JP6953407B2 - 室温への局部冷却による神経ブロックのための装置および方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１２月３日に出願された米国仮特許出願第６２／２６２，４４５号の利益を主張し、その内容は、参照によりその全体が本明細書に援用される。

連邦政府の資金提供に関する記載
この発明は、国立衛生研究所による助成第ＤＫ１０２４２７号の下、政府の支援を受けてなされたものである。政府は、本発明において一定の権利を有する。

哺乳動物の有髄神経は、局部的にこの神経を１５℃未満の温度に冷却するまたは４６℃より高い温度に加温することによりブロックすることができる。しかしながら、これらの極端な低温または高温には、かなりの量のエネルギーを発生させる必要があり、また長時間持続する適用のせいで神経組織の損傷を生じる可能性もある。(Jia J et al.(1999)). Cold nerve injury is enhanced by intermittent cooling（低温による神経損傷は断続的な冷却により促進される）. Muscle & Nerve 22, 1644-1652; Vujaskovic Z, et al., (1994). Effects of intraoperative hyperthermia on peripheral nerves: neurological and electrophysiological studies（末梢神経に対する術中加温療法の効果：神経学的および電気生理学的研究）．(Int J Hyperthermia 10, 41-49)。したがって、慢性疾患を治療するための冷却／加温ブロックの臨床適用性は、現状ではよくわかっていない。もし神経伝導の熱ブロックが実用可能であれば、例えば、肥満を治療するために腹部迷走神経をブロックする、末梢起源の慢性痛を治療するために後根中の感覚軸索をブロックする、心不全を治療するために交感神経をブロックする、そして脊髄損傷後の効率的な排尿を誘導するために陰部神経をブロックするといった、多くの慢性疾患を治療する広範囲の臨床適用がなされるであろう。

現在、通常は局部麻酔薬が、神経伝導ブロックの臨床適用に使用されている。神経ブロックのための急性の方法として局部麻酔薬の注入が主に使用されており、これは、慢性適用においてこうした薬物を送達するのが困難であることに起因する。最近、埋め込み可能な刺激装置によって生成された高周波（ｋＨｚ）電気刺激を臨床的に用いて、肥満治療のために迷走神経がブロックされ、また慢性痛のために脊椎根がブロックされている。また高周波により、脊髄損傷後の膀胱機能を再建するために陰部神経をブロックするという提案もある。しかしながら、高周波刺激は、神経伝導をブロックできる前に、初期の神経発火を常に発生させることになる。初期の神経発火は、多くの臨床適用、例えば疼痛を抑制するには問題があり、それは、神経ブロックが生じる前に初期の疼痛感覚が常に誘発されるからである。したがって、可逆的な神経ブロックを生成する新しい方法が望まれている。

本明細書に記載のとおり、哺乳動物の有髄神経は、短時間の可逆的な加温ブロックの後に室温（１５℃から３０℃）に神経を局部冷却することによりブロックできることが見出されている。この熱ブロック法は安全であり、多くの慢性疾患、例えば肥満、疼痛、心不全、および脊髄損傷後の膀胱機能不全を治療する、埋め込み可能な神経ブロック装置を開発するプラットフォームを提供する。さらに、熱ブロック法は、本明細書に記載のとおり、いかなる初期応答も生成せずに可逆的な神経ブロックを提供し、これは、電気刺激に勝る利点を提供するものである。現在の熱電ペルチェ技術(Aronov D, et al., (2011).Analyzing the dynamics of brain circuits with temperature: Design and implementation of a miniature thermoelectric device（温度による脳回路の動態の分析：小型熱電装置の設計と実装）．J Neurosci Methods 197: 32-47; Rothman S, et al., (2003)。また、Local cooling: A therapy for intractable neocortical epilepsy(局部冷却:難治性新皮質癲癇の治療法). Epilepsy Currents 3: 153-156)によれば、１５℃と５０℃の間の局部的な温度変化を生成する埋め込み可能な装置の設計および開発が可能である。したがって、本明細書に記載の熱ブロック技術は、慢性疾患、例えば肥満、疼痛、心不全、および脊髄損傷後の膀胱機能不全を治療する多くの臨床適用に使用される多くの利点を有する。

本明細書において提供されるのは、神経を３７℃より高い温度に、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度および持続時間未満で加温し、神経を３７℃未満、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度より高い温度に冷却して可逆的な神経ブロックを生じさせる工程を含む、神経を可逆的にブロックする方法である。複数の態様では、神経は、４２℃から５４℃までの範囲の温度に加温される。複数の態様では、神経は、１５℃から３０℃までの範囲の温度に冷却される。

いくつかの態様では、本方法は、神経を加温するのに先立って、神経を加温および冷却するための温度コントローラを神経に埋め込む工程をさらに含み、温度コントローラは、加熱素子、冷却素子、および温度センサを備え、温度コントローラは、加熱素子の加温、冷却素子の冷却を制御するコントローラに、所望により無線により接続されており、温度センサにより神経の温度を監視する。いくつかの態様では、加熱素子は、抵抗器、薄膜半導体、ペルチェ加熱器、マイクロ波放射器、または赤外線加熱器であり、冷却素子は、冷却剤チューブ、ペルチェ冷却器であり、かつ／または温度センサは、熱電対またはサーミスタである。

また、本明細書において提供されるのは、上記の方法により患者の腹部迷走神経をブロックすることにより、患者における肥満を治療する方法である。

また、本明細書において提供されるのは、上記の方法により患者の交感神経、所望により大内臓神経、小内臓神経、または交感神経幹の一つまたは複数をブロックすることにより、患者における心不全を治療する方法である。

さらに本明細書において提供されるのは、上記の方法により患者の陰部神経をブロックすることにより、患者における尿閉を治療する方法である。

本明細書において提供されるのは、上記の方法により患者の筋肉を刺激する神経をブロックすることにより、患者における筋痙攣を治療する方法である。

また、本明細書において提供されるのは、上記の方法により患者の迷走神経をブロックすることにより、患者における循環器疾患を治療する方法である。

さらには、本明細書において提供されるのは、神経を可逆的にブロックするシステムであり、このシステムは、埋め込み可能な装置および外部コントローラを含む。この内部装置は、プロセッサを有する温度コントローラと、温度コントローラと通信し、かつ神経に近接して置かれるように構成された熱電装置と、温度コントローラと通信し、かつ神経に近接して置かれるように構成された温度センサと、電力を温度コントローラおよび熱電装置に提供する電源とを含む。温度コントローラは、プログラミング命令を記憶しているメモリも有しており、これらの命令は、プロセッサによって実行される場合には、プロセッサに熱電装置を制御させて、神経を３７℃より高い温度に、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度および持続時間未満に加温させ、神経を３７℃未満、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度より高い温度に冷却させて、可逆的な神経ブロックを生じさせるものである。システムの外部コントローラは、温度コントローラと通信する。

いくつかの態様では、プログラミング命令は、プロセッサによって実行される場合に、さらにプロセッサに温度情報を温度センサから受信させて、温度情報に基づいて熱電装置の制御を修正させる。

いくつかの態様では、温度センサはサーミスタである。その他の態様では、温度センサは熱電対である。

システムのいくつかの態様では、熱電装置は加熱素子および冷却素子を含む。いくつかの態様では、加熱素子は、抵抗器、薄膜半導体、ペルチェ加熱器、マイクロ波放射器、または赤外線加熱器である。いくつかの態様では、冷却素子は冷却剤チューブ、またはペルチェ冷却器である。

さらに本明細書において提供されるのは、可逆的に神経をブロックする埋め込み可能な装置の使用である。この埋め込み可能な装置は、プロセッサを有する温度コントローラと、温度コントローラと通信し、かつ神経に近接して設置されるように構成された熱電装置と、温度コントローラと通信し、かつ神経に近接して設置されるように構成された温度センサと、電力を温度コントローラおよび熱電装置に提供する電源とを含む。この装置を使用して、神経を３７℃より高い温度に、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度および持続時間未満に加温し、その後神経を３７℃未満、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度より高い温度に冷却して可逆的な神経ブロックを生じさせることによって、可逆的なブロックが提供される。

図１は、本発明の一態様に係る、局部的な加温および／または冷却を神経に与える装置のブロック図を示す。 図２は、本発明の一態様に係る、神経を冷却してブロックするための実験設定の模式図を示す。カテーテルを、尿道内注入および圧力記録のため近位尿道の小切開部を通じて尿道内に挿入した。陰部神経は、両側で切断して温生理食塩水に浸した。１本の神経を銅管のコイルに通した。コイル内部の温度を、チューブ内を通る異なる温度の流水により変化させた。熱電対を銅コイルの中央に設置して温度を記録した。コイル近傍のフック電極を介して電気刺激を神経に与えて、外尿道括約筋（ＥＵＳ）の収縮を誘発させ尿道圧の上昇を生じさせた。 図３は、陰部神経刺激（ＰＮＳ）によって誘発された尿道圧応答の冷却ブロックを示す。パネルＡ。５℃で完全な神経ブロックを示す尿道圧の記録。この記録の下にある矩形波は、短い一連の各ＰＮＳ（５０Ｈｚ、０．２ｍｓ、３．２Ｖ）の持続時間（５秒）を示す。この記録の下にある黒いバーは、銅コイルによる冷却の持続時間を示す。パネルＢ。異なる温度での平均尿道圧応答（Ｎ＝２０本の神経）。各冷却期間での最後の応答の平均圧を、冷却直前の応答で規格化した。パネルＣ。冷却ブロックは、長時間持続する（５分）完全なブロックの後でさえ、完全に可逆的である。 図４は、陰部神経刺激（ＰＮＳ）により誘発された尿道圧応答の加温ブロックを示す。パネルＡ。５２℃で完全な神経ブロックを示す尿道圧の記録。この記録の下にある矩形波は、短い一連の各ＰＮＳ（５０Ｈｚ、０．２ｍｓ、１．０Ｖ）の持続時間（５秒）を示す。この記録の下にある黒いバーは、銅コイルによる加温の持続時間を示す。パネルＢ。異なる温度での平均尿道圧応答（Ｎ＝１４本の神経）。各加温期間での最後の応答の平均圧力を、加温直前の応答で規格化した。 図５は、加温ブロックの可逆性が加温持続時間に依存することを示す。パネルＡ。５２℃では、神経ブロックは１分の加温後に可逆的であるが、３分の加温後には非可逆的である。パネルＢ。要約された結果（Ｎ＝１２本の神経）。加温温度＝５０〜５４℃。＊は、有意差（ｐ＜０．０００１、対応のあるｔ検定）を示す。 図６は、可逆的な加温ブロックが、冷却ブロックを生じさせるための温度を上昇させたことを示す。パネルＡ。同一神経上では、加温前の完全な冷却ブロックに必要な温度は５℃であった。しかしながら、５２℃での短時間の可逆的な加温ブロックの後には完全な冷却ブロックが２０℃で生じた。パネルＢ。冷却ブロック応答曲線が、約１０℃だけ高温側にシフトしたことを示す、要約された結果（Ｎ＝１２本の神経）。５０〜５４℃での可逆的な加温ブロックを０．５〜１．５分間、適用した。＊は、加温の前後の各温度での有意（ｐ＜０．０５）差を示す（二元配置分散分析）。 図７は、短時間の可逆的な加温ブロックの後、上昇した、冷却ブロックのための温度が、時間経過とともに回復することを示す。パネルＡ。５４℃での短時間の加温ブロックの後、２０℃での冷却ブロックは、時間経過とともに徐々に消失し、神経伝導をブロックする効果を最終的には失った。しかし、１５℃での冷却ブロックは、２０℃の場合より長い期間、実現することができた。第２の記録は、同一動物における第１の記録からの続きである。パネルＢ。冷却ブロックの持続時間は、上昇した異なる冷却ブロック温度については異なっていた。＊は、１０℃のデータからの有意に（ｐ＜０．０５）異なっていることを示す（一元配置分散分析）。（Ｎ＝７本の神経）パネルＣ。冷却ブロック温度曲線は、短時間の可逆的な加温ブロックの後、時間経過とともに完全に回復した。５０〜５４℃での可逆的な加温ブロックを０．５〜１．５分間、適用した。（Ｎ＝９本の神経） 図８Ａは、非ブロック性の加温により上昇する冷却ブロック温度を示す。図８Ａは、神経を非ブロック温度（４６〜４８℃）で１５分間、加温した場合に、完全な冷却ブロックのための閾値温度が５℃から１５℃に上昇したことを示す。 図８Ｂは、非ブロック加温により上昇する冷却ブロック温度を示す。図８Ｂは、完全な冷却ブロックのための閾値温度が、加温持続時間の増加につれて上昇することを示す、要約された結果を示す（Ｎ＝７本の神経）。＊は、加温前のブロック閾値温度と比較して有意な（ｐ＜０．０５）上昇を示す（一元配置分散分析）。

本出願において特定された様々な範囲の数値の使用は、それ以外に明示的に示されていない限り、記載された範囲内の最小値と最大値の両方の前にあたかも単語「約」が存在するかのように、近似として記載される。このようにして、記載された範囲からの上下わずかな変動を使用して、そうした範囲内の値と実質的に同一の結果を実現することができる。また、それ以外に指示がない限り、これらの範囲の開示は、最小値と最大値の間のあらゆる値を含む連続的な範囲として意図されている。本明細書において与えられた定義については、それらの定義は、それらの単語または句の、語形、同族、および文法的変形を指す。

本出願に添付の図は、実際には代表的なものであって、それ以外に指示のない限り、いかなる特定の尺度または方向性を示唆するものでもないと解釈されるものとする。以下、記載の目的のために、用語「上部」、「下部」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「最上部」、「最低部」、「横方向」、「長手方向」、およびそれらの派生は、図中でのそれらの向きのとおりに本発明と関連付けられるものとする。しかしながら本発明は、明示的に反対の指定がなされている場合を除き、様々な代替変形例およびステップ順序を想定していてもよいことは理解されるものとする。したがって、本明細書に開示の本実施形態に関連付けられた特定の寸法およびその他の物理的特性は、限定するものであるとはみなさないものとする。

本明細書で使用される用語「含む（comprising）」および類似の用語は、非限定的である。用語「から本質的になる（consisting essentially of）」は、特定の材料または工程、および特許請求された発明の基本的かつ新規な特徴に実質的には影響を及ぼさないものに、特許請求の範囲を制限する。用語「からなる（consisting of）」は、特許請求の範囲において特定されていないいかなる構成要素、工程、または成分も排除する。

本明細書で使用される用語「ａ」および「ａｎ」は、一つまたは複数を指す。

本明細書で使用される用語「患者」は、ヒトを含めあらゆる哺乳動物であり、「ヒト患者」はあらゆるヒトである。

本明細書で使用される用語「通信」、および「通信する」は、一つまたは複数の信号、メッセージ、命令、またはその他のタイプのデータの受信、送信、または転送を指す。一つのユニットまたは装置がもう一つユニットまたは装置と通信するということは、その一つのユニットまたは装置が、他のユニットまたは装置からデータを受信する、および／または他のユニットまたは装置に送信することができることを意味する。通信は、直接的または間接的な接続に使用することができ、実際には有線および／または無線であってもよい。加えて、２つのユニットまたは装置は、たとえ、第１および第２のユニットまたは装置の間で送信データが変更、処理、転送等され得る場合であっても、互いに通信していてもよい。例えば、第１のユニットは、第１のユニットがデータを受動的に受信し第２ユニットに能動的にデータを送信しない場合であっても、その第２のユニットと通信していてもよい。別の実施例としては、第１のユニットは、中間ユニットが一方のニットからのデータを処理してその処理されたデータを第２のユニットに送信する場合に、その第２のユニットと通信していてもよい。多くのその他の構成が可能であることは理解されよう。あらゆる既知の電子通信プロトコルおよび／またはアルゴリズム、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ（ＨＴＴＰおよびその他のプロトコルを含む）、ＷＬＡＮ（８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎおよびその他の無線周波数を使用したプロトコルおよび方法を含む）、アナログ伝送、汎欧州デジタル移動電話方式（Global System for Mobile Communications）(ＧＳＭ)、３Ｇ／４Ｇ／ＬＴＥ、ブルートゥース（BLUETOOH）、ジグビー（ZigBee）、エンオーシャン（EnOcean）、トランスファージェット（TransferJet）、ワイヤレスＵＳＢ（Wireless USB）、および当業者に公知の同種のものを使用することができる。

神経をブロックして患者、例えばヒト患者において神経ブロックにより治療可能な、肥満、心不全、循環器疾患、慢性痛、筋痙攣、および尿閉を含むがこれらには制限されないあらゆる状態を治療する方法が提供される。この方法は、患者の神経を生理的温度（患者にとって常温、例えばヒト患者にとっては３７℃）より高い温度に、かつ患者における不可逆的な神経ブロックを生じさせる温度および持続時間未満の持続時間および時間で加温することを含む。加温により、可逆的な神経ブロックを生じさせることも、神経ブロックを生じさせないこともできる。「神経ブロック」とは、神経を、活動電位を発火させること、神経信号を伝搬させること、および／または神経伝達物質を放出することが不可能な、または実質的に不可能な状態にすることを指す。「不可逆的」とは、神経ブロックの文脈においては、神経遮断がブロッキング治療を大きく過ぎても、例えば、治療を過ぎてから少なくとも１日または１週間、維持されるということ（例えば、神経損傷）を意味し、「可逆的」とは、神経が、ブロッキング期間を過ぎて急速にまたは短期間で、例えば１秒、１分、１時間、または１日、およびそれらの間の増分のいずれか以内の短期間で遮断から完全にまたは実質的に回復することを意味する。

本方法はさらに、神経を生理的温度未満（すなわち、ヒトにおいて３７℃未満）、かつ不可逆的な神経ブロックが実現される温度、例えば、１５℃より高い温度まで冷却することを含む。神経の加温と冷却を組み合わせることにより、神経の可逆的な神経ブロックが生じ、よって、神経の遮断による治療可能な状態の一つまたは複数の症状の寛解が生じる。加温温度は、４２℃から５４℃の範囲であり、これは、神経における不可逆的な神経ブロックが生じないような持続時間の場合である。例えば、神経が５０℃と５４℃の間で加温される場合には、加温持続時間は、１分未満である。さらに低い温度、例えば４２℃から４８℃、または４６℃から４８℃の範囲の温度での、短時間、例えば６０分以下、３０分以下、例えば１５分間の加温では、不可逆的な神経ブロック（例えば、神経損傷）は生じないのが普通である。

したがって一態様によれば、神経を可逆的にブロックする方法が提供される。本方法は、神経を３７℃以上の温度に、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度および持続時間未満に加温する工程、および神経を３７℃未満の温度、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度以上に冷却して、可逆的な神経ブロックを生じさせる工程を含む。一態様では、神経は加温工程において、４２℃から５４℃までの範囲の温度に、５０℃から５４℃の範囲の温度に１分未満の持続時間の間、４３℃から４８℃の範囲の温度に６０分以下、または３０分以下の持続時間の間、または神経ブロック（神経活動の実質的なまたは完全な消失）が生じない温度および持続時間の間に、加温される。別の態様では、神経は冷却ステップにおいて、１５℃から３０℃までの範囲の温度に、例えば１０から４０分の範囲の時間の間、冷却される。ブロックのための時間は、複数回、または反復して神経を加温および冷却することにより、延長することができる。さらに別の態様では、方法は、加温工程に先立って、神経を加温および冷却するために装置を神経に埋め込むことを含み、この装置は、温度コントローラ、加熱素子を含む熱電装置、冷却素子、および温度センサを含んでいる。

一態様によれば、神経ブロック法、例えば上記のものにより患者の腹部迷走神経をブロックすることを含む、患者における肥満を治療する方法も提供される。

一態様によれば、神経ブロック法、例えば上記のものにより患者の神経をブロックすることを含む、患者における慢性痛を治療する方法が提供される。

別の態様によれば、神経ブロック法、例えば上記のものにより、患者の交感神経、例えば大内臓神経、小内臓神経、または交感神経幹の一つまたは複数をブロックすることを含む、患者における心不全を治療する方法が提供される。

一態様によれば、神経ブロック法、例えば上記のものにより患者の迷走神経をブロックすることを含む、患者における循環器疾患を治療する方法が提供される。

別の態様によれば、神経ブロック法、例えば上記のものにより患者の陰部神経をブロックすることを含む、患者における尿閉を治療する方法が提供される。

一態様によれば、神経ブロック法、例えば上記のものにより、患者の筋肉を神経支配している神経をブロックすることを含む、患者における筋痙攣を治療する方法が提供される。

また、本明細書において提供されるのは、例えば上記のとおり、神経を３７℃より高い温度に加温した後、１５℃から３０℃の範囲の温度に冷却することにより神経を可逆的にブロックする装置およびシステムである。この装置およびシステムは、埋め込み可能な構成要素と外部の構成要素の両方を含む。図１を参照すると、この装置およびシステムは、加温および冷却を神経に送達するための熱電装置（２０）および温度センサ（３０）と通信する温度コントローラ（１０）を含んでいる。装置およびシステムは、埋め込み可能な電源（４０）から電力を受けとり、外部コントローラ（５０）から命令を受信する。

温度コントローラ（１０）は、外部コントローラ（５０）と無線通信する。外部コントローラ（５０）は、プロセッサ、メモリ、およびディスプレイ、例えばＬＣＤ、ＬＥＤまたはＯＬＥＤディスプレイ、ならびにデータを外部コントローラ（５０）に入れるための入力装置、例えばマイクロフォン、キーパッド、マウス、タッチスクリーン、タッチパッド、またはトラックパッド、および同種のものを有することができる。外部コントローラ（５０）は、無線伝送を温度コントローラ（１０）に送信および受信することにより、温度コントローラ（１０）、熱電装置（２０）、温度センサ（３０）、および／または電源（４０）の一つまたは複数のパラメータ、例えば、出力信号特性（例えば、電源から温度コントローラへのおよび熱電装置への電圧、周波数、振幅等、熱電装置が加温されるべき温度、温度センサによって測定される温度、および／または埋め込まれた構成要素のいずれかの機能／状態）を含むがこれに限定されないパラメータを監視可能にするものとして図示されている。

温度コントローラ（１０）およびコントローラ（５０）の活動は、プロセッサにより制御され、温度コントローラ（１０）にインストールされたソフトウェア／ファームウェアおよび外部コントローラ（５０）のハードウェアを使用して、前記方法を実現してもよく、さらにこれらを使用して、例えば、外部コントローラ（５０）に付随する所望のディスプレイ用のＧＵＩ（グラフィカルユーザーインターフェース）を、これに限らず提供してもよく、このＧＵＩにより、装置およびシステムの使用が容易になる。電子技術の当業者は、容易に入手できる電子部品および通常のプログラミング技術を用いて、そうしたシステムを実現できるであろう。独自のチップ、チップセット等を設計、製造して、本明細書に記載の装置を実現してもよい。

一態様では、外部コントローラ（５０）は、このタスクのために特別に設計された独自の装置であり、または別の実施例では、外部コントローラ（５０）は非独自の装置、例えばスマートフォン、スマートウォッチ、タブレット、ポータブル／ラップトップコンピューター、またはデスクトップコンピューターである。上記のとおり、外部コントローラ（５０）と温度コントローラ（１０）の間の通信は、無線により実現される。そのような通信は、あらゆる好適な無線プロトコル、例えば近距離無線通信、ＴＣＰ／ＩＰ（ＨＴＴＰおよびその他のプロトコルを含む）、ＷＬＡＮ（８０２．１１ａ／ｂ／ｇ／ｎおよびその他の無線周波数を使用したプロトコルおよび方法を含む）、アナログ伝送、汎欧州デジタル移動電話方式（ＧＳＭ）、３Ｇ／４Ｇ／ＬＴＥ、ブルートゥース、ジグビー、エンオーシャン、トランスファージェット、ワイヤレスＵＳＢ、および当業者に公知の類似ものを介することができる。

無線装置の使用に伴う一つの考えられる困難は、同一性の問題である。外部コントローラ（５０）は、一つの温度コントローラ（１０）のみを制御できるようにして、意図しない被験者の偶発的な刺激、または意図的な刺激であっても防止すべきである。その最も単純な形式では、数フィートより遠距離にわたる送信を防止するために装置の送信範囲を制限することができ、これにより、意図しない刺激の機会（クロストーク）が制限される。また、あらゆる数の同一性確認機構を利用してクロストークを防止してもよい。一態様では、異なる送信波長を、異なるデバイスのために使用し、よってクロストークの可能性を低減させる。別の態様では、温度コントローラ（１０）は、あらかじめ定められた信号を含む送信にのみ応答するようにブログラムされていて、温度コントローラ（１０）および外部コントローラ（５０）が、通信するために、最初に、および／または周期的に「ハンドシェイク（ｈａｎｄｓｈａｋｅ）」しなければならないようにしてある。別の態様では、温度コントローラ（１０）および／または外部コントローラ（５０）は、暗号化された信号を送信し、この信号は、温度コントローラ（１０）および／または外部コントローラ（５０）の他方に記憶されたキーによってのみ復号することができるものである。さらに別の態様では、ＲＦＩＤタグ付け技術を用いて、温度コントローラおよび外部コントローラの整合を保証する。これらの近接性および／または同一性を確認する方策のあらゆる組み合わせを使用してクロストークを防止してもよい。通信におけるセキュリティおよび同一性を保証するその他の有用な技術が使用可能であり、またはそうなる可能性があり、等しく適用できる。

さらに図１を参照すると、温度コントローラ（１０）および／または外部コントローラ（５０）は、プログラミング命令を記憶しているメモリを含むことができ、この命令は、プロセッサ（温度コントローラ（１０）、外部コントローラ（５０）のいずれか、または両方とともに含まれるもの）により実行される場合には、熱電装置に、本明細書に記載の方法にしたがって対象の神経を加温または冷却させるものである。このようなプログラミング命令は、温度センサからのフィードバックを考慮することができ、これにより、神経が加温および冷却されて達する温度が中継され、前記フィードバックに基づいて、熱電装置への温度コントローラの出力が調節される。一態様では、プログラミング命令は、外部コントローラ（５０）から転送され、温度コントローラ（１０）のメモリに記憶されて、例えば、外部コントローラ（５０）がデスクトップまたはノートパソコンである態様においては、装置およびシステムが本明細書に記載の方法を実行するために患者が外部コントローラ（５０）の近くにとどまる必要がなくなる。

再び図１を参照すると、装置およびシステムは、対象の神経をブロックするために加温および冷却を生じる熱電装置（２０）を含んでいる。好適な熱電装置は、抵抗器、薄膜半導体、ペルチェ加熱器および冷却器、マイクロ波放射器、赤外線加熱器、ならびに冷却剤チューブを含むがこれらには制限されない。このような装置は、市販されている（例えば、マイクロペルト社（Micropelt GmbH）、ドイツ、フライブルグ、が市販するマイクロペルト熱発生器およびペルチェ冷却器）。本発明の態様では、熱電装置は、二つ以上の熱電装置であって、少なくとも一つが加温用、および少なくとも一つが冷却用である。本発明の態様では、熱電装置（２０）は、一つまたは複数のペルチェ装置である。このような装置は、例えばImoto et al. (Use of a Peltier chip with a newly devised local brain-cooling system for neocortical seizures in the rat（ラットにおける新皮質発作に対して新たに考案された局部脳冷却システムを有するペルチェチップの使用）． J Neurosurg 104: 150‐156, 2006)、およびLong and Fee (Using temperature to analyse temporal dynamics in the songbird motor pathway（温度を使用した、鳴禽の運動路における時間動態の分析）. Nature 456: 189‐194, 2008)に記載されている。これらの装置は電圧を温度差に変換する。よって、異なる電圧を熱電装置（２０）に印加することにより、加温または冷却を発生させることができ、したがって対象の神経が影響を受ける。熱電装置（２０）は、温度コントローラ（１０）と通信し、埋め込み可能な電力源（４０）から電力を受け取って温度差を発生させて、対象の神経を加温または冷却する。

再び図１を参照すると、装置およびシステムは、対象の神経の温度を検知する温度センサ（３０）を含む。好適な温度センサは、熱電対およびサーミスタを含む。熱電対は、異なる温度での電気的接続を形成する一対の導体であり、よって温度に依存する電圧および温度の測定をもたらす。サーミスタは抵抗器であり、その抵抗が温度によって変化し、よって温度の測定結果が得られる。本装置およびシステムに有用な温度センサ（３０）は、負の温度係数（ＮＴＣ）のサーミスタとすることができ、この場合には抵抗は、温度が上昇すると減少する。このようなサーミスタは、例えばビシェイ・インターテクノロジー社（Vishay Intertechnology, Inc.（コネチカット州、シェルトン））、またはＴＥテクノロジー社（TE Technology, Inc（ミシガン州、トラバース・シティ））が販売している。温度センサ（３０）は、温度コントローラ（１０）と通信しており、熱電装置に印加されるエネルギーの量を調節するフィードバックをかけることができる。

さらに図１を参照すると、埋め込み可能な電源（４０）も、装置およびシステムとともに含まれる。埋め込み可能な電源（４０）は、温度コントローラ（１０）および熱電装置（２０）のためのエネルギーを提供して、対象の神経の加温／冷却を発生させる。埋め込み可能な電源（４０）は、電池、例えばペースメーカー技術で使用されているもの、例えばリチウムまたは亜鉛系電池とすることができる。埋め込み可能な電源（４０）は、無線により、例えば、そして制限なしに、外部の無線充電装置（６０）により充電することができる。外部の無線充電装置は、埋め込み可能な電源（４０）を、例えば、そして制限なしに、電磁誘導充電により充電することができる。埋め込み可能な電源（４０）は、また、光起電力アレイを通じて再充電可能である。

この研究では、哺乳動物の有髄神経の冷却ブロックを生じさせるための温度は、短時間の可逆的な加温ブロックの後に、５〜１５℃から室温（１５〜３０℃）まで可逆的にシフトさせ得ることが示された。この熱ブロック現象は、神経伝導およびブロックに及ぼす温度の影響に関して多くの基本的で科学的な疑問を提起する。さらに重要なことには、それによって、多くの慢性疾患を治療するための埋め込み可能な神経ブロック装置を開発する可能性が得られる。

現在、通常は局部麻酔薬が、神経伝導ブロックの臨床適用に使用されている。神経ブロックのための急性の方法として局部麻酔薬の注入が主に使用されており、これは、慢性適用においてこうした薬物を送達するのが困難であることに起因する。最近、埋め込み可能な刺激装置によって生成された高周波（ｋＨｚ）電気刺激を臨床的に用いて、肥満治療のために迷走神経がブロックされ、また慢性痛のために脊椎根がブロックされていた。また高周波により、脊髄損傷後の膀胱機能を再建するために陰部神経をブロックするという提案もされていた。しかしながら、高周波刺激は、神経伝導をブロックできる前に、初期の神経発火を常に発生させることになる。初期の神経発火は、多くの臨床適用、例えば疼痛を抑制するには問題があり、それは、神経ブロックが生じる前に初期の疼痛感覚が常に誘発されるからである。本明細書に開示の熱ブロック法は、いかなる初期応答も発生させずに可逆的な神経ブロックを提供する。さらに、現在の熱電ペルチェ技術により、１５℃と５０℃の間の局部的な温度変化を生じさせる埋め込み可能な装置を設計し開発することもできる。従って、本明細書に記載の熱ブロック技術は、慢性疾患、例えば肥満、疼痛、心不全、および脊髄損傷後の膀胱機能不全を治療するために多くの臨床適用に使用される多くの利点を有する。

この研究は、神経伝導に及ぼす熱効果を理解し、哺乳動物の有髄神経における軸索伝導の可逆的な熱ブロックを生じさせる新しい方法を開発することを狙ったものであった。α−クロラロース麻酔下での１３匹のネコにおいて、小さい断片（９ｍｍ）の神経を冷却（５〜３０℃）または加温（４２〜５４℃）することによる陰部神経（Ｎ＝２０）の伝導ブロックを、神経の断続的な（５秒間のオンおよび２０秒間のオフ）電気刺激（５０Ｈｚ、０．２ｍｓ）により誘発された、尿道横紋筋収縮および尿道内圧の上昇により監視した。冷却ブロックが、５〜１５℃で観察された一方、加温ブロックが５０〜５４℃で生じた。１０分に達する完全な冷却ブロックが完全に可逆的であったが、完全な加温ブロックは、加温持続時間が１．３±０．１分未満であった場合のみ可逆的であった。５０〜５４℃での短時間（＜１分）の可逆的で完全な加温ブロック、または４６〜４８℃での１５分間の非ブロック性の穏和な加温により、冷却ブロック温度は室温１５〜３０℃まで有意に上昇した。冷却ブロックに及ぼす加温の効果は、約４０分の範囲内では完全に可逆的であった。この研究から、哺乳動物の有髄神経を室温でブロックする新規方法が見つかったことで、軸索伝導をブロックし、多くの慢性疾患、例えば肥満、疼痛、心不全、および脊髄損傷後の膀胱機能不全を治療する埋め込み可能な装置を開発する可能性が得られた。冷却ブロックに及ぼす加温の効果は大きな関心を持たれており、その理由は、これが、軸索伝導の低温また加温ブロックの根底にある機構を明らかにする可能性のある多くの基本的で科学的な疑問を提起するからである。

材料および方法
実験設定
計１３匹のネコ（６匹の雌および７匹の雄、３．０〜４．２ｋｇ、リバティ・リサーチ株式会社（Liberty Research Inc.）、米国、ニューヨーク州、ウェイバリー）を、この研究で使用した。これらの動物を、手術中、イソフラン（酸素中２〜５％）で麻酔し、データ収集中にはα−クロラロース麻酔（６５ｍｇ／ｋｇの静注、必要に応じて補充）を用いて維持した。パルスオキシメータ（９８４７Ｖ、ノーニン・メディカル社（NONIN Medical, Inc.）、米国、ミネソタ州、プリマス）を舌に装着して、心拍数および血中酸素レベルを監視した。気管切開を実行してチューブを挿入し、気道確保した。カテーテルを右頚動脈に挿入して、全身血圧を監視した。別のカテーテルを、生理食塩水および薬物投与のために左頭上静脈に挿入した。腹部切開により尿管を摘出して切断し、体外へのドレーンとした。近位尿道の小切開部を通してカテーテルを尿道に挿入した。カテーテルを、Ｔ字型コネクタを介してポンプおよび圧力変換器に接続し（図２）、ゆっくりと（１ｍｌ／分）尿道を灌流して、外尿道括約筋（ＥＵＳ）横紋筋の神経誘発性収縮により生じる尿道圧上昇を測定した。すべての切開部を、手術終了時に縫合糸により閉じた。

ＥＵＳを神経支配するモータ軸索を含有する陰部神経を、尾と坐骨裂孔の間で３〜４ｃｍ切開することにより露出させ両側で切断し、遠位端は縫合糸を用いて結紮された状態にした（図２）。右または左陰部神経を個別に調査した。陰部神経の一本を、銅管でできた小さい（９ｍｍ長）コイル（２ｍｍのコイル内径）に通した（図２）。銅管（外径１．５７ｍｍおよび内径０．３６ｍｍ）の一端を、プラスチックチューブを介してシリンジに接続して、異なる温度の水を手動で注入してコイル内の神経断片を局部的に冷却または加温した。コイル内部の温度を、コイルの中心に挿入された熱電対先端を有する温度計により監視した（図２）。目標温度を、注入速度を手動で調節することにより±１℃の範囲内に維持した。銅コイルの近位にある神経の上に双極型フック電極を置いて（図２）、コイル内部の局部的な温度変化が、反復した短い一連の刺激（５０Ｈｚ、０．２ｍｓ、５秒間のオン、２０秒間のオフ）により誘発される尿道収縮応答をブロックできるかどうかを試験した。尿道圧を４０ｃｍＨ２Ｏより大きく上昇させるに充分な刺激強度を実験中に使用した。神経、コイル、および電極はすべて、縫合糸を用いて皮弁を陥没させることにより形成された温生理食塩水プール（３５〜３７℃）中に浸漬させた。

実験プロトコル
９匹のネコの第１の群では、神経はまず、短時間（５０〜６０秒の持続時間）、順次３０、２５、２０、１５、１０、および５℃の温度に−５℃の工程で冷却した。その後、神経を短時間（５０〜６０秒の持続時間）、順次４２、４４、４６、４８、５０、５２、および５４℃の温度に２℃の工程で加温した。これらの短い冷却／加温の期間の合間には、ＥＵＳ収縮応答が完全に回復するのに充分な時間（５０〜１５０秒）を与えた。いったん、可逆的で完全な加温ブロックが（通常５０〜５４℃で）観察されると、温度をそれ以上には上げなかった。その代り、短時間の冷却プロトコルを反復して、冷却ブロック温度の変化を調査し、その後、冷却ブロック温度が対照レベルに回帰するまで、神経を反復的に（５０〜１５０回の間をおいて）短時間（５０〜６０秒）、冷却することにより、変化の持続時間を監視した。この一群の実験の終了時に、異なる加温持続時間（１〜３分）を可逆的ブロック温度（５０〜５４℃）で試験して、非可逆的なブロックのための加温持続時間を決定した。

４匹のネコの第２の群では、上記の反復冷却のプロトコルを最初に実行して、冷却ブロック温度を決定した。続いて、神経を３回、５分間の期間だけ４６℃または４８℃に加温したが、この温度は、加温ブロック温度（５０〜５４℃）よりもわずかに低い温度である。各加温の後、反復冷却のプロトコルにより冷却ブロック温度を測定した。

データ分析
神経伝導に及ぼす温度効果を測定するために、各短時間の冷却／加温中に短い一連の陰部神経刺激により誘発される最小尿道収縮の平均振幅を、冷却／加温の直前での尿道収縮の平均振幅で規格化した。同一実験条件の下、異なる動物における神経から得られた結果を平均して、平均±標準誤差として報告した。統計的有意性（ｐ＜０．０５）が、ｔ検定または分散分析（ＡＮＯＶＡ）、続いてダネット（Dunnett）（一元）多重比較またはボンフェローニ（Bonferroni）（二元）多重比較により検出された。

結果
局部的な冷却または加温による陰部神経の伝導ブロック
短い一連の（５秒間のオンおよび２０秒間のオフ）陰部神経刺激（５０Ｈｚ、０．２ｍｓ、１〜１０Ｖ）は、短い持続時間のＥＵＳ収縮を誘発し、これにより、４０ｃｍＨ２Ｏより大きい振幅の比較的一定の尿道圧上昇を生じた（図３のパネルＡ、および図４のパネルＡ）。銅コイルを通した冷水（０〜１０℃）を手動で灌流することにより、コイル内部の熱電対により記録される温度を急速に（５〜１０秒）５〜３０℃まで低下させ、これを５０〜６０秒間維持した（図３、パネルＡの圧力記録の下部の黒いバーで記されたもの）。いったん灌流を止めると温度は急速に（５〜１０秒）３５〜３７℃の生理食塩水プール温度に戻った。同様に、銅コイルを通して温水（５０〜６０℃）を手動で灌流することにより、神経の短時間の加温（図４、パネルＡ）を実行した。

局部冷却により温度が徐々に低下すると、陰部神経伝導の部分的なブロックが１５℃で生じ始めた（図３、パネルＡおよびＢ）。試験された２０の神経中、完全なブロックが、２つの神経では１５℃で、６つの神経では１０℃で、そして８つの神経では５℃で実現した。図３のパネルＢに平均結果を示す。尿道収縮応答は、低温から温生理食塩水プール温度に戻ってしまえば完全に回復しており（図３のパネルＡ）、これは、短時間（５０〜６０秒）の冷却ブロックが完全に可逆的であることを示している。長時間持続する（４．５〜１０分）完全な冷却ブロックを３つの神経において試験し、同様の可逆性を示した（図３のパネルＣ）。

局部加温により温度が徐々に上昇すると、神経伝導の部分的なブロックが５０℃で生じ始めた（図４、パネルＡおよびＢ）。試験された１４の神経中、完全なブロックが、２つの神経では５０℃で、６つの神経では５２℃で、そして６つの神経では５４℃で実現した。図４のパネルＢに平均結果を示す。短い持続時間（＜１分）の加温ブロックは、完全に可逆的であった（図４のパネルＡおよび図５のパネルＡ）ものの、さらに長い持続時間（３分）では、部分的に非可逆的なブロックまたは尿道収縮の完全な消失を生じた（図５のパネルＡ）。平均すると、可逆的な加温ブロックが１．３±０．１分の加温持続時間により実現された一方で、非可逆的な（部分的または完全な）加温ブロックは２．７±０．２分の加温持続時間により生じた（図５のパネルＢ）。非可逆的な加温ブロック（図４のパネルＡ）を、尿道収縮の回復を伴わない１２の神経において５〜４５分（平均１７±４分）間、監視した。

局部加温による、冷却ブロック温度の１５〜３０℃のシフト
可逆的で完全な加温ブロックは、冷却ブロックのための温度を上昇させた。いかなる加温の前でも、部分的な冷却ブロックは通常１５℃で生じており、完全な冷却ブロックは５℃であった（図６のパネルＡ）。しかしながら、５２℃での短時間（５０秒）の可逆的で完全な加温ブロックの後では、同一神経上で冷却ブロックが生じ、部分的なブロックは３０℃から始まって２０℃で完全なブロックとなった（図６のパネルＡ）。平均すると、５０〜５４℃での短時間（０．５〜１．５分）の可逆的で完全な加温ブロックにより、冷却ブロック応答曲線は、対照曲線よりも約１０℃高い温度にシフトした（図６のパネルＢ）。上昇した温度での冷却ブロックの持続時間は、冷却ブロック中の最小尿道収縮の平均圧力が対照の＜２５％に維持されたときの時間として定義される（図７のパネルＡ）。低い温度（１５℃）での冷却ブロックは、高い温度（２０℃）での冷却ブロックよりも長時間、持続した（図７のパネルＡ）。異なる高い温度での平均の冷却ブロック持続時間を、図７のパネルＢに示す。上昇した、冷却ブロックのための温度は、約４０分以内に完全に回復した（図７のパネルＢ）。

この冷却ブロックのための温度はまた、４６〜４８℃での非ブロック性の加温により上昇させることができた。いかなる加温の前でも、完全な神経ブロックを実現するためには、通常５℃でなければならなかった（図８Ａ中、第１の記録参照）。しかしながら、同一神経においては、４６〜４８℃で５分間の反復（３回）の加温は、神経誘発された尿道圧応答に効果はなく、冷却ブロックのための温度を１５℃まで徐々に上昇させた（図８Ａ参照）。図８Ｂに、試験された７つの神経の平均結果を示す。

考察
ネコにおけるこの研究により、哺乳動物の有髄神経（陰部神経）を局所的に１５℃未満に１〜１０分間、冷却することにより（図３）、または短時間（＜１分）、５０℃より高温に局部加温することにより（図４）、この神経を可逆的にブロックできることが示された。しかしながら、冷却ブロック温度は、５０〜５４℃での可逆的で完全な加温ブロックの後に（図６）、または４６〜４８℃での反復された非ブロック性の加温の後に（図８Ａおよび８Ｂ）、室温１５〜３０℃にまで上昇させることができた。上昇した、この冷却ブロックのための温度は、時間経過とともに完全に回復した（図７）。神経伝導上で加温と冷却の間に相互作用のあることは、重要な観察結果である。

極端な低温（＜１５℃）または加温（＞４６℃）は、哺乳動物の有髄神経における伝導をブロックできることはよく知られている。しかしながら、これらの極端な低温または高温の長期間持続する適用により、神経損傷が生じ得る。ネコにおいて、脛骨神経を４６．５℃に１１０分間、または５１℃に１０分間、局部的に加温することにより、非可逆的な神経ブロックが生じた。ネコの脛骨神経においては、４６℃より低温では伝導ブロックは観察されなかったものの、犬においては、坐骨神経を４５℃で６０分間、局部的に加温することにより、神経伝導速度の減少とひきずり歩行が３〜１１ヶ月間、生じたと報告されている。神経損傷は、坐骨神経を５℃に１２０分間、冷却した場合に、ラットにおいても報告されている。したがって、これらの極端な低温または高温が、長時間持続する適用には安全でないことは明らかである。しかしながら、これらの結果により、非常に異なるアプローチを使用して、神経温度を局部的に変えることにより神経伝導ブロックを実現できることが示された。それは、５０〜５４℃で短時間（＜１分）の完全に可逆的な加温ブロック（図６）を行う、または４６〜４８℃で約１５分の非ブロック性の加温（図８Ａおよび８Ｂ）の後、室温（１５〜３０℃）への穏和な冷却を行って神経伝導を５〜４０分間ブロックする（図７）だけでよい。室温はおそらく、哺乳動物の有髄神経にとっては安全である。この研究で使用される加温持続時間もおそらく安全であり、その理由は、そうした加温持続時間によって、完全に可逆的な神経ブロックが生じる（図６）か、または神経伝導への効果が全くない（図８Ａおよび８Ｂ）かであるからである。さらには、これらの加温持続時間は、非可逆的な神経ブロックが生じるのに要する持続時間のわずか約１０％である。しかしながら、短い持続時間の加温の反復適用についての安全性は、依然として見極める必要はある。

冷却ブロックの閾値に及ぼす反復加温の累積効果は、適用の頻度に依存する可能性が高い。非常に頻繁な適用を必要とする臨床適用にとっては、４６〜４８℃での非ブロック性の加温の効果は、加算的である可能性があり安全でないレベルに達する可能性がある。したがって、４６℃より低い温度を慢性的に使用して、冷却ブロックにおける非ブロック性の加温の効果を維持してもよいかもしれないという可能性がある。ラットと犬における従来の研究では、坐骨神経を局部的に４３〜４４℃で３０〜６０分間、加熱することは安全であり、神経に可逆的な超微細構造的で電気生理学的な変化を生じさせるだけであることが示されている。したがって、この研究で使用される方法により冷却ブロック温度の閾値が上昇した後に、局部的に加熱および冷却を４５℃と１５℃の間で交互に適用することにより哺乳動物の有髄神経をブロックする新しい方法を提案することは妥当である。

現在、その他の方法が、神経伝導ブロックのための臨床適用に使用されている。短時間の神経ブロックを生じさせるのに局部麻酔薬の注入が長年使用されてきたが、その理由は、これらの薬物を慢性的に送達するのが困難なためである。最近、埋め込み可能な刺激装置によって生成された高周波（ｋＨｚ）電気刺激を臨床的に使用して、肥満治療のために迷走神経を慢性的にブロックする、または慢性痛の治療のために脊椎根をブロックすることが行われている。高周波刺激はまた、陰部神経をブロックして、脊髄損傷後の下部尿路機能を回復させることが提案されている。しかしながら、高周波刺激は、それが神経伝導をブロックできる前に、初期の神経発火を常に発生させることになる。初期の神経発火は、多くの臨床適用、例えば疼痛を抑制するには問題があり、それは、初期の疼痛感覚が、神経ブロックが生じる前に誘発される可能性があるからである。この研究で提案された熱ブロック法は、初期応答を発生させずに可逆的な神経ブロックを提供する。さらに、現在の熱電ペルチェ技術によって、１５〜５０℃の間の局部的な温度変化を生じさせる埋め込み可能な装置を設計し開発することも可能になる。したがって、この研究に基づく熱ブロック技術は、慢性疾患、例えば肥満、疼痛、心不全、および脊髄損傷後の膀胱機能不全を治療する多くの臨床適用に使用できる可能性がある。

低温または加温ブロックの根底にある機構は、現在のところ明らかではない。しかしながら、温度によってナトリウムおよびカリウムチャネル活性の動態が決まっていることはよく知られている。したがって、極端な低温または高温によりイオンチャネル動態に顕著な変化が生成されることで、伝導ブロックが生じる可能性が考えられる。しかしながら、ラットにおける最近の研究では、坐骨神経の冷却による伝導速度の低下は、ナトリウムまたはカリウムチャネルの用量依存性の遮断に影響されないことが示されており、これは、伝導速度への低温効果が、有髄軸索の受動的な特性の変化に関連づけられる可能があることを示唆している。低温が、ヒキガエルの坐骨神経の軸索膜を厚くし伝導速度を低下させ得ることが知られている。一方で、活動電位の振幅への低温効果は、ナトリウムチャネルの用量依存性の遮断に敏感である。したがって、イオンチャネル動態と有髄軸索の受動的な特性の両方が、有髄神経の冷却ブロックに役割を果たしている可能性がある。

延長された加温ブロックがいかにして神経損傷を引き起こし得るかを理解するのは簡単であり、その理由は、過度の加温により、浮腫、血管閉塞、重度の内皮細胞損傷、および脱ミエリン化が生じ得るからである。しかしながら、可逆的な加温ブロックの根底にある機構に関してはほとんど何も分かっていない。冷却ブロックにおいて生じていることに基づけば、イオンチャネル動態と有髄軸索の受動的な特性の両方もまた、可逆的な加温ブロックに役割をはたし得ることが考えられる。さらに、軸索膜容量が加温ブロック温度で顕著に増加することが分かっている。この局部的に増加した容量が、軸索にそった電荷の再分布を引き起こし、軸索伝導をブロックする可能性のある局部脱分極を生じさせる可能性がある。

この研究では、短時間のまたは穏和な加温により、冷却ブロック温度を上昇させ得ることが示された（図６、および図８Ａ、および８Ｂ）。冷却ブロックへのこの加温の効果は、何分も持続させることができ、完全に可逆的である（図７）。イオンチャネル動態は、温度変化とともに即座に変化するので、冷却ブロックに影響がある延長された加温効果にイオンチャネル動態が寄与している可能性はそれほど高くない。しかしながら、短時間のまたは穏和な加温により、有髄軸索の受動的な特性の変化が生じ得て、この変化が時間経過とともに完全に可逆的なものである可能性はある。さらに多くの研究によって、温度変化により誘発される軸索ブロックの機構および有髄軸索の伝導またはブロックにおける低温と高温の間の相互作用がさらに理解されると期待される。

非可逆的な神経ブロックに関するこの研究における結果は、従来の研究とよく一致する。坐骨神経伝導の冷却ブロックは、ネコでは５〜１５℃で生じることがこれまで報告されている。陰部神経伝導の冷却ブロックも、犬では２〜１０℃で生じることが観察されている。この研究では、温度を急速に（５〜１０秒以内で）下げた後、わずか５０〜６０秒間、維持した。ラットの坐骨神経の従来の研究では、温度を約０．１℃／分の速度で下げることによるはるかに遅い冷却プロトコルが用いられており、この速度は、今回の研究で試験された各温度（±１℃）について約２０分の持続時間に相当する。そのような遅い温度変化によってさえ、１６℃より低い温度が、ラットにおける坐骨神経の伝導をブロックするのに依然として必要であったことから、今回の研究で使用された冷却プロトコルは、冷却ブロック応答曲線を決定するのに充分正確であることが示される（図３、パネルＢ）。冷却ブロックが、加温ブロック（５０〜５４℃）よりも広い温度範囲（５〜１５℃）で生じることは注目に値し、このことは、冷却ブロックと加温ブロックの機構が非常に異なっていること示している可能性がある。さらには、冷却ブロック温度が神経伝導速度と関連付けられないことが知られている。したがって、温度が低下するにつれて徐々に生じるブロック（図３）は、ブロックされる軸索の径が異なることに起因するのではなく、銅コイルによって神経内に発生する温度勾配に起因する可能性が高い。

ネコにおける従来の研究では、有髄軸索の加温ブロックにとって４６℃より高い温度が必要であることが報告されている。今回の研究において、加温ブロックのためのこの温度が閾値ブロッキング温度よりもわずかに低いこと（図４）は、実験的方法が異なることの反映である。加温された神経の長さは、従来の研究では１５ｍｍあったが、この研究ではわずか９ｍｍあった。異なる長さの神経の加温または冷却の効果を調べてもよいかもしれない。冷却ブロックに対する感度向上の持続時間もまた、４２〜４４℃でのさらなる断続的で穏和な加温により延長される可能性がある。

要約すると、軸索伝導の冷却ブロックを生じさせるための閾値温度への短い期間の加温の延長効果は、有髄軸索の生理的特性への新しい知見、および熱により誘発される軸索伝導の変化を用いた神経原性機能不全を治療する新しい臨床方法の開発につながることになる重要な観察結果である。

今回の発明を記載してきたことで、この発明の範囲またはそのいかなる実施形態にも影響を与えずに、条件、処方、およびその他のパラメータの幅広く均等な範囲内でこの発明を実行できることは、当業者には理解される。以下の節は、本発明の様々な態様の例示である。
節１：神経を可逆的にブロックする方法であって、
ａ．神経を３７℃より高い温度に、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度および持続時間未満に加温する工程と、
ｂ．神経を３７℃未満の温度に、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度より高い温度に冷却して可逆的な神経ブロックが生じる工程を含む方法。
節２：前記神経が、工程ａ．において４２℃から５４℃の範囲の温度に加温される、節１に記載の方法。
節３：前記神経が、工程ａ．において５０℃から５４℃の範囲の温度に１分未満の持続時間の間、加温される、節１または節２に記載の方法。
節４：前記神経が、工程ａ．において４３℃から４８℃の範囲の温度に、６０分未満、または３０分未満の持続時間の間、加温される、節１または節２に記載の方法。
節５：前記神経が、工程ａ．において神経ブロックを生じさせない温度および持続時間に加温される、節１〜４のいずれか一節に記載の方法。
節６：前記神経が、工程ｂ．において１５℃から３０℃までの範囲の温度に冷却される、節１〜５のいずれか一節に記載の方法。
節７：工程ａ．に先立って、前記神経を加温および冷却する温度コントローラを神経に埋め込む工程をさらに含み、前記温度コントローラが、加熱素子、冷却素子、および温度センサを含む、節１〜６のいずれか一節に記載の方法。
節８：前記温度コントローラが、前記加熱素子の加温、前記冷却素子の冷却、および前記温度センサによる前記神経の温度の監視を制御するコントローラに、例えば電気的にまたは無線により接続されている、節７に記載の方法。
節９：前記加熱素子が、抵抗器、薄膜半導体、ペルチェ加熱器、マイクロ波放射器、または赤外線加熱器であり、前記冷却素子が、冷却剤チューブ、ペルチェ冷却器であり、および／または前記温度センサが熱電対またはサーミスタである、節７または８のいずれか一節に記載の方法。
節１０：節１〜９のいずれか一節に記載の方法により患者の腹部迷走神経をブロックすることを含む、患者における肥満を治療する方法。
節１１：節１〜９のいずれか一節に記載の方法により患者の神経をブロックすることを含む、患者における慢性痛を治療する方法。
節１２：節１〜９のいずれか一節に記載の方法により患者の交感神経をブロックすることを含む、患者における心不全を治療する方法。
節１３：交感神経が、大内臓神経、小内臓神経、または交感神経幹の一つまたは複数である、節１２に記載の方法。
節１４：節１〜９のいずれか一節に記載の方法により患者の陰部神経をブロックすることを含む、患者における尿閉を治療する方法。
節１５：節１〜９のいずれか一節に記載の方法により患者の筋肉を神経支配する神経をブロックすることを含む、患者における筋痙攣を治療する方法。
節１６：節１〜９のいずれか一節に記載の方法により患者の迷走神経をブロックすることを含む、患者における循環器疾患を治療する方法。
節１７：プロセッサを含む温度コントローラと、
前記温度コントローラと通信し、かつ神経に近接して置かれるように構成された熱電装置と、
前記温度コントローラと通信し、かつ前記神経に近接して置かれるように構成された温度センサと、
前記温度コントローラおよび前記熱電装置に電力を提供する電源と、
を含む埋め込み可能な装置、および
前記温度コントローラと通信する外部コントローラを含む、神経を可逆的にブロックするシステムであって、
前記温度コントローラが、プログラミング命令を記憶しているメモリを含み、前記プログラミング命令は、プロセッサによって実行される場合には、前記プロセッサに前記熱電装置を制御させて、
前記神経を３７℃より高い温度に、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度および持続時間未満に加温し、かつ
前記神経を３７℃未満の温度に、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度より高い温度に冷却して可逆的な神経ブロックを生じさせる、システム。
節１８：前記プログラミング命令が、前記プロセッサによって実行される場合には、さらに前記プロセッサに、温度情報を前記温度センサから受信させて、前記温度情報に基づいて前記熱電装置の制御を修正させる、節１７に記載のシステム。
節１９：前記温度センサがサーミスタである、節１７または節１８に記載のシステム。
節２０：前記温度センサが熱電対である、節１７〜１９のいずれか一節に記載のシステム。
節２１：前記熱電装置が、加熱素子および冷却素子を含み、前記加熱素子が抵抗器、薄膜半導体、ペルチェ加熱器、マイクロ波放射器、または赤外線加熱器であり、前記冷却素子が冷却剤チューブまたはペルチェ冷却器である、節１７〜２０のいずれか一節に記載のシステム。
節２２：前記電源が再充電式電池である、節１７〜２１のいずれか一節に記載のシステム。
節２３：前記再充電式電池が無線により再充電可能である、節２２に記載のシステム。
節２４：前記電池が電磁誘導により再充電可能に構成されている、節２３に記載のシステム。
節２５：前記外部コントローラが、無線により前記温度コントローラと通信する、節１７〜２４のいずれか一節に記載のシステム。
節２６：前記外部コントローラが、携帯電話、タブレット、スマートウォッチ、ノートパソコン、またはデスクトップコンピューターである、節１７〜２５のいずれか一節に記載のシステム。
節２７：プロセッサを含む温度コントローラと、
前記温度コントローラと通信し、かつ神経に近接して置かれるように構成された熱電装置と、
前記温度コントローラと通信し、かつ前記神経に近接して置かれるように構成された温度センサと、
前記温度コントローラ、および可逆的な神経ブロックを生じさせる前記熱電装置に電力を提供する電源と、を含む可逆的な神経ブロックを生じさせる埋め込み可能な装置の、
神経を３７℃以上の温度に、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度および持続時間未満に加温する工程と、その後、前記神経を３７℃未満の温度に、かつ不可逆的な神経ブロックが生じる温度以上に冷却して、可逆的な神経ブロックを生じさせる工程とを含む、埋め込み可能な装置の使用。

Claims (7)

1. 神経を可逆的にブロックするシステムであって、
   神経を加温および冷却可能な温度コントローラを含み、
   前記温度コントローラが、前記神経を加温および冷却するように構成された装置と、前記装置と通信するプロセッサとを含み、
   前記温度コントローラが、プログラミング命令であって、前記プロセッサによって実行されるとき、
   ａ．前記神経の長さを４２℃から５４℃の範囲の温度および不可逆的な神経ブロックが生じる持続時間未満に加温し、かつ、その後
   ｂ．前記神経の長さを１５℃から３０℃の範囲の温度に冷却して可逆的な神経ブロックを生じさせるように前記プロセッサに前記装置を制御させるプログラミング命令を記憶しているメモリを含む、システム。
2. 前記神経の長さの温度を監視する温度センサをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
3. 前記装置が、抵抗器、薄膜半導体、ペルチェ装置、マイクロ波放射器、または流体を通すように構成された管を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記装置が、前記温度コントローラと通信し、かつ前記神経の長さに近接して置かれるように構成された熱電装置であり、
   前記システムが、
   前記温度コントローラと通信し、かつ前記神経の長さに近接して置かれるように構成された温度センサと、
   前記温度コントローラおよび前記熱電装置に電力を提供する電源と、
   前記温度コントローラと通信する外部コントローラと
   をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
5. 前記プログラミング命令が、前記プロセッサによって実行されるとき、さらに前記プロセッサに、温度情報を前記温度センサから受信させて、前記温度情報に基づいて前記装置の制御を修正させる、請求項２または請求項４に記載のシステム。
6. 前記温度センサがサーミスタまたは熱電対である、請求項２または請求項４に記載のシステム。
7. 前記装置が、加熱素子および冷却素子を含み、前記加熱素子が抵抗器、薄膜半導体、ペルチェ加熱器、マイクロ波放射器、または赤外線加熱器であり、前記冷却素子が冷却剤チューブまたはペルチェ冷却器である、請求項１に記載のシステム。

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