変化を引き起こさない神経調節は、臨床状態または疾患診断に関連し得る。別の実施形態では、異なる臨床状態またはカテゴリは、神経調節に対する特定の特徴的な応答に関連付けられ得る。すなわち、対象領域へのエネルギーの印加および摂動に対する予測される生理学的応答の欠如は、健康な患者のように神経調節に応答することができない代謝経路または炎症性／抗炎症性経路を含む罹患器官を示し得る。一例では、循環インスリンレベルの結果としての増加を伴わずに膵臓に印加される神経調節エネルギーは、もはやインスリンを産生することができない非応答性被験体を示す。したがって、神経調節療法は機能せず、インスリンが提供されるべきであるという処置推奨が提供され得る。

摂動は、運動、薬剤の投与、および／または食事の変更（絶食）などの挑戦によって誘発され得るが、そのような摂動は、典型的には広範で、標的化されていない。対照的に、本明細書で提供されるように、神経調節は、標的化された、または予測可能な生理学的摂動を引き起こすために、体内の１つまたは複数の特定の構造を標的とすることができる。さらに、複数の器官が代謝プロセスに関与し得る限り、特定の器官における１つまたは複数の対象領域の神経調節は、機能障害であり得る経路の部分を識別するのに有益であり得る。

本明細書で提供されるように、神経調節は、対象領域内の軸索終末における活動の調節を介して生理学的摂動を誘導し得る。標的化された領域または対象領域は、非神経細胞または流体とシナプスを形成する軸索終末を有する体内の任意の組織または構造であり得る。一例では、対象領域は、脾臓、肝臓、膵臓、または胃腸組織などの器官または構造内にあってもよい。別の例では、対象領域はリンパ系組織内にあり得る。対象領域の神経調節は、対象領域の外側にエネルギーを印加することなく、対象領域のみにエネルギーを局所的、限定的、かつ非切除的に印加することを可能にする。エネルギー印加は、標的化された対象領域の外側、例えば、対象領域を含む同じ器官、組織もしくは構造、または標的化された対象領域を含まない他の器官および構造において遠心性摂動を誘発し得る。いくつかの実施形態では、求心性効果は、例として視床下部の領域で誘導され得る。エネルギー印加はまた、エネルギー印加部位の上流の標的神経に沿って求心性効果を誘発し得る。いくつかの実施形態では、標的化された対象領域（単数または複数）外の効果は、効果が誘発される対象領域（単数または複数）外の領域に直接エネルギーを印加することなく達成することができる。したがって、局所エネルギー印加を使用して、局所効果、下流効果、および／または上流効果を含み得る全身的な摂動を実現または達成することができる。

開示された技術は、外部または体外の供給源を使用して身体の生理学的プロセスの摂動を発揮して、被験体に標的化された生理学的摂動を引き起こすために使用され得る。標的化された対象領域に対する神経調節を介して、生理学的プロセスを変更、減速、停止、または逆転させることができる。また、グルコース調節などの生理学的プロセスの動的平衡または恒常性を乱す、もしくは一時的にチャレンジするため、または生理学的システムを刺激して恒常状態に戻すため、被験体に適用され得る技術も本明細書で提供される。標的化された対象領域に対する神経調節は、生理学的プロセスの変化を発揮して、被験体における１つまたは複数の生理学的経路を中断、減少、または増強して、所望の生理学的摂動をもたらし得る。

本明細書で論じられる神経調節技術は、神経調節された被験体に生理学的摂動を引き起こすために使用され得る。生理学的摂動は、エネルギーが印加された対象領域または組織における局所的変化、ならびに神経調節の結果である全身的な変化を含み得る。特定の実施形態では、摂動の１つまたは複数の特徴は、本技術の一部として評価され得る。これらの変化は、１つまたは複数の対象分子の変化、被験体の生理学的パラメータの変化、被験体の１つまたは複数の組織構造の変位、拡大、または他の形態学的変化、被験体の細胞集団の変化、血液または他の流体の流れパラメータの変化などを含み得る。一実施形態では、生理学的摂動は、対象分子の濃度の変化（例えば、増加、減少）および／または対象分子の特徴の変化を引き起こす。すなわち、摂動は、組織産生の選択的調節または１つもしくは複数の対象分子（例えば、第１の対象分子、第２の対象分子など）の放出を含むことがあり、１つまたは複数の組織（例えば、第１の組織、第２の組織など）における１つまたは複数の対象領域（例えば、第１の対象領域、第２の対象領域など）へのエネルギー印加の結果として、分子の濃度（循環、組織）または特徴（共有結合修飾）の調節または影響を指し得る。対象分子の調節は、発現、分泌、タンパク質の転移および直接的な活動変化などの分子の特徴の変化を含み得る。調節は、神経活動および機能自体を駆動するか、または神経活動もしくは非神経細胞内の直接活性化に由来する分子の結果として隣接する非神経細胞の調節のいずれかに対するイオンチャネルへの印加エネルギーの効果に基づいて駆動され得る。対象分子の調節はまた、神経調節の結果として予想される濃度の変化または変動が起こらないように、分子の所望の濃度を維持することを指す場合がある。対象分子の調節は、酵素媒介共有結合修飾（リン酸化、アセチル化、リボシル化などの変化）などの分子特徴の変化を引き起こすことを指し得る。すなわち、対象分子の選択的調節は、分子濃度および／または分子特徴を指し得ることを理解されたい。対象分子は、炭水化物（単糖類、多糖類）、脂質、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）、またはタンパク質のうちの１つまたは複数などの生物学的分子であり得る。特定の実施形態では、対象分子は、ホルモン（アミンホルモン、ペプチドホルモン、またはステロイドホルモン）などのシグナル伝達分子であり得る。

本明細書に記載される特定の実施形態は、代謝機能障害の診断のための神経調節技術を提供する。一実施形態では、診断は、グルコース代謝機能障害および関連障害の有無であり得る。グルコース調節は複雑であり、異なる局所的および全身的代謝経路を伴う。標的化された対象領域（単数または複数）にエネルギーを印加すると、グルコース調節に影響を及ぼすこれらの代謝経路に特徴的な変化が生じる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の対象領域での調節を使用して、糖尿病（すなわち、１型または２型糖尿病）、高血糖症、高脂血症、敗血症、外傷、感染症、生理学的ストレス、糖尿病関連認知症、肥満、または他の摂食障害もしくは代謝障害を含むがこれらに限定されない障害を識別することができる。一例では、生理学的ストレスは、様々な急性病状（感染症、重篤な傷害／外傷、心臓発作、バイパス）ならびに高血糖症を呈する外科的症例を含むように医学的に定義され得る。神経調節を介した標的化された摂動は、血液または組織中の糖調節ホルモンの変化を誘導して、グルコース濃度からの逸脱を引き起こし得る。神経調節を介した標的化された摂動はまた、代謝生理学的制御系内の感覚またはエフェクタニューロンの活動の変化を誘導することがあり、この系の応答は、イメージング（例えば、ＭＲＩ）または電気的記録（例えば、ＥＣＧ）または他の生理学的モニタリングによって分析され得る。神経調節の結果としてのこれらの系への変化は、健康な患者と疾患患者とで異なり得る。健康な被験体では、グルコース濃度が正常に戻るように、摂動を経時的にクリアにすることができる。さらに、生理学的摂動を使用して、疾患診断を受けていないが前糖尿病である被験体を識別することができる。１つの実施形態において、生理学的摂動は、インスリン抵抗性を有する被験体を識別するために使用され、この被験体は、糖尿病性であると識別されることも、されないこともある。

本明細書に記載される特定の実施形態は、炎症および免疫機能ならびに関連障害の制御の診断のための神経調節技術を提供する。免疫細胞の炎症状態および活動状態の調節は、異なる局所および全身の神経経路、体液経路、および細胞経路を含む。標的化された対象領域へのエネルギーの印加は、循環するサイトカインおよび神経伝達物質の濃度、したがって免疫細胞の活動および状態に影響を及ぼすこれらの炎症経路および抗炎症経路の特徴的な変化を引き起こす。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の対象領域での調節を使用して、関節リウマチ、過敏性腸疾患、乾癬、または他の慢性炎症性もしくは関連障害を含むがこれらに限定されない障害を識別することができる。神経調節を介した標的化された摂動は、血液または組織中の炎症性サイトカイン、ホルモン、または神経伝達物質などの免疫マーカの変化を誘導して、内在するまたは循環する免疫細胞の活動変化を引き起こし得る。神経調節を介した標的化された摂動はまた、炎症制御系内の感覚またはエフェクタニューロンの活動の変化を誘導することがあり、この系の応答は、イメージングまたは電気的記録によって分析され得る。神経調節の結果としてのこれらの系への変化は、健康な患者と疾患患者とで異なり得る。健康な患者では、摂動は生理学への一時的な変化、またはより小さい変化を引き起こす可能性があり、疾患患者では摂動がより長く続く可能性がある。さらに、生理学的摂動を使用して、現在の疾患診断を受けていない患者、または発症前の患者もしくは慢性炎症性疾患を発症している患者を識別することができる。

その目的のために、本技術は、測定可能な生理学的摂動（例えば、循環分子濃度の変化または一連の濃度変化が特徴的な生理学的プロファイルを形成する）をもたらす変化を引き起こすためのエネルギー源によるエネルギーの直接印加を介した組織内の軸索終末におけるシナプスの標的化された調節に関する。標的化されたシナプスは、シナプス前軸索終末とシナプス後非神経細胞との間に形成された軸索外細胞シナプスを含み得る。さらに、特定の開示された実施形態が軸索外細胞シナプスの文脈で論じられているが、軸索終末は軸索分泌、軸索シナプス、軸索細胞体間または軸索外細胞シナプスを形成することがあり、追加的または代替的に、本明細書で提供されるように、これらのシナプス型は選択的に調節されると考えられることを理解されたい。さらに、特定の軸索終末は、調節の結果として神経伝達物質放出も経験し得る間質液または体液で終結し得る。開示されたシナプスは、エネルギー印加の結果として、シナプスにおける活動、例えばシナプス前軸索終末からの神経伝達物質の放出を変化させるように調節され得る。したがって、活動の変化は、所望のまたは標的化された生理学的摂動に関連する生理学的変化の全体的プロファイルを引き起こす局所的効果および／または非局所的（例えば、全身的）効果をもたらし得る。本技術は、特定の軸索終末を含む組織の体積にエネルギーを標的化して集束させ、標的化された軸索終末を優先的に直接活性化して所望の生理学的摂動を達成することを可能にする。このようにして、特定の実施形態では、同じ器官または組織構造内にあるが対象領域の外側にある軸索終末は活性化されないが、対象領域内の標的化された軸索終末は活性化される。器官および組織構造は、異なるタイプのシナプス後非神経細胞とシナプスを形成する異なるタイプの軸索終末を含み得るので、活性化されると所望の標的化された生理学的摂動をもたらす特定のタイプの軸索終末を含む対象領域が選択され得る。したがって、調節は、シナプス前ニューロンタイプ、シナプス後細胞タイプ、またはその両方に基づいて特定のタイプの軸索終末を標的とし得る。

例えば、一実施形態では、軸索終末の種類は、内在性（すなわち、組織内在性または非循環性）肝臓、膵臓、または胃腸組織細胞と軸索外細胞シナプスを形成する軸索終末であり得る。すなわち、軸索外細胞シナプスは、軸索終末と非神経細胞または間質液もしくは体液との間の接合部に形成される。したがって、エネルギーの印加は、対象領域における機能の調節をもたらす。しかしながら、軸索終末型の集団および軸索外細胞シナプスのシナプス前ニューロン型およびシナプス後細胞（例えば、免疫細胞、リンパ細胞、粘膜細胞、筋肉細胞など）の特徴に基づいて、異なる標的化された生理学的効果が達成され得ることを理解されたい。さらに、上述したように、軸索終末は、調節の結果として神経伝達物質放出も経験し得る間質液または体液で終結し得る。したがって、被験体の組織内の対象領域にエネルギーを印加すると、対象領域内の軸索終末（および該当する場合、それらの関連する軸索外細胞シナプス）が活性化され得るが、対象領域の外側の非標的軸索終末（および関連シナプス）は影響を受けないことがある。しかしながら、調節は全身効果をもたらし得るので、対象領域の外側の非標的軸索終末には、対象領域内の軸索終末の活性化の結果としてある一定の全身変化が発生し得る。本明細書で提供されるように、優先的活性化または直接活性化は、エネルギーの直接印加（例えば、エネルギーは、細胞または構造体に直接印加される）を受ける、対象領域内にある細胞または構造（例えば、シナプス）を指し得る。例えば、対象領域内の軸索終末、軸索外細胞シナプス、および／またはシナプス後非神経細胞、または本明細書で提供される印加エネルギーを直接受け得る間質液もしくは体液である。エネルギー印加の結果として生理学的変化を受ける領域であっても、直接的なエネルギー印加を受けない対象領域の外側の領域とは対照的に、優先的または直接的な活性化が考慮され得る。

神経調節は、外部エネルギー源からのエネルギーを神経系の特定の領域に適用して、神経もしくは神経機能を活性化もしくは増大させ、および／または神経もしくは神経機能を遮断もしくは減少させる技術である。特定の神経調節技術では、１つまたは複数の電極が標的神経またはその近くに印加され、エネルギーの印加は神経（例えば、活動電位として）を通って運ばれ、エネルギー印加部位の下流の領域で生理学的応答を引き起こす。しかしながら、神経系は複雑であるため、所与のエネルギー印加部位に対する生理学的応答の範囲および最終的な終点を予測することは困難である。一例では、軸索終末の刺激は、神経伝達物質／神経ペプチドを放出するか、または分泌細胞または他の細胞などの隣接する非神経細胞の近傍で変化した神経伝達物質放出を誘導し、シナプス後細胞を含む隣接または近傍の非神経細胞の細胞活動を調節する。

本技術の利点は、被験体の状態を評価するために使用され得る生理学的摂動を達成するための組織の対象領域での局所調節を含む。さらに、局所調節は、これらの効果を達成するために、組織の比較的小さな領域（例えば、全組織体積の２５％未満）の直接的な活性化を含み得る。このようにして、所望の生理学的摂動を達成するための総印加エネルギーは比較的小さい。特定の実施形態では、印加エネルギーは、非侵襲的体外エネルギー源（例えば、超音波エネルギー源、機械的振動子）からのものであり得る。例えば、集束エネルギープローブは、被験体の皮膚を通してエネルギーを印加することができ、内部組織の対象領域に集束される。そのような実施形態は、侵襲的処置なしに、または他のタイプの処置または治療に関連し得る副作用なしに、所望の生理学的摂動を達成する。

特定の実施形態では、エネルギー印加の集束部位、例えば、軸索終末での誘導された生理学的摂動、例えば神経伝達物質放出が、活動電位に応答するのではなく、エネルギー印加に応答して引き起こされるように、エネルギー源（例えば、外部または体外エネルギー源）からのエネルギーが軸索終末に印加される、神経調節のための技術が提供される。すなわち、軸索終末への直接的なエネルギーの印加は、活動電位の代わりに作用して、非神経細胞との神経接合部（すなわち、シナプス）への神経伝達物質の放出を促進する。軸索終末に直接エネルギーを印加すると、シナプス内の軸索終末（例えば、軸索外細胞シナプス）から隣接する非神経細胞の近傍への変化した神経伝達物質の放出をさらに誘導する。一実施形態では、エネルギー源は、超音波エネルギー源または機械的振動子などの体外エネルギー源である。このようにして、非侵襲的かつ標的化された神経調節は、活動電位を誘発して下流部位標的に伝播させ、下流標的を活性化させる、上流部位での刺激を介してではなく、エネルギー集中部位で直接達成され得る。

特定の実施形態では、標的組織は、電極を用いた電気刺激技術を使用してアクセスすることが困難な内部組織または器官である。想定される組織標的には、胃腸（ＧＩ）組織（胃、腸）、筋肉組織（心臓、平滑および骨格）、上皮組織（表皮、器官／ＧＩ内層）、結合組織、腺組織（外分泌／内分泌）、器官組織などが含まれる。一例では、神経筋接合部でのエネルギーの集中的な印加は、上流の活動電位なしで神経筋接合部での神経伝達物質の放出を促進する。一実施形態では、調節のための企図される標的または対象領域は、インスリン放出の制御を担う膵臓の一部またはグルコース調節を担う肝臓の部分を含み得る。別の実施形態では、企図される対象領域は肝臓に位置してもよい。別の実施形態では、企図される対象領域は脾臓に位置してもよい。しかしながら、これらの実施形態は一例であることを理解されたい。

その目的のために、開示された神経調節技術は、神経調節システムと共に使用され得る。図１は、エネルギーの印加に応答して神経伝達物質の放出を達成し、および／またはシナプスの成分（例えば、シナプス前細胞、シナプス後細胞）を活性化するための、神経調節のためのシステム１０の概略図である。図示のシステムは、エネルギー印加装置１２（例えば、超音波トランスデューサ）に結合されたパルス発生器１４を含む。エネルギー印加装置１２は、例えばリード線または無線接続を介してエネルギーパルスを受信するように構成されており、使用時には被験体の内部組織または器官の対象領域に向けられ、その結果、標的化された生理学的摂動がもたらされる。特定の実施形態では、パルス発生器１４および／またはエネルギー印加装置１２は、生体適合性部位（例えば、腹部）に埋め込まれてもよく、１つまたは複数のリード線は、エネルギー印加装置１２とパルス発生器１４とを内部で結合する。例えば、エネルギー印加装置１２は、容量性マイクロマシン超音波トランスデューサなどのＭＥＭＳトランスデューサであってもよい。

特定の実施形態では、エネルギー印加装置１２および／またはパルス発生器１４は、例えばパルス発生器１４に命令を順番に提供することができるコントローラ１６と無線で通信することができる。他の実施形態では、パルス発生器１４は、体外装置であってもよく、例えば、被験体の体外の位置から経皮的または非侵襲的にエネルギーを印加するように動作してもよく、特定の実施形態では、コントローラ１６内に組み込まれてもよい。パルス発生器１４が体外である実施形態では、エネルギー印加装置１２は、介護者によって操作され、エネルギーパルスが所望の内部組織に経皮的に送達されるように、被験体の皮膚上または上方の地点に配置されてもよい。所望の部位にエネルギーパルスを印加するように配置されると、システム１０は、標的化された生理学的摂動または臨床効果を達成するために神経調節を開始することができる。

特定の実施形態では、システム１０は評価装置２０を含んでもよく、評価装置２０は、コントローラ１６に結合され、調節の標的化された生理学的摂動が達成されたかどうかを示す特徴を評価する。一実施形態では、標的化された生理学的摂動は局所的であり得る。例えば、調節は、組織構造の変化、特定の分子の濃度の局所的な変化、組織の変位、流体の動きの増加などの局所的な組織または機能の変化をもたらし得る。

調節は、全身的または非局所的な変化をもたらすことがあり、標的化された生理学的摂動は、循環分子の濃度の変化またはエネルギーが直接印加された対象領域を含まない組織の特徴の変化に関連し得る。一例では、組織変位は、所望の調節の代理測定であり得、期待される変位値未満の変位測定値は、期待される変位値が誘導されるまで調節パラメータの修正をもたらすことができる。したがって、評価装置２０は、いくつかの実施形態では、分子濃度または活動の変化を評価するように構成されてもよい。例えば、評価装置２０は、対象分子用の化学センサを含むことができる。いくつかの実施形態では、評価装置２０は、器官のサイズおよび／または位置の変化、体液流の変化、ＲＮＡもしくはタンパク質の発現変化、または生理学的摂動の他の指標を評価するように構成された撮像装置であってもよい。別の実施形態では、評価装置２０は、間質液グルコースを測定する循環グルコースモニタおよび／または連続グルコースモニタであってもよい。評価装置２０は、全身の変化を識別するために被験体の画像データを取得することができるＭＲＩ装置または他の装置であってもよい。評価装置２０は、ＥＣＧまたは他の生理学的モニタであってもよい。システム１０の図示された要素は別々に示されているが、要素の一部またはすべてが互いに組み合わされてもよいことを理解されたい。さらに、要素の一部またはすべては、互いに有線または無線方式で通信することができる。

評価に基づいて、コントローラ１６の調節パラメータを変更することができる。例えば、所望の調節が、定義された時間窓（例えば、エネルギー印加の処置を開始してから５分後、３０分後）内の、または処置の開始時のベースラインに対する濃度（循環濃度または１つもしくは複数の分子の組織濃度）の変化に関連する場合、パルス周波数または他のパラメータなどの調節パラメータの変化が所望されることがあり、これは、パルス発生器１４のエネルギー印加パラメータまたは調節パラメータを定義または調整するために、オペレータによってまたは自動フィードバックループを介してコントローラ１６に順番に提供され得る。

本明細書で提供されるシステム１０は、様々な調節パラメータに従ってエネルギーパルスを提供することができる。例えば、調節パラメータは、連続的から断続的に及ぶ様々な刺激時間パターンを含むことができる。断続的な刺激では、信号オン時間中に一定の周波数で一定期間エネルギーが送達される。信号オン時間の後に、信号オフ時間と呼ばれる、エネルギー供給がない期間が続く。調節パラメータはまた、刺激印加の頻度および持続時間を含むことができる。印加頻度は、連続的であってもよく、または例えば１日以内または１週間以内の様々な期間に送達されてもよい。一例では、調節は、時刻（朝、夕、夜）または食事（絶食、非絶食）に対して指定することができる。生理学的摂動を引き起こすための処置期間は、限定はしないが、数分から数時間を含む様々な期間続くことができる。特定の実施形態では、指定された刺激パターンによる処置の持続時間は１時間続き、例えば７２時間間隔で繰り返されてもよい。特定の実施形態では、エネルギーは、より高い頻度、例えば３時間ごとに、より短い持続時間で、例えば３０分間送達され得る。処置の持続時間および頻度などの調節パラメータに従って、エネルギーの印加は、所望の結果を達成するように調整可能に制御され得る。

図２は、システム１０の特定の構成要素のブロック図である。本明細書で提供されるように、神経調節のためのシステム１０は、被験体の組織に印加するための複数のエネルギーパルスを生成するように適合されたパルス発生器１４を含み得る。パルス発生器１４は別個であってもよく、またはコントローラ１６などの外部装置に統合されてもよい。コントローラ１６は、装置を制御するためのプロセッサ３０を含む。ソフトウェアコードまたは命令は、コントローラ１６のメモリ３２に記憶され、プロセッサ３０によって実行されて装置の様々な構成要素を制御する。コントローラ１６および／またはパルス発生器１４は、１つまたは複数のリード線３３を介してまたは無線でエネルギー印加装置１２に接続することができる。

コントローラ１６はまた、臨床医が選択入力または調節パラメータを調節プログラムに提供することを可能にするように適合された入出力回路３４およびディスプレイ３６を有するユーザインタフェースを含む。各調節プログラムは、パルス振幅、パルス幅、パルス周波数などを含む１組以上の調節パラメータを含むことができる。パルス発生器１４は、コントローラ装置１６からの制御信号に応答してその内部パラメータを変更して、エネルギー印加装置１２が印加される被験体にリード線３３を介して伝達されるエネルギーパルスの刺激特徴を変える。限定はしないが、定電流、定電圧、多重独立電流または電圧源などを含む任意の適切なタイプのパルス発生回路を使用することができる。印加されるエネルギーは、電流振幅とパルス幅持続時間の関数である。コントローラ１６は、調節パラメータを変更すること、および／またはある一定の時間にエネルギー印加を開始すること、またはある一定の時間にエネルギー印加をキャンセル／抑制することによって、エネルギーを調整可能に制御することを可能にする。一実施形態では、エネルギー印加装置の調整可能な制御は、被験体における１つまたは複数の分子の濃度に関する情報（例えば、循環分子）に基づく。情報が評価装置２０からのものである場合、フィードバックループが調整可能な制御を駆動することができる。例えば、神経調節に応答して、評価装置２０によって測定された循環グルコース濃度に基づいて診断を行うことができる。濃度が所定の閾値または範囲を上回ると、コントローラ１６は、対象領域（例えば、肝臓）へのエネルギー印加の処置プロトコルを開始し、循環グルコースの減少に関連する調節パラメータを用いてもよい。処置プロトコルは、診断プロトコルで使用されるものとは異なる調節パラメータ（例えば、より高いエネルギーレベル、より頻繁な印加）を使用することができる。コントローラは、対象領域（例えば脾臓または免疫組織）へのエネルギー印加の処置プロトコルを開始し、循環サイトカインまたは免疫細胞数、活動、または表現型の増加または減少に関連する調節パラメータを用いてもよい。

一実施形態では、メモリ３２は、オペレータによって選択可能な異なる動作モードを記憶する。例えば、記憶された動作モードは、肝臓、膵臓、消化管、脾臓における対象領域などの特定の処置部位に関連する１組の調節パラメータを実行するための命令を含むことができる。異なる部位は、異なる関連する調節パラメータを有し得る。オペレータに手動でモードを入力させるのではなく、コントローラ１６は、選択に基づいて適切な命令を実行するように構成されてもよい。別の実施形態では、メモリ３２は、異なるタイプの処置のための動作モードを記憶する。例えば、活性化は、組織機能の抑制または遮断に関連するものと比較して、異なる刺激圧力または周波数範囲に関連し得る。特定の例では、エネルギー印加装置が超音波トランスデューサである場合、時間平均電力（時間平均強度）およびピーク正圧は、１ｍＷ／ｃｍ２～３０，０００ｍＷ／ｃｍ２（時間平均強度）および０．１ＭＰａ～７ＭＰａ（ピーク圧力）の範囲内である。一例では、時間平均強度は、熱損傷およびアブレーションまたはキャビテーションに関連するレベルを回避するために、対象領域において３５Ｗ／ｃｍ２未満である。別の特定の例では、エネルギー印加装置が機械的アクチュエータである場合、振動の振幅は０．１～１０ｍｍの範囲内である。選択される周波数は、エネルギー印加のモード、例えば超音波または機械的アクチュエータに依存し得る。コントローラ１６は、診断プロトコルモードで動作することができ、診断の結果は、処置動作モードへの変更を誘発することができる。例えば、診断モードは、比較的短い時間窓（１時間）内に１回または繰り返し神経調節エネルギーを印加することができ、処置動作モードは、処置プロトコル中に繰り返し神経調節事象（例えば、毎日、毎時）を含むことができる。

システムはまた、エネルギー印加装置１２の集束を容易にする撮像装置を含むことができる。一実施形態では、撮像装置は、異なる超音波パラメータ（周波数、開口、またはエネルギー）が、対象領域を選択する（例えば、空間的に選択する）ために、ならびに標的化およびその後の神経調節のためにエネルギーを選択した対象領域に集束させるために、印加されるように、エネルギー印加装置１２と一体化されてもよく、またはエネルギー印加装置１２と同じ装置でもよい。別の実施形態では、メモリ３２は、器官または組織構造内の対象領域を空間的に選択するために使用される１つまたは複数のターゲティングモードまたはフォーカシングモードを記憶する。空間選択は、対象領域に対応する器官の体積を識別するために器官のサブ領域を選択することを含むことができる。空間選択は、本明細書で提供される画像データに依存し得る。空間的選択に基づいて、エネルギー印加装置１２は、対象領域に対応する選択された体積に集束され得る。例えば、エネルギー印加装置１２は、対象領域を識別するために使用される画像データを取込むために使用されるターゲティングモードエネルギーを印加するために、最初にターゲティングモードで動作するように構成されてもよい。ターゲティングモードエネルギーは、優先的活性化に適したレベルではない、および／または調節パラメータで印加されていない。しかしながら、対象領域が識別されると、コントローラ１６は、優先的活性化に関連する調節パラメータに従って処置モードで動作することができる。

コントローラ１６はまた、調節パラメータの選択に対する入力として、標的とする生理学的摂動に関連する入力を受信するように構成されてもよい。例えば、撮像モダリティが組織の特徴を評価するために使用される場合、コントローラ１６は、特徴の計算された指標またはパラメータを受信するように構成され得る。指標またはパラメータが所定の閾値を上回るか下回るかに基づいて、診断を行うことができ、診断の表示を（例えば、ディスプレイを介して）提供することができる。一実施形態では、パラメータは、罹患組織の組織変位の尺度または患部組織の深さの尺度であり得る。他のパラメータは、１つまたは複数の対象分子の濃度を評価することを含み得る（例えば、閾値またはベースライン／制御に対する濃度の変化、変化率の１つまたは複数を評価すること、濃度が所望の範囲内にあるかどうかを決定すること）。さらに、エネルギー印加装置１２（例えば、超音波トランスデューサ）は、コントローラ１６の制御下で動作して、ａ）標的組織内の対象領域を空間的に選択するために使用され得る組織の画像データを取得し、ｂ）対象領域に調節エネルギーを印加し、ｃ）標的化された生理学的摂動が発生したことを（例えば、変位測定を介して）決定するために画像を取得することができる。そのような実施形態では、撮像装置、評価装置２０、およびエネルギー印加装置１２は、同じ装置であってもよい。

図３は、エネルギー印加装置１２が、標的組織４３、例えば肝臓、脾臓、膵臓にエネルギーを印加することができる超音波トランスデューサ４２を含む特定の例である。エネルギー印加装置１２は、超音波トランスデューサ４２を制御するための制御回路を含むことができる。プロセッサ３０（図２）の制御回路は、（例えば、統合コントローラ１６を介して）エネルギー印加装置１２と一体であってもよく、別個の構成要素であってもよい。超音波トランスデューサ４２はまた、所望のまたは標的化された対象領域を空間的に選択し、印加されたエネルギーを標的組織または構造の対象領域に集束させるのを助けるために画像データを取得するように構成されてもよい。

所望の標的組織４３は、軸索終末のシナプスおよび非神経細胞を含む内部組織または器官であり得る。シナプスは、標的組織４３の対象領域４４に集束された超音波トランスデューサ４２の焦点領域内の軸索終末にエネルギーを直接印加することによって刺激されて、シナプス空間への分子の放出、例えば神経伝達物質の放出を引き起こし、および／またはイオンチャネル活動の変化が下流効果を順番に引き起こし得る。感覚シナプス（または伝達細胞）はまた、標的組織の対象領域に集束された超音波トランスデューサの集束領域内の周辺終末およびニューロンへのエネルギーの直接印加によって刺激され、ＣＮＳに戻る直接的な神経シグナル伝達を引き起こし得る（すなわち、ＣＮＳ制御中心、神経節、および核への感覚入力を駆動または模倣する）。対象領域は、特定のニューロンタイプの軸索終末および／またはある一定のタイプの非神経細胞とシナプスを形成するものなど、特定のタイプの軸索終末を含むように選択され得る。したがって、対象領域４４は、所望の軸索終末（および関連する非神経細胞）を有する標的組織４３の一部に対応するように選択され得る。エネルギー印加は、シナプス内の神経からの神経伝達物質などの１つまたは複数の分子の放出を優先的に誘発するか、または直接的なエネルギー変換（すなわち、非神経細胞内でのメカノトランスダクションまたは電位活性化タンパク質）を介して非神経細胞自体を直接活性化するか、または所望の生理学的効果を誘発する神経細胞と非神経細胞の両方の中で活性化を引き起こすように選択され得る。対象領域は、器官への神経進入部位として選択されてもよい。一実施形態では、肝臓刺激または調節は、肝門部または肝門部に隣接する対象領域４４の調節を指し得る。

エネルギーは、対象領域４４、および内部組織４３の一部のみ、例えば組織４３の総体積の約５０％未満、約２５％未満、約１０％未満、または約５％未満に集束または実質的に集中させることができる。一実施形態では、標的組織４３内の２つ以上の対象領域４４にエネルギーを印加することができ、２つ以上の対象領域４４の総体積は、組織４３の総体積の約９０％未満、約５０％未満、約２５％未満、約１０％未満、または約５％未満であり得る。一実施形態では、エネルギーは、組織４３の総体積の約１％～５０％のみ、組織４３の総体積の約１％～２５％のみ、組織４３の総体積の約１％～１０％のみ、または組織４３の総体積の約１％～５％のみに印加される。特定の実施形態では、標的組織４３の対象領域４４の軸索終末のみが印加されたエネルギーを直接受け取り、神経伝達物質を放出するが、対象領域４４の外側の刺激されていない軸索終末は実質的なエネルギーを受け取らず、したがって同じ方法で活性化／刺激されない。いくつかの実施形態では、エネルギーを直接受け取る組織の部分の軸索終末は、変更された神経伝達物質放出を誘導する。このようにして、組織サブ領域は、粒状に神経調節の標的とすることができ、例えば、１つまたは複数のサブ領域を選択することができる。いくつかの実施形態では、エネルギー印加パラメータは、エネルギーを直接受け取る組織内の神経成分または非神経成分のいずれかの優先的活性化を誘導して、所望の複合生理学的効果を誘導するように選択することができる。特定の実施形態では、エネルギーは、約２５ｍｍ^３未満の体積内に集束または集中されてもよい。特定の実施形態では、エネルギーは、約０．５ｍｍ^３～５０ｍｍ^３の体積内に集束または集中されてもよい。対象領域４４内にエネルギーを集束または集中させるための焦点体積および焦点深度は、エネルギー印加装置１２のサイズ／構成によって影響を受け得る。エネルギー印加の焦点体積は、エネルギー印加装置１２の焦点領域によって定義されてもよい。

本明細書で提供されるように、エネルギーは、目標とする生理学的摂動を達成するために標的化された方法でシナプスを優先的に活性化するために、対象領域４４のみに実質的に印加することができ、全体的または組織４３全体にわたる不特定なやり方では実質的に印加されない。したがって、組織４３内の複数の異なる種類の軸索終末のサブセットのみが直接エネルギー印加に曝される。開示された技術は、神経調節によって引き起こされる摂動の結果としての被験体の状態の評価に使用され得る。開示された技術は、組織の状態または機能の直接的な評価を、標的化された生理学的摂動として使用することができる。これらの技術はまた、生理学的な神経免疫系、神経ホルモン系、および／または神経反射系の恒常状態もしくは設定点からの逸脱、または恒常状態もしくは設定点への逸脱を検出するために使用され得る。評価は、神経調節の前（すなわち、ベースライン評価）、神経調節中、および／または神経調節後に行われ得る。評価技術は、機能的磁気共鳴画像法、拡散テンソル磁気共鳴画像法、ポジティブエミッショントモグラフィ、音響モニタリング、熱モニタリング、または化学センシング（例えば、免疫化学的検知）のうちの少なくとも１つを含むことができる。評価技術はまた、タンパク質および／または分子濃度評価を含み得る。評価技術からの画像は、自動または手動評価のためにシステムによって受信することができる。画像データに基づいて、調節パラメータを修正することもできる。例えば、器官の大きさまたは変位の変化は、局所神経伝達物質濃度のマーカとして利用され得、表現型調節神経伝達物質への局所細胞の曝露の代理マーカとして、およびグルコース代謝経路に対する予測された効果のマーカとして効果的に使用され得る。局所濃度は、エネルギー印加の焦点領域内の濃度を指すことができる。

追加的または代替的に、システムは、組織中または血液中を循環する１つまたは複数の分子の存在または濃度を評価することができる。組織内の濃度は、局所濃度または常在濃度と呼ばれ得る。組織は、細針吸引物によって取得され得、対象分子（例えば、代謝分子、代謝経路のマーカ、ペプチド伝達物質、カテコールアミン）の存在またはレベルの評価は、当業者に公知の任意の適切な技術によって行われ得る。

他の実施形態では、標的化された生理学的摂動は、組織変位、組織サイズの変化、１つまたは複数の分子（局所、非局所、または循環濃度のいずれか）の濃度の変化、遺伝子またはマーカ発現の変化、求心性活性、および細胞遊走などを含み得るが、これらに限定されない。例えば、組織変位（例えば、肝臓の変位）は、組織へのエネルギー印加の結果として起こり得る。組織変位を（例えば、撮像を介して）評価することによって、他の効果を推定することができる。例えば、特定の変位は、分子濃度の特定の変化に特徴的であり得る。一例では、５％の肝臓の変位は、経験的データに基づいて循環グルコース濃度の所望の減少を示すか、またはそれに関連し得る。別の例では、参照画像データ（組織にエネルギーを印加する前の組織画像）を処置後画像データ（組織にエネルギーを印加した後に撮影された組織画像）と比較して変位のパラメータを決定することによって、組織変位を評価することができる。パラメータは、組織の最大変位値または平均変位値であり得る。変位のパラメータが閾値変位よりも大きい場合、エネルギーの印加は、所望の標的とする生理学的摂動を引き起こした可能性が高いと評価することができる。

１つの例において、本技術は、代謝障害を有する被験体を診断するために使用され得る。本技術はまた、グルコース調節障害を有する被験体を診断および／または処置するために使用され得る。したがって、本技術は、対象分子の恒常性を促進するために、または１つまたは複数の対象分子（例えば、グルコース、インスリン、グルカゴン、またはそれらの組み合わせ）の所望の循環濃度または濃度範囲を促進するために使用され得る。一実施形態では、本技術は、循環（すなわち、血液）グルコースレベルに関連する臨床状態を評価するために使用される。

一実施形態では、グルコース濃度の閾値を使用して、代謝機能障害の診断の一部として正常範囲外または正常範囲内の血中グルコースレベルを識別することができる。
絶食：
５０ｍｇ／ｄＬ（２．８ｍｍｏｌ／Ｌ）未満：インスリンショック
５０～７０ｍｇ／ｄＬ（２．８～３．９ｍｍｏｌ／Ｌ）：低血糖／低血糖
７０～１１０ｍｇ／ｄＬ（３．９～６．１ｍｍｏｌ／Ｌ）：正常
１１０～１２５ｍｇ／ｄＬ（６．１～６．９ｍｍｏｌ／Ｌ）：上昇／障害（前糖尿病）
１２５（７ｍｍｏｌ／Ｌ）：糖尿病
非絶食（食後約２時間後）：
７０－１４０ｍｇ／ｄＬ：Ｎｏｒｍａｌ
１４０～１９９ｍｇ／ｄＬ（８～１１ｍｍｏｌ／Ｌ）：上昇または「境界」／糖尿病
２００ｍｇ／ｄＬ超：（１１ｍｍｏｌ／Ｌ）：糖尿病

しかしながら、本明細書で提供されるように、本技術は、絶食時または非絶食時のグルコース情報が存在しない場合でも、神経調節の結果としての摂動の評価を可能にする。このようにして、患者のノンコンプライアンスまたは誤報は、代謝機能障害の評価に対する交絡因子として排除され得る。すなわち、絶食または非絶食状態が未知の被験体は、その被験体が絶食していない、例えば最近食べたとしても、神経調節を介して、近似または偽絶食状態に摂動され得る。本明細書で提供されるように、近似絶食状態は、神経調節エネルギーが、代謝に関連する対象領域、例えば肝臓、膵臓、ＧＩに印加された（例えば、後１～６時間以内、後３０分以内）後の患者の状態を指し得る。被験体のプロファイルまたは神経調節に対する応答に基づいて、代謝機能障害の有無を識別することができる。

例えば、上記の正常なグルコース範囲は、神経調節によって引き起こされる摂動後のグルコースレベルの変化後の回復までの時間を追跡するための回復標的として使用され得る。別の例では、神経調節後にグルコースレベルの変化を経験しない、上昇した空腹時グルコースレベルを有する被験体は、インスリン産生の不足と診断される（例えば、膵臓障害）。対照的に、同じ被験体が神経調節後にグルコースレベルを有意に（予想される量よりも）低下させる場合、脳制御中心における問題を示し得る（例えば、グルコース設定点）。したがって、１つの実施形態において、摂動に対する応答は、被験体をそれらの特定の応答プロファイル（例えば、グルコースの変化対グルコース濃度の変化の欠如）に基づいて分類することを可能にする。一実施形態では、摂動が誘導され、１つまたは複数の対象分子の濃度が評価される。濃度が閾値より上または下であることに基づいて、被験体は第１のカテゴリまたは第２のカテゴリに分類される。さらに、それらの応答プロファイルは、それらのベースライン状態に対して分類することができる。神経調節誘発摂動後にグルコースの変化を経験しない正常グルコースレベルを有する被験体は、神経調節誘発摂動後にグルコースの変化を経験しない高グルコースレベルを有する被験体（例えば、第２のカテゴリに配置される）とは異なって分類される（例えば、第１のカテゴリに配置される）。したがって、ベースラインに対する変化のレベルを使用して、被験体を分類する。所定の閾値よりも小さいベースラインに対する変化は、第１のカテゴリに関連付けられ、所定の閾値よりも大きい変化は、第２のカテゴリに関連付けられる。開示されたカテゴリは、被験体のための追加のサブカテゴリを含み得ることを理解されたい。

別の例では、本技術は、絶食被験体と非絶食被験体の両方に摂動を引き起こす。したがって、被験体は、食事内容の変更を伴わない診断的神経調節を受けることを好む場合がある。さらに、特定の実施形態では、被験体は、薬剤（例えば、グルコース、インスリン）の静脈内投与を受ける必要もない。

別の例では、本明細書で提供されるように、リンパ組織の神経調節は、免疫活動または機能の摂動をもたらし得る。特定の実施形態では、リンパ節の神経調節は、対側リンパ節と比較してリンパ節の局所的拡大をもたらす。肥大または異常発達は、リンパ管周囲の筋細胞緊張の変化、リンパ節周囲のリンパ管の長期動員および再編成、ならびに／または重要な輸送タンパク質（例えばアクアポリン（水／液体輸送）またはＣＣＬ ２１／ＣＸＣＬ １３分泌（細胞ケモカイン））の変化を含む重要なバリア組織（リンパ節内の高内皮細静脈（ＨＥＶ）など）での分子変化に関連し得る。摂動は、細胞密度、細胞数、および拡大を含むリンパ節組織環境全体の劇的な変化をもたらし得る。さらに、リンパ節の活性化は、局所活性化を拡大または増幅してリンパ系を全身的に活性化する活性化鎖をもたらし得る。すなわち、局所刺激は、リンパ系の下流および上流の活性化をもたらし得る。したがって、局所摂動を使用して、全身性免疫応答を活性化することができる。さらなる摂動には、リンパ液の流れの変化、リンパ組織への／リンパ組織からの免疫細胞輸送、免疫細胞表現型または局所免疫応答の変化、および／またはリンパ組織への／リンパ組織からの抗原輸送が含まれ得る。局所刺激は、リンパ液または免疫細胞の動員における組織または位置特異的増加を可能にし得る。したがって、一実施形態では、リンパ組織の神経調節および免疫活性（またはその欠如）に対する摂動の評価を使用して、免疫機能障害または免疫障害を診断することができる。

図４は、診断プロトコルの一部として使用され得る神経調節を介して摂動を引き起こす方法５０の流れ図である。方法５０では、対象領域が空間的に選択される５２。エネルギー印加装置は、ステップ５４でエネルギーパルスが所望の対象領域に集束されるように配置され、パルス発生器は、ステップ５６で複数のエネルギーパルスを標的組織の対象領域に印加して、標的組織内のシナプスのサブセットを優先的に活性化し、例えば、軸索終末を刺激して神経伝達物質を放出させ、および／または神経伝達物質放出の変化を誘導し、および／または非神経細胞（シナプス内）の活性の変化を誘導して、本明細書で提供されるようにステップ５８で標的とする生理学的摂動を引き起こす。特定の実施形態では、本方法は、摂動の効果を評価するステップを含み得る。例えば、組織の機能または状態の１つまたは複数の直接的または間接的な評価を使用することができる。

一実施形態では、エネルギーパルスを印加する前後に評価を実施して、調節の結果としてのグルコース濃度の変化を評価する。さらに、評価される特徴または状態は、値または指標、例えば、流量、濃度、細胞集団、またはそれらの任意の組み合わせであってもよく、これらは適切な技術によって分析されてもよい。例えば、閾値を超える相対変化は、被験体の診断に用いられる。診断は、組織構造サイズの増大の有無（例えば、リンパ節サイズ）または１つもしくは複数の放出分子の濃度の変化（例えば、神経調節前のベースライン濃度に対する）などの測定された摂動を介して評価される。一実施形態では、摂動は、閾値を超える、例えばベースラインと比較して約５０％、１００％、２００％、４００％、１０００％を超える濃度の増加を含む。評価は、分子の濃度の経時的な減少、例えば、対象分子の少なくとも１０％、２０％、３０％、５０％、または７５％の減少を追跡することを含む。さらに、特定の被験体について、診断は、分子の濃度を増加させる傾向があり得る他の臨床事象の状況で、特定の分子の比較的安定した濃度に関連し得る。すなわち、正常な被験体は、インスリン抵抗性被験体と区別可能な方法で、神経調節と同時または後にグルコース投与に応答し得る。増加もしくは減少または他の誘導および測定可能な効果は、処置の開始から一定の時間枠内、例えば約５分以内、約３０分以内に測定される。

図５は、被験体または診断プロトコルの一部を診断するために、ベースラインに対して１つまたは複数の対象分子の摂動を評価するための方法６０の流れ図である。例えば、開示された技術は、摂動応答および／またはベースラインに戻る回復のレベルに基づいて、被験体を第１、第２、第３などのカテゴリに分類するために使用され得る。ベースライン濃度（ブロック６２）は、摂動時または摂動前の分子濃度に基づいて決定され得、単一のベースライン濃度または摂動前のいくつかの時点にわたる平均であり得る。診断プロトコルはまた、被験体の標的組織の対象領域の神経調節を介して生理学的摂動を引き起こすステップ（例えば、図４の方法５０のように）を含むことができる（ブロック６４）。標的組織は、診断プロトコルに基づいて選択され得る。例えば、グルコース代謝障害の診断は、肝臓および／または膵臓の神経調節を伴い得るが、免疫機能障害の診断は、脾臓および／またはリンパ組織の神経調節を伴い得る。対象領域は、図４に関して開示された標的組織に基づいて選択される。ベースラインに対する１つまたは複数の対象分子の濃度の逸脱が、１つまたは複数の時点で決定される（ブロック６６）。対象領域へのエネルギーの印加後の１時点または複数の時点での評価に基づいて、被験体の臨床状態を決定することができる（ブロック６８）。変化の時点は、経験的証拠に基づいて決定することができる。例えば、特定の被験体は、神経調節の１分後、５分後、１０分後、または６０分後までに、対象分子の濃度の変化を認めることができる。さらに、そのような変化は、一定期間（例えば、３時間後、１２時間後、２４時間後）後に回復に向かって消散する可能性がある。したがって、変化の評価は、少なくとも特定の被験体集団において、または特定の診断のために、生理学的摂動が観察されると予想される期間中に行われる。加えて、回復期間内のさらなる時点での濃度を評価することができることを理解されたい。さらに、一定期間にわたる対象分子の濃度を、１つまたは複数の臨床状態に関連する予測される増加または減少（または変化の欠如）について評価することができる。

方法６０は、グルコース代謝障害を診断するために使用され得る。一実施形態では、本技術は、肝臓（例えば肝門部またはその付近の対象領域において））の神経調節後に循環グルコースの全体的な減少、または循環ホルモン濃度（インスリンまたはグルカゴンなど）に対するグルコースの濃度または変化率の変化をもたらす生理学的摂動を引き起こし得る。そのような変化は、被験体の臨床状態に関連し得る。例えば、糖尿病被験体または前糖尿病被験体では、ベースライン循環グルコースレベルは、１４０ｍｇ／ｄＬを超えるレベルであり得る。肝臓神経調節によって引き起こされる摂動の後、摂動されたグルコースのレベルは、非糖尿病被験体と一致するレベル、例えば１４０ｍｇ／ｄＬ未満のレベルに低下し得る。したがって、肝臓の神経調節によって引き起こされる高いベースライン循環グルコースおよびベースラインからの摂動された逸脱は、糖尿病または前糖尿病の被験体と診断され得る。対照的に、肝臓の神経調節によって引き起こされる正常なベースライン循環グルコースおよび摂動のないまたは循環グルコースの小さな摂動は、健康または非糖尿病被験体と診断され得る。さらに、高いベースライン循環グルコース、および肝臓の神経調節によって引き起こされるベースラインからの逸脱なし、またはわずかに摂動された逸脱は、糖尿病の存在の有無にかかわらず、器官機能障害と診断され得る。したがって、そのような被験体は神経調節に対して非応答性であると考えられ、代替療法が推奨される。

循環グルコースの変化は、さらなる対象分子の状況で評価され得る。例えば、グルコースとインスリンとの間の関係および結果として生じる摂動は、被験体の臨床状態を示し得る。一実施形態では、標的化された肝臓超音波を介した生理学的摂動は、糖尿病または前糖尿病被験体において、ベースラインと比較して循環グルコース、インスリン、コルチゾールおよびトリグリセリドの観察可能な変化を引き起こす。インスリンの同時変化を伴わずにグルコースの減少を引き起こす摂動は、第１のタイプのグルコース代謝障害を示すことができ、インスリンの同時変化を伴うグルコースの減少を引き起こす摂動は、第２のタイプのグルコース代謝障害を示すことができる。すなわち、経時的に観察されるグルコースおよび／またはインスリン濃度変化（またはその欠如）であり得るデルタの大きさは、グルコース代謝障害のマーカであり得る。一例では、インスリン抵抗性は、循環インスリンが上昇している被験体によって特徴付けられる。本技術による膵臓の神経調節に応答して、機械的な波が膵臓インスリン貯蔵の放出を引き起こす可能性が高いため、循環インスリンの初期増加が存在する。しかし、初期の増加を引き起こす既存の膵臓インスリン貯蔵の放出に続いて、初期の増加で見られるレベルと、膵臓の神経調節前の初期またはベースラインの循環インスリンの両方と比較して、循環インスリンのその後の全体的な減少があります。肝臓神経調節と同時または別個の閾値を超える上昇した循環インスリンおよび／または上昇した循環グルコースを有する被験体における膵臓神経調節に対する応答を観察し、初期の増加、その後の循環インスリンの減少を追跡することは、被験体を絶食させる必要なしに、被験体をインスリン抵抗性として分類するために使用され得る。さらに、そのような特徴的応答の欠如は、閾値を超える上昇した循環インスリンおよび／または上昇した循環グルコースを示すが、インスリン抵抗性ではなく、他の機能障害代謝経路の結果としてそのような濃度を示し得る被験体を識別するために使用され得る。神経調節によって引き起こされる１つまたは複数の種類の摂動を観察することによって、被験体は、変化の特定のプロファイルに基づいて体系化されるか、または異なるカテゴリにグループ化され得る。フォローアップ診断プロトコルは、以前の分類からの逸脱を追跡することができ、次いで、被験体の予後を追跡するために使用することができる。

リンパ組織神経調節は、リンパ構造によって産生される免疫細胞の集団を摂動させるために使用され得る。一実施形態では、リンパ節の神経調節は、リンパ液中を循環するリンパ球の集団の増加をもたらし得る。したがって、１型（炎症誘発性）サイトカイン（例えば、ＩＬ－１２、ＴＮＦ－α、ＩＦＮ－γ、ＩＬ－２、ＴＮＦ－β）および２型（抗炎症性）サイトカイン（例えば、ＩＬ－４、ＩＬ－１０、ＩＬ－１３、ＩＬ－６）の局所濃度プロファイルを評価することができる。一実施形態では、リンパ節の神経調節は、リンパ液上を循環するＢ細胞もしくはＴ細胞の増加もしくは減少、またはリンパ組織に動員されるＢ細胞もしくはＴ細胞もしくは樹状細胞の増加もしくは減少をもたらし得る。したがって、リンパ組織の神経調節は、細胞遊走パターンの機会をもたらし得る。そのような遊走パターンは、インビボ生物発光イメージングを使用して観察され得る。他の特徴は、リンパドレナージュパターンの変化を含み得る。特定の実施形態では、これらの変化は、被験体を診断するために使用される摂動の特徴であり得る。健康な被験体、免疫無防備状態または免疫不全の被験体、および多動性免疫応答を有する被験体は、リンパ組織の神経調節の結果として異なる摂動を経験し得る。これらの摂動の特徴を評価してプロファイルを作成することができる。未知の臨床状態を有する被験体は、特徴的なプロファイルに最も近い一致に従って診断され得る。例えば、免疫不全被験体は、標的化された脾臓神経調節に応答して、応答の特徴的な欠如または低レベルの摂動を有し得る。特定の実施形態では、後頭リンパ節、耳介リンパ節、頸部リンパ節、腋窩リンパ節、鼠径リンパ節、肺リンパ節、縦隔リンパ節、腹腔内リンパ節、または上滑車リンパ節を標的とすることができる。

図６は、摂動パターンに基づいて不規則な代謝経路の個々の部分を識別する方法６９である。神経調節および結果として生じる摂動を誘導するために、異なる器官（例えば、第１の器官、第２の器官）内の個々の対象領域（例えば、第１の対象領域、第２の対象領域）にエネルギーを印加することができる（ブロック７０）。エネルギー印加は、各器官における摂動の特徴の評価を可能にするために連続（例えば、異なる時間に）であってもよい（ブロック７１）。摂動の特徴は、評価される測定可能な生理学的変化を含む。評価に基づいて、臨床状態を診断することができる（ブロック７２）。例えば、グルコース代謝における機能障害の時点を識別するために、異なる時点で肝臓および膵臓にエネルギーを印加することができる。罹患膵臓を有する被験体は、インスリン抵抗性である被験体とは異なって応答し得る。すなわち、インスリン抵抗性の被験体は、標的化された膵臓刺激の結果として、循環インスリンのレベルの増加に応答し得る。しかしながら、罹患膵臓を有する被験体は、インスリンを生成することができないことがあり、したがって、膵臓の神経調節の結果としての循環インスリンの増加という特徴を示さないことがある。インスリン抵抗性患者はまた、末梢感覚部位（肝臓またはＧＩ管など）の刺激が、グルコースセンサおよび制御の欠損である他のＣＮＳベースの感覚部位に作用するので、これらの部位の刺激後のインスリン濃度の増加と一致しない血糖の減少に応答し得る。他の技術は、これらのシナリオを区別しないことがある。

エネルギー印加装置１２は、体外非侵襲装置または内部装置、例えば低侵襲装置として構成されてもよい。上述したように、エネルギー印加装置１２は、体外非侵襲性超音波トランスデューサまたは機械的アクチュエータであってもよい。例えば、図７は、超音波トランスデューサ７４を含むハンドヘルド超音波プローブとして構成されたエネルギー印加装置１２の一実施形態を示す。しかしながら、解剖学的標的上に超音波トランスデューサプローブを構成、接着、または配置するための他の方法を含む、他の非侵襲的実装形態も企図されることを理解されたい。さらに、ハンドヘルド構成に加えて、エネルギー印加装置１２は、コントローラ１６からの命令に応答する操縦機構を含むことができる。操縦機構は、エネルギー印加装置１２を標的組織４３（または構造）に向けて配向または方向付けることができ、次いで、コントローラ１６は、エネルギー印加を対象領域４４に集束させることができる。超音波トランスデューサ７４は、標的組織４３内の対象領域４４の空間的選択に使用される撮像トランスデューサ７４Ａを含むことができる。超音波トランスデューサ７４は、神経調節エネルギーを印加する処置トランスデューサ７４Ｂを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、超音波画像を使用して、超音波刺激を誘導して、超音波刺激の標的化された送達のための対象領域を空間的に選択することができる。本明細書で提供されるように、空間的選択または空間的に選択することは、組織または器官（または組織もしくは器官の一部）の画像を取得することと、画像（例えば、超音波画像）に基づいて、器官内の対象領域を識別することとを含むことができる。いくつかの実施形態では、組織または器官は、器官内の対象領域の選択を誘導するために使用される解剖学的特徴を有し得る。そのような特徴は、いくつかの実施形態では、非限定的な例として、器官内への血管または神経の進入部位、器官内の組織タイプ、器官の内部もしくは縁部、または器官下構造を含み得る。特定の実施形態では、解剖学的特徴は、肝門部、消化管の下部器官（胃、小腸、大腸）、膵管、または白脾髄を含み得る。画像内の解剖学的特徴を識別することによって、対象領域は、解剖学的特徴と重複するか、解剖学的特徴を含むか、または解剖学的特徴に隣接するように選択され得る。他の実施形態では、解剖学的特徴は、対象領域から除外されてもよい。例えば、胃組織ではなく腸組織を対象領域として選択してもよい。解剖学的特徴の識別は、画像内に見える形態学的特徴（例えば、超音波画像で見ることができる）を介して、または画像を取得するために使用される撮像モダリティの構造認識特徴によって行うことができる。本明細書に開示されるように、システム１０は、エネルギー印加装置１２が、画像を取得するために撮像モードで動作し、その後、画像が取得され、対象領域が画像に基づいて空間的に選択された後にエネルギー印加モードで動作するように構成されるように構成することができる。

他の実施形態では、対象領域は、１つまたは複数の生物学的マーカの有無によって識別され得る。そのようなマーカは、器官または組織を染色し、染色を示す画像を得て、生物学的マーカを含む器官または組織の領域を識別することによって評価され得る。いくつかの実施形態では、生物学的マーカ情報は、被験体に固有の組織または器官における生物学的マーカの位置データをリアルタイムで得るためのインビボ染色技術によって得ることができる。他の実施形態では、生物学的マーカ情報は、１つまたは複数の代表的な画像の位置データを得るためにインビトロ染色技術によって得られてもよく、次いで、これを使用して、被験体の組織または器官内の生物学的マーカの位置を予測する。いくつかの実施形態では、対象領域は、特定の生物学的マーカが豊富であるか、または特定の生物学的マーカを欠く組織もしくは器官の一部に対応するように選択される。例えば、１つまたは複数の生物学的マーカは、神経構造のマーカ（例えば、ミエリンシースマーカ）を含み得る。

器官または組織の対象領域は、オペレータの入力に基づいて空間的に選択することができる。例えば、オペレータは、画像を直接操作すること（すなわち、画像上に対象領域を描画または書き込む）によって、または対象領域に対応する画像座標情報を提供することによって、取得された画像上で対象領域を指定することができる。別の実施形態では、対象領域は、空間選択を達成するために画像データに基づいて自動的に選択されてもよい。いくつかの実施形態では、空間選択は、対象領域に関連するデータをメモリに記憶することと、データにアクセスすることとを含む。

空間的に選択されると、システム１０は、本明細書で提供されるように対象領域にエネルギーを印加するように構成される。

実施例
標的化された生理学的摂動
神経調節を開始する前に、ＧＥ Ｖｉｖｉｄ Ｅ ９超音波システムおよび１１Ｌプローブを超音波スキャンに使用した。対象の内部領域に対応する焦点領域を動物の皮膚上に標識した。ＨＩＦＵトランスデューサを標識された領域上に配置した。ＨＩＦＵトランスデューサの開口部に配置されたより小さい撮像プローブ（３Ｓ）を使用して、別の超音波スキャンも実行した。３Ｓプローブの撮像ビームをＨＩＦＵビームと位置合わせした。したがって、（超音波スキャナで視覚化された）標的化された器官の画像を使用して、ＨＩＦＵビームが対象領域に標的化されたことを確認することができた。

動物プロトコル
インスリン抵抗性および高血糖症の発症を促進するために供給元で維持された条件に従って、８～１２週齢の成体雄肥満Ｚｕｃｋｅｒラット（２５０～３００ ｇ、Ｃｈａｒｌｅｓ Ｒｉｖｅｒ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）。ラットには高脂肪食を与えた。印加された超音波エネルギーを使用する神経調節を肝臓に対して行った。超音波印加を１分間行った。最後の超音波処置の１５分後に血液試料を採取して、循環カテコールアミン濃度（例えば、ノルエピネフリンおよびドーパミン）の変化を分析した。循環分子濃度の変化を分析するために、最後の超音波処置の６０～９０分後に終末血液試料を収集した。血液試料を抗凝固剤（二ナトリウム）ＥＤＴＡと共に保存して、試料の凝固を防止した。
超音波神経調節に使用されるプロトコルは以下の通りであり得る。

（Ａ）動物を２～４％イソフルランで麻酔してもよい。
（Ｂ）処置中の体温上昇を防ぐために、動物を水循環加温パッド上に横臥させてもよい。
（Ｃ）超音波刺激のための標的化された対象領域の上の領域（例えば、対象神経）は、刺激の前に使い捨てカミソリおよび動物クリッパで剃ることができる。
（Ｄ）画像診断超音波を使用して、対象領域を空間的に選択することができる。
（Ｅ）領域は、後で識別するために永久マーカでマークされてもよい。
（Ｆ）ＦＵＳ超音波プローブまたはＬｏｇｉＱ Ｅ ９プローブのいずれかを、画像診断超音波によって以前に識別された指定された対象領域に配置することができる。
（Ｇ）次いで、超音波パルスを、単一の１分間のパルスを超えない単一の刺激の総持続時間で実行することができる。超音波パルスのエネルギーは、熱損傷およびアブレーションまたはキャビテーション（例えば、３５ Ｗ／ｃｍ^２）に関連するレベルには達しない。
（Ｈ）２回目の１分間の超音波パルスを印加することができる。
（Ｉ）次いで、急性研究（例えば、１時間）および動態研究のために、動物を麻酔下でインキュベートすることができる。その後、動物を屠殺し、組織および血液試料を採取する。

切開は、腹膜腔の基部から始まり、胸膜腔まで延びてもよい。器官を迅速に取り出し、ホスファターゼ（０．２ｍＭのフェニルメチルスルホニルフルオリド、５μｇ／ｍＬのアプロチニン、１ｍＭのベンズアミジン、１ｍＭのオルトバナジン酸ナトリウムおよび２μＭのカンタリジン）およびプロテアーゼ（Ｒｏｃｈｅ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃｓによる組織１μＬ～２０ｍｇ）阻害剤を含有するＰＢＳ溶液中でホモジナイズしてもよい。ＰＢＳ溶液１ｍＬ当たり組織０．２ｇの標的化された最終濃度をすべての試料に適用した。血液試料を抗凝固剤（二ナトリウム）ＥＤＴＡと共に保存して、試料の凝固を防止した。次いで、試料を分析まで－８０℃で保存する。

グルコース代謝障害の診断のための標的組織刺激および生理学的摂動
本実施例は、患者の代謝機能障害を評価するための生理学的摂動を達成するための非侵襲的方法を実証する。開示された技術は、絶食、注入、および後続応答／採血ステップを含む、数時間の患者時間を含む代謝機能障害を評価するための技術と比較して利点を提供する。例えば、特定の手順による患者のインスリン抵抗性の評価において、患者は絶食期間を経てもよく、これにより、患者の生理学的システムが集団に関して設定点を達成することが可能になる。絶食後、患者にグルコースまたは代謝活性化合物（例えば、経口または注射）を投与してもよい。次いで、患者の応答は、グルコースおよび／またはインスリンまたはグルコース濃度の変化を支援する他のホルモンの変化を監視することによって、しばしば数時間にわたる一定期間測定される。空腹時血糖またはインスリンのいずれかが範囲を上回ると決定された場合（以前の被験体集団を測定することによって決定）、被験体は糖尿病と診断され得る。耐糖能試験は、（被験体の集団と比較して）空腹状態において血液からグルコースのボーラスがどれだけ速く除去されるかを測定し、より高い（病理学的に高くない）空腹時グルコース濃度を有する被験体において糖尿病を診断するために使用される。クランプ技術は、被験体がどのようにグルコースを代謝するかを定量するために使用される。クランプは、高血糖クランプ（グルコースの連続注入、インスリン分泌能を定量する）または高インスリン性クランプ（インスリンの持続注入、インスリン抵抗性を定量する）を含むことができ、これらは評価コストに関する問題をもたらし、過度の複雑さは診療所での使用に影響を及ぼす。

ＨＯＭＡ（Ｈｏｍｅｏｓｔａｔｉｃ Ｍｏｄｅｌ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ）計算機は、数学的モデルを使用して、血漿インスリンおよびグルコース濃度からインスリン感受性およびＢ細胞機能を推定する。基礎状態でのグルコースとインスリンとの間のこの相互作用は、肝臓グルコース出力とインスリン分泌との間のバランスに関する情報を提供し、これは、肝臓および膵臓のＢ細胞によって維持されるフィードバックループによって維持され、ＨＯＭＡが、正常な参照集団のパーセンテージとしての定常状態ベータ細胞機能（％Ｂ）およびインスリン感受性（％Ｓ）の代用尺度として機能することを可能にする。モデルで使用される予測は、ヒトおよび動物における実験データから生じる。

開示された技術は、絶食およびその後の評価時間を排除または短縮するために、グルコース代謝障害の診断のための他の技術に取って代わるか、またはそれと併せて使用され得る。一実施形態では、修正ＨＯＭＡ計算機は、開示された神経調節誘導摂動に基づいて、糖尿病被験体の絶食状態をより厳密に近似することができる。すなわち、被験体に一定時間の絶食を要求するのではなく、グルコース応答を評価する目的で、被験体（例えば、糖尿病、正常、または未知）を神経調節によって摂動させて循環グルコースを空腹状態に似た状態に低下させてもよい。さらに、神経調節は、グルコースレベルの変動の欠如によって示されるように、摂食状態とは無関係にグルコースレベルの安定化を誘導する。まとめると、この神経調節によって誘発されるグルコースの安定化は、摂食状態評価から導出される潜在的な混同する結果を減少させ、摂食由来の影響がない場合のインスリン感受性の評価を可能にする。

本明細書で提供されるように、図９に示すタイムラインに従って超音波刺激を実施して、対照に対する誘導された標的生理学的摂動を示した。図１０は、偽超音波処置を受けた対照ラットと比較した肥満Ｚｕｃｋｅｒラットの肝臓（肝門部）の超音波刺激の結果を示す。超音波処理されたラットは、ラットの両方の群がインスリン抵抗性および高血糖症の発症に関連する状態で飼育されていたとしても、対照ラットにおける循環グルコースの増加から保護された。したがって、結果は、超音波処置が、循環グルコースの変化を介して検出可能な高血糖ラット集団における摂動を引き起こすことを実証している。図１１および図１２は、飼料消費量および重量が処置群と対照群との間で類似していたことを示す。飼料摂取量が一定のままである間（図１１）、処置動物の体重増加は、実験タイムラインにわたって対照群（図１２）に対して減速した。

本明細書で提供されるように、肝臓神経調節は、図１３に示すように、グルコース代謝の変化を引き起こして制御された／正確な刺激を提供し、器官間の関係を改変して恒常性の現在の臨床スコア（すなわち、ＨＯＭＡスコア）に影響を及ぼすかまたは変化させる。開示された技術は、神経調節および結果として生じる摂動を反映する指標を生成するために使用され得る。典型的には、ＨＯＭＡスコアは、空腹時血糖値と空腹時インスリン測定値との間の関係を示す。一般に、ＨＯＭＡスコアが高いことは、グルコース処理に必要なインスリンレベルが高いことを反映している。本明細書で提供されるように、インスリンおよびグルコース濃度の変化は、正常範囲のグルコースレベルを有するか、または制御された食事計画を受けていない被験体においてさえ、インスリン抵抗性を診断および追跡するために使用され得る恒常性指標を導出するための診断プロトコルの一部として肝臓神経調節に応答して評価され得る。

定常状態のＨＯＭＡモデルは、集団ベースの式による循環グルコースレベルおよび循環インスリンレベルに基づく。被験体が絶食していると仮定する。さらに、典型的な評価は、グルコースクランプ、インスリンクランプ、または耐糖能試験などの「刺激された」応答に基づく。特定の実施形態では、神経調節は、典型的な絶食および刺激に取って代わる（例えば、グルコースクランプ、インスリンクランプ、耐糖能）。一実施形態では、本技術を使用して、グルコースおよび／またはインスリンの投与なしで試験を行うことができるように、グルコースおよび／またはインスリン注入を神経調節で置き換えることができる。しかし、神経調節とそれに続くグルコースおよび／またはインスリンの投与も企図されることを理解されたい。別の実施形態では、本技術は、ベースライン器官動態／相互作用からの即時逸脱を提供するために、（神経調節を使用することによって）測定プロトコルから絶食を排除するために使用され得る。

本明細書で提供されるように、本技術は、神経調節に対するグルコースおよびインスリン濃度応答の変化間の関係の集団ベースのモデルを構築するために使用され得る。モデルは、神経調節を介して近似された絶食状態に摂動された健康な個体の集団のグルコース－インスリン関係に基づいてもよい。特定の実施形態では、モデルは、神経調節を介して近似された絶食状態に摂動された様々なタイプの代謝機能を有する個体の集団に対するグルコース－インスリン関係にさらに基づいてもよい。モデルは、スコアを生成するために、近似された絶食状態に摂動された神経調節被験体から取得されたグルコース濃度およびインスリン濃度データに適用され得、スコアは、対象におけるインスリン抵抗性のレベルを示す。

一実施形態では、図１４は、代謝機能障害評価技術を示す方法９０の流れ図である。この技術は、ステップ９２でグルコースおよび／またはインスリンのベースライン濃度を取得し、これは、ステップ９４で標的組織内の対象領域（例えば、肝臓、ＧＩ、膵臓）の神経調節の開始直前（１～６時間以内）または開始と同時であり得る。本明細書で述べるように、グルコース濃度が継続的に利用可能であるように、連続グルコースモニタを使用して被験体を監視することができる。ステップ９６での神経調節の結果として経時的なグルコースおよび／またはインスリン濃度の変化の観察に反映され得る観察された摂動に基づいて、ステップ９８で患者の臨床状態を決定することができる。

本技術は、刺激後のグルコースおよび／またはインスリン変化のレベルに基づいて被験体集団を体系化するために、または糖尿病型および／または抵抗性のレベルを診断するために使用され得る。例えば、被験体は、グルコースおよび／またはインスリン変化のレベルに応じて、「応答者」または「強応答者」または「低応答者」または「非応答者」として分類され得る。例えば、非応答者は、ベースライン濃度に対して所定の閾値未満の濃度変化を示し得るが、応答者は、所定の閾値を超える濃度変化を経験する。一例では、非応答者は、ベースラインに対して約５％未満、約１０％未満、または約１５％未満のグルコースの変化を示すと考えられる。応答者は、ベースラインに対して約１０～１５％を超えるグルコースの変化を示すと考えられ、一方、強い応答者は、ベースラインに対して約５０％を超えるグルコースの変化を示すと考えられる。応答性は、健康または応答性集団の予想される変化に関連する時点であり得る。

図１５は、インスリン抵抗性および高グルコースレベルを駆動する食事が与えられた高インスリン抵抗性動物被験体に対する神経調節応答プロファイルの例である。プロファイルは、神経調節の開始前の数日間にわたるグルコース濃度１００を示し、２２５ｍｇ／ｄＬのグルコース濃度として示される閾値を超える比較的安定した高いグルコース濃度を示す。神経調節をベースライン１０２で開始し、神経調節に対するグルコース応答を経時的に追跡する。図示された被験体は、絶食またはグルコース投与なしで、長い持続時間および大きさの急激なグルコース減少を特徴とする。本明細書で提供されるように、応答プロファイルは、応答の１つまたは複数の尺度によって評価または特徴付けされ得る。一実施形態では、ピークベースライン濃度１０２からトラフ１０６への変化の大きさを評価することができる。代替的または追加的に、勾配１０４を評価することができる（例えば、急勾配はインスリン抵抗性を示し得る）。追加の測定基準は、トラフ１０６から回復ピーク１１０までの勾配、ベースライン濃度と第１の回復ピーク１１０との間の差、第１の回復ピーク１０１までの時間、および／または設定点に対する曲線下領域１１２を含み得る。例えば、インスリン抵抗性被験体は、所定の閾値を上回る濃度に回復する前に、所定の閾値を下回るより低いグルコース濃度の比較的短い期間（例えば、２２５ｍｇ／ｄＬ未満、２００ｍｇ／ｄＬ未満）を有し得、これは、経験的に決定された閾値を下回る曲線下領域１１２に反映される。被験体は、食事および睡眠などの通常の活動中に監視されてもよく、特徴プロファイルは、ベースラインに対するこれらの活動に応答した変化を反映してもよい。以前の技術は、試験前の絶食に加えて数時間にわたる複雑なグルコース投与応答追跡を含んでいたことがあるが、本技術は、比較的短期間にわたる変化の観察を可能にし、これは試験された被験体に対する負担が少ない。したがって、一実施形態では、被験体は、神経調節後１２時間、６時間、５時間、４時間、３時間、２時間、または１時間以内に観察されるグルコース濃度変化を使用して評価され、対象において近似された絶食状態を達成する。さらに、グルコース監視は、被験体が外来および臨床環境外にいることを可能にするグルコースモニタを使用して達成され得るので、本技術は、絶食またはグルコースボーラスの投与を必要としない代謝機能障害のより便利で迅速な評価を提供する。

図１６は、図１５の被験体の開始グルコース濃度よりも低い開始グルコース濃度を有するインスリン抵抗性対象の神経調節応答プロファイルの一例である。このプロファイルは、閾値（例えば、約２５０ｍｇ／ｄＬ）を超える処置前のグルコース濃度１２４と、神経調節および回復ピーク１２８に応答してトラフ１２６まで低下したより高いベースライン濃度１２２または設定点に対する曲線下領域１１２とを示す。例えば、インスリン抵抗性被験体は、所定の閾値を上回る濃度に回復する前に、所定の閾値を下回るより低いグルコース濃度の比較的短い期間（例えば、２２５ｍｇ／ｄＬ未満、２００ｍｇ／ｄＬ未満）を有し得る。応答プロファイルは、より小さい大きさおよび持続時間であるが、それにもかかわらず、グルコース濃度の急激な減少を示す。したがって、ある特定の実施形態において、図１５および図１６における応答プロファイルは両方とも、インスリン抵抗性であるとして分類され得るが、異なるバンドまたはカテゴリである。図１７は、開始時グルコース濃度１３０が糖尿病レベル未満であり、神経調節に対する応答がほとんどまたは全くない被験体の応答プロファイルである。したがって、被験体は、非応答者であると考えられ得、図１５および図１６のプロファイルに対して異なるように分類され得る。

別の実施形態では、開示される技術は、様々な摂動およびそれらの関連する臨床状態、ならびに／または最適な治療計画について、被験体集団の差を検出するために使用され得る。被験体集団の相違は、被験体をいくつかのカテゴリのうちの１つにカテゴリ化し、カテゴリ化に基づいて処置オプションを開始することをもたらし得る。例えば、薬物応答は、神経調節に対する応答性（例えば、摂動の程度）と相関し得る。さらに、開示された技術は、カテゴリ情報（インスリン抵抗性、非インスリン抵抗性、応答者、非応答者）ならびに介護者への報告の一部として追加のデータを提供することができる。

病原体または毒素曝露の識別のための標的組織刺激および生理学的摂動
本明細書で提供されるように、神経調節応答は、病原体自体が検出可能であるかまたは疾患症状が現れる時点（すなわち、発熱など）の前の病原体、毒素、または環境の曝露を示し得る。すなわち、本技術は、病原体曝露の改善されたより迅速な評価を提供する。そのような評価は、より迅速に検出された場合、より効果的に封じ込められることがある病院関連病原体の転帰を改善し得る。免疫応答または全身性応答を追跡する特定の技術は、病原体への曝露を検出するために連続的なモニタリングを必要とするが、本技術は、特定のマーカの発現における神経調節の前後の変化を比較することによってベースライン監視の必要性を排除する。

図１８は、リンパ器官、全身に延び、流れおよびドレナージュを提供するリンパ管、脾臓、リンパ節、パイエル板、および付属リンパ組織（扁桃および虫垂を含む）を含む免疫組織または構造に関心がある場合、領域の神経調節に対する応答を評価することによって病原体曝露を識別するための免疫応答評価技術を示す方法１５０の流れ図である。

この技術は、ステップ１５２で、免疫マーカなどの１つまたは複数のマーカのベースライン濃度を取得し、これは、ステップ１５４での標的組織（例えば、脾臓または免疫組織）内の対象領域の神経調節の開始直前（１～６時間以内）または開始と同時であり得る。ステップ１５６でのベースラインに対する１つまたは複数のマーカの変化の観察に反映され得る、観察された摂動に基づいて、ステップ１５８で病原体曝露を識別することができる。病原体曝露または病原体曝露の欠如に関連する神経調節に応答した１つまたは複数のマーカの濃度の変化は、本明細書で提供される技術（血中濃度、組織濃度、センサおよび／または画像データによって識別されたシステム変化）に従って識別され得る。

図１９は、内毒素またはリポ多糖（ＬＰＳ）に曝露され、脾臓に印加された神経調節エネルギーで治療された動物被験体についての超音波用量依存的な腫瘍壊死因子ｍＲＮＡ発現変化を示す。高用量処置動物は、対照と比較して腫瘍壊死因子ｍＲＮＡ発現の最大の減少を経験した。図２０は、対照動物ならびにＬＰＳ曝露動物ならびに高用量および低用量の超音波処置動物についてのいくつかのマーカについてのｍＲＮＡ発現アレイデータを示す。図２１は、物質または病原体への曝露後の神経調節に基づく応答の変化を評価するためのベースラインおよび潜在的曝露後データを取得するための例示的なプロトコルを示す図である。ベースラインまたは特徴的な曝露前応答プロファイルを取得し、曝露によって引き起こされる変化を評価するために、潜在的な曝露後応答プロファイルと比較してもよい。

本明細書で提供される開示された技術は、神経調節によって達成可能な標的とする生理学的結果を利用する。被験体を治療するために標的とする生理学的結果が使用される実装形態に加えて、これらの結果は診断プロトコルの一部として使用され得る。例えば、標的組織内の対象領域にエネルギーを印加すると、予測可能で標的化された生理学的摂動が生じ得る。摂動自体または摂動に対する被験体の応答の１つまたは複数の特徴は、被験体の臨床状態を示すことができる。例えば、所定の期間内の恒常性への急速な復帰（例えば、対象分子のベースライン前調節濃度に戻る）は、摂動に対する健康な応答を示し得る。対照的に、遅い応答は、健康な被験体の代謝経路と比較して性能が低い代謝経路を示し得る。本開示の特定の実施形態をグルコース調節の状況で論じてきたが、本技術を使用して他の系（急性または慢性炎症状態ならびに関連する感覚および神経免疫エフェクタ系を含む）の摂動を引き起こし、したがって関連する臨床状態を評価することができることを理解されたい。

本明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するために、また、任意の装置またはシステムの製作および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、例を使用する。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることが意図される。

Claims (27)

1. 調節システムであって、
   対象領域にエネルギーを印加して、被験体に生理学的摂動を引き起こすように構成されたエネルギー印加装置と、
   コントローラであって、
   前記生理学的摂動を誘発して、ベースライン濃度に対する前記被験体の１つまたは複数の対象分子の濃度の変化を引き起こすために、前記エネルギー印加装置を介した前記対象領域への前記エネルギーの印加を制御し、
   前記エネルギーの前記印加後の１つまたは複数の時点における前記１つまたは複数の対象分子の前記濃度を示す情報を受信し、
   ある期間内の前記ベースライン濃度に対する前記１つまたは複数の対象分子の前記濃度の変化に基づいて、前記被験体が２つ以上のカテゴリから選択されるカテゴリにあると決定する
   ように構成される、コントローラと
   を備える、調節システム。
2. 前記濃度は、グルコースモニタを備える評価装置から受信したグルコース濃度である、請求項１に記載のシステム。
3. 前記選択されたカテゴリは、病原体への曝露を反映し、前記２つ以上のカテゴリのうちの別のカテゴリは、病原体への曝露の欠如を反映し、前記対象領域が脾臓または免疫組織である、請求項１に記載のシステム。
4. 前記エネルギー印加装置は超音波プローブである、請求項１に記載のシステム。
5. 前記被験体は、ベースライン濃度に対する前記１つまたは複数の対象分子の個々の分子の前記濃度の前記変化が所定の閾値未満である場合に、前記選択されたカテゴリにあると決定され、前記濃度の前記変化が前記所定の閾値より大きい場合に、前記２つ以上のカテゴリのうちの第２のカテゴリにあると決定される、請求項１に記載のシステム。
6. 前記選択されたカテゴリは神経調節に応答せず、前記第２のカテゴリは神経調節に応答する、請求項５に記載のシステム。
7. 前記システムは、前記被験体が前記第２のカテゴリにあると決定すると、神経調節処置プロトコルの表示を提供するように構成される、請求項５に記載のシステム。
8. 前記コントローラは、前記被験体が前記第２のカテゴリにあると決定すると、前記エネルギー印加装置を介して神経調節処置プロトコルを開始するように構成される、請求項５に記載のシステム。
9. 被験体に生理学的摂動を誘発する方法であって、
   前記方法は、
   エネルギー印加装置のエネルギーを被験体の対象領域に向けることと、
   前記エネルギーを前記対象領域に印加して、前記印加の結果として、前記対象領域内の少なくとも１つの軸索終末の活動を調節することと、
   前記摂動後の１つまたは複数の時点における前記生理学的摂動の１つまたは複数の特徴を評価することと、
   前記評価に基づいて、前記被験体の臨床状態の表示を提供することと
   を含む、方法。
10. 前記摂動の１つまたは複数の特徴を評価することは、
    前記エネルギーを印加した後の第１の時点での対象分子の濃度を決定することと、
    前記エネルギーを印加した後の第２の時点での前記対象分子の濃度を決定することであって、前記第２の時点は前記第１の時点の後である、ことと
    を含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記摂動の１つまたは複数の特徴を評価することは、前記第１の時点および前記第２の時点での前記対象分子の前記濃度間の差を決定すること、前記第１の時点と前記第２の時点との間の前記対象分子の前記濃度の勾配を決定すること、またはその両方を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記摂動の１つまたは複数の特徴を評価することは、対象分子のトラフと回復ピークとの間の時間を決定することを含む、請求項９に記載の方法。
13. 前記エネルギー印加装置に、処置エネルギーを前記対象領域に送達させることを含み、前記処置エネルギーは、前記臨床状態に基づいて選択された処置プロトコルに従って印加される、請求項９に記載の方法。
14. 前記対象領域は膵臓にあり、前記１つまたは複数の特徴を評価することは、前記印加後の前記複数の時点における循環インスリンの濃度を決定することと、前記複数の時点における前記濃度をインスリンのベースライン濃度と比較して、神経調節療法に対する前記被験体の応答性を決定することとを含み、前記被験体は、前記ベースライン濃度に対する前記濃度の変化が所定の閾値変化未満である場合に、ノンレスポンダであると決定される、請求項９に記載の方法。
15. 前記対象領域は肝臓にあり、前記１つまたは複数の特徴を評価することは、前記印加後の複数の時点におけるグルコースまたはインスリンの濃度を決定することと、前記複数の時点における前記濃度の傾向は、所定の期間内にベースライングルコース濃度への回復の表示であると決定することとを含む、請求項９に記載の方法。
16. 前記被験体は絶食しておらず、前記エネルギーを印加することにより、近似された絶食状態が引き起こされる、請求項９に記載の方法。
17. 前記対象領域は脾臓にあり、前記１つまたは複数の特徴を評価することは、前記エネルギーを送達した後の免疫細胞の集団またはサイトカインもしくは免疫マーカの濃度の変化を決定することを含む、請求項９に記載の方法。
18. 前記１つまたは複数の特徴の前記評価は、前記印加によって引き起こされる全身応答を識別するためのデータを受信することを含む、請求項９に記載の方法。
19. 前記データは、撮像装置および／または生理学的モニタリング装置からのものである、請求項１８に記載の方法。
20. 調節システムであって、
    第１の器官の第１の対象領域および第２の器官の第２の対象領域にエネルギーを印加するように構成されたエネルギー印加装置と、
    コントローラであって、
    前記エネルギー印加装置を介した前記第１の対象領域への前記エネルギーの第１の印加を制御して、前記エネルギーの前記第１の印加の結果として第１の摂動を引き起こし、
    第１の摂動特徴を示す情報を受信し、
    前記エネルギー印加装置を介した前記第２の対象領域への前記エネルギーの第２の印加を制御して、前記エネルギーの前記第２の印加の結果として第２の摂動を引き起こし、
    第２の摂動特徴を示す情報を受信し、
    前記第１の摂動特徴および前記第２の摂動特徴に基づいて、前記被験体の臨床状態を決定し、
    前記臨床状態の表示を提供する
    ように構成されている、コントローラと
    を備える、調節システム。
21. 前記第１の摂動特徴は、前記第１の対象領域への前記エネルギーの前記第１の印加後の複数の時点におけるグルコース濃度を含む、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記第２の対象領域への前記エネルギーの第２の印加は、前記第１の摂動特徴が第１のカテゴリに関連付けられているという決定に応答する、請求項２０に記載のシステム。
23. 前記エネルギーの第１の印加は、前記エネルギーの第２の印加の前、前記エネルギーの第２の印加と同時、または前記エネルギーの第２の印加の後である、請求項２０に記載のシステム。
24. 前記第１の摂動特徴および前記第２の摂動特徴は組み合わされて、前記被験体の前記臨床状態を決定するために組み合わされた応答を識別する、請求項２０に記載のシステム。
25. 前記第１の対象領域は肝臓にあり、前記第２の対象領域は膵臓にあり、前記臨床状態は、所定のグルコース減少閾値よりも高いグルコースの減少である前記第１の摂動特徴と、所定のインスリン増加閾値よりも高い循環インスリンの初期増加であり、その後前記初期増加に対して前記循環インスリンが減少する前記第２の摂動特徴とに基づいて、インスリン抵抗性であると決定される、請求項２０に記載のシステム。
26. 被験体における生理学的摂動を評価する方法であって、前記方法は、
    神経調節を介して被験体内の近似された絶食状態を引き起こすために、前記被験体内の対象領域に超音波エネルギーを印加することと、
    前記近似された絶食状態にある前記被験体からグルコースおよびインスリン濃度データを受信することと、
    前記データをモデルに適用することであって、前記モデルが、複数の正常な被験体についての前記近似された絶食状態におけるグルコースとインスリンの濃度間の関係に基づく、適用することと、
    前記モデルを使用して前記被験体のインスリン抵抗性の表示を受信することと、
    前記表示に基づいて処置推奨を提供することと
    を含む、方法。
27. 前記処置推奨が超音波処置である、請求項２６に記載の方法。
    
    

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