▶ ジーイー・プレシジョン・ヘルスケア・エルエルシーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-18
(54)【発明の名称】神経調節を用いた遅発反応遺伝子の活性化
(51)【国際特許分類】
A61B 17/00 20060101AFI20241010BHJP
【ＦＩ】
A61B17/00 700
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024522019
(86)(22)【出願日】2022-10-12
(85)【翻訳文提出日】2024-05-28
(86)【国際出願番号】 US2022046440
(87)【国際公開番号】W WO2023064386
(87)【国際公開日】2023-04-20
(31)【優先権主張番号】63/255,339
(32)【優先日】2021-10-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】319011672
【氏名又は名称】ジーイー・プレシジョン・ヘルスケア・エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100151286
【弁理士】
【氏名又は名称】澤木 亮一
(72)【発明者】
【氏名】プレオ，クリストファー・マイケル
(72)【発明者】
【氏名】コテロ，ヴィクトリア・ユージニア
【テーマコード（参考）】
4C160
【Ｆターム（参考）】
4C160JJ33
4C160JJ35
(57)【要約】
【課題】神経調節を用いた遅発反応遺伝子の活性化を提供する。
【解決手段】本開示は、エネルギー恒常性を調節する複数の末梢神経経路を非侵襲的に刺激するための治療用超音波の使用に関する。開示される神経調節技術の実施形態は、代謝障害を有する患者を治療するための神経調節技術を含む。本開示の特定の実施形態は、血糖調節の文脈で議論される。
【選択図】図１
【解決手段】本開示は、エネルギー恒常性を調節する複数の末梢神経経路を非侵襲的に刺激するための治療用超音波の使用に関する。開示される神経調節技術の実施形態は、代謝障害を有する患者を治療するための神経調節技術を含む。本開示の特定の実施形態は、血糖調節の文脈で議論される。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
治療方法であって、被験者の遅発反応遺伝子を活性化するのに有効な時間、前記被験者の組織を非侵襲的に刺激するステップを含み、
前記遅発反応遺伝子の活性化は、エネルギー恒常性に影響を及ぼす遺伝子発現産物の発現を引き起こす、治療方法。
【請求項2】
前記遅発反応遺伝子の活性化が、長期間にわたってエネルギー恒常性を調節する、請求項１に記載の治療方法。
【請求項3】
前記組織が１つ以上の末梢神経経路の少なくとも一部を構成する、請求項１に記載の治療方法。
【請求項4】
前記組織が、神経ペプチドＹ（ＮＰＹ）ニューロンおよびプロオピオメラノコルチン（ＰＯＭＣ）ニューロンの一方または両方を含む、請求項１に記載の治療方法。
【請求項5】
前記組織が１つ以上の末梢神経経路を含み、前記末梢神経経路が互いに、または中枢神経系の統合ニューロンまたは細胞と連絡している、請求項１に記載の治療方法。
【請求項6】
前記統合ニューロンが介在ニューロンである、請求項５に記載の治療方法。
【請求項7】
前記遅発反応遺伝子が、線維芽細胞増殖因子１（ＦＧＦ１）遺伝子を含む、請求項１に記載の治療方法。
【請求項8】
前記遅発反応遺伝子が、プロテインキナーゼＲ（ＰＫＲ）様小胞体キナーゼ（ｐＥＲＫ）経路を調節する、請求項１に記載の治療方法。
【請求項9】
非侵襲的に前記１つ以上の末梢神経経路を有効期間にわたって神経調節することにより、ＦＧＦ１の産生を引き起こす、請求項３に記載の治療方法。
【請求項10】
前記遺伝子発現産物がグルコース濃度に影響を及ぼす、請求項１に記載の治療方法。
【請求項11】
前記組織を非侵襲的に神経調節するステップが、前記遅発反応遺伝子を活性化するのに有効な時間、前記組織に超音波エネルギーを印加するステップを含む、請求項１に記載の治療方法。
【請求項12】
前記組織に超音波エネルギーを印加する前記ステップが、イオンチャネルのＴＲＰファミリから選択されるイオンチャネルの活性化を引き起こす、請求項１１に記載の治療方法。
【請求項13】
前記イオンチャネルのＴＲＰファミリから選択される前記イオンチャネルが、ＴＲＰＡ１を含む、請求項１２に記載の治療方法。
【請求項14】
前記遅発反応遺伝子が、前記被験体の視床下部に存在する、請求項１に記載の治療方法。
【請求項15】
前記遅発反応遺伝子を活性化するステップは、即時型初期遺伝子の持続的発現を活性化するステップを含む、請求項１記載の治療方法。
【請求項16】
多部位神経調節治療法であって、非侵襲的多部位神経調節を適用して１つ以上の末梢神経経路を調節するステップを含み、前記末梢神経経路は互いに、または中枢神経系の統合ニューロンもしくは細胞と連絡し、前記多部位神経調節は、エネルギー恒常性に影響を及ぼす遺伝子発現産物の発現を引き起こす遅発反応遺伝子の活性化を引き起こす、多部位神経調節治療方法。
【請求項17】
前記非侵襲的多部位神経調節は、第１の末梢神経経路および第２の末梢神経経路に適用される超音波刺激を含む、請求項１６に記載の多部位神経調節治療方法。
【請求項18】
前記非侵襲的多部位神経調節が、肝門脈叢領域および上腸間膜叢領域の超音波刺激を含む、請求項１６記載の多部位神経調節治療法。
【請求項19】
前記統合ニューロンまたは前記細胞が、神経ペプチドＹ（ＮＰＹ）ニューロンとプロオピオメラノコルチン（ＰＯＭＣ）ニューロンとを接続する、請求項１６に記載の多部位神経調節治療法。
【請求項20】
前記遅発反応遺伝子が、線維芽細胞増殖因子１（ＦＧＦ１）遺伝子を含む、請求項１６に記載の多部位神経調節治療方法。
【請求項21】
互いに連絡している前記末梢神経経路、または前記統合ニューロンまたは前記細胞を調節することにより、ＦＧＦ１の産生を引き起こす、請求項１６に記載の多部位神経調節治療法。
【請求項22】
前記遅発反応遺伝子を活性化するステップが、即時型初期遺伝子の持続的発現を活性化するステップを含む、請求項１６に記載の多部位神経調節治療方法。
【請求項23】
前記統合ニューロンが、介在ニューロンである、請求項１６に記載の多部位神経調節治療法。
【請求項24】
前記１つ以上の末梢神経経路を調節する行為が、イオンチャネルのＴＲＰファミリから選択されるイオンチャネルの活性化を含む、請求項１６に記載の多部位神経調節治療方法。
【請求項25】
前記イオンチャネルのＴＲＰファミリから選択される前記イオンチャネルが、ＴＲＰＡ１を含む、請求項１６に記載の多部位神経調節治療方法。
【請求項26】
神経感受性を変化させる方法であって、１つ以上の末梢神経経路を神経調節するステップを含み、前記組織を神経調節する前記行為は、イオンチャネルのＴＲＰファミリから選択されるイオンチャネルを活性化するステップを含む、方法。
【請求項27】
前記イオンチャネルの前記ＴＲＰファミリから選択される前記イオンチャネルが、ＴＲＰＡ１を含む、請求項２６に記載の神経感受性を変化させる方法。
【請求項28】
前記１つ以上の末梢神経経路を神経調節するステップが、前記１つ以上の末梢神経経路を非侵襲的に神経調節するステップを含む、請求項２６に記載の神経感受性を変化させる方法。
【請求項29】
前記１つ以上の末梢神経経路を神経調節するステップが、前記１つ以上の末梢神経経路に超音波エネルギーを印加するステップを含む、請求項２８に記載の神経感受性を変化させる方法。
【請求項30】
被験者の代謝障害を治療するためのシステムであって、被験者の組織を非侵襲的に標的化するように構成された少なくとも１つの超音波トランスデューサを含むエネルギー印加装置と、
前記少なくとも１つの超音波トランスデューサーに接続され、前記少なくとも１つの超音波トランスデューサーを用いて、前記被験者の遅発反応遺伝子を活性化し、代謝障害を治療または緩和するのに有効な時間、前記組織を刺激するように構成されたパルス発生器と、を含むシステム。
【請求項31】
前記遅発反応遺伝子を活性化することが、即時型初期遺伝子の持続的発現を活性化することを含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項32】
前記組織が、末梢神経経路の少なくとも一部を含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項33】
前記末梢神経経路が、肝門脈叢または上腸間膜叢の少なくとも一部を含む、請求項３２に記載のシステム。
【請求項34】
前記組織は、１つ以上の末梢神経経路を有し、前記末梢神経経路は互いに、または前記中枢神経系の統合ニューロンもしくは細胞と連絡している、請求項３０に記載のシステム。
【請求項35】
前記統合ニューロンが、介在ニューロンである、請求項３４に記載のシステム。
【請求項36】
前記組織を刺激する行為が、イオンチャネルのＴＲＰファミリから選択されるイオンチャネルの活性化を含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項37】
前記イオンチャネルの前記ＴＲＰファミリから選択される前記イオンチャネルが、ＴＲＰＡ１を含む、請求項３６に記載のシステム。
【請求項38】
前記組織を刺激する行為は、末梢神経経路を機械的に変位させることを含む、請求項３０記載のシステム。
【請求項39】
前記遅発反応遺伝子が、被験者の視床下部にある、請求項３０に記載のシステム。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示される主題は、神経調節に関し、より具体的には、複数の末梢神経経路を非侵襲的に刺激する超音波の治療的使用がエネルギー恒常性（energy homeostasis：エネルギーホメオスタシス）を調節するために使用され得る技術に関する。開示された神経調節技術の実施形態には、代謝障害を有する患者を治療するための神経調節技術（neuromodulation techniques）が含まれる。本開示の特定の実施形態は、血糖調節の文脈（context of blood glucose regulation）で議論される。
【背景技術】
【0002】
２型糖尿病（Ｔ２Ｄ：Type 2 diabetes）は、依然として世界的に一般的で費用のかかる疾患である。薬学的に大きな進歩があったにもかかわらず、Ｔ２Ｄは依然として、一過性に高血糖を改善する抗糖尿病薬の頻繁な投与によって管理されており、しばしば用量の増量や他の薬との併用療法が必要となる。このため、患者は糖尿病性腎症と薬剤誘発性腎毒性（diabetic nephropathy and drug-induced nephrotoxicity）の組み合わせから生じる血管障害や腎障害（vascular and renal injury）などの併存疾患（co-morbidities）に対して脆弱なままである。肥満手術（bariatric surgery）などの外科的アプローチは、Ｔ２Ｄの長期寛解をもたらすことが示された唯一の臨床的介入（clinical intervention）である。しかし、手術の長期的効果の基礎にある機序についてはまだ議論の余地があり、体重減少が二次的なものであることが示されている。
【0003】
侵襲的な神経薬理学的アプローチ（invasive neuro-pharmaceutical approach）を用いたＴ２Ｄモデルにおいて、高血糖からの長期寛解（Long-term remission from hyperglycemia）が証明されている。一例として、リコンビナント線維芽細胞増殖因子１（ＦＧＦ１：recombinant fibroblast growth factor 1）による単回治療（single treatment）が、糖尿病マウスおよびラットにおいて、数週間から数ヶ月にわたって高血糖からの寛解を誘導することが示されている。しかし、この治療法は、侵襲的な頭蓋内処置（intracranial procedure）に伴うリスクを伴う第三脳室への脳室内（ｉ．ｃ．ｖ．：invasive intracerebroventricular）注射によって投与された場合にのみ有効であることが証明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第２０２０－００５４２２８号明細書
【発明の概要】
【0005】
本開示は、エネルギー恒常性を調節することが知られている複数の末梢神経経路を非侵襲的に刺激するための治療用超音波（therapeutic ultrasound）の使用に関する。特定の実施形態において、肝門脈および上腸間膜神経叢の両方（both the hepatoportal and superior mesenteric plexuses）が刺激される単一の超音波治療セッション（single ultrasound treatment session）は、動物モデル（例えば、ＩＩ型糖尿病（Ｔ２Ｄ：type II diabetes）のＺｕｃｋｅｒ糖尿病性脂肪（ＺＤＦ：Zucker Diabetic Fatty）および食事誘発性肥満（ＤＩＯ：Diet-Induced Obesity）げっ歯類モデル：rodent models）において持続的な糖尿病寛解を誘導することが観察された。超音波治療の抗糖尿病効果は、体重減少による二次的なものではなく、超音波被曝に関する現在の規制制限に該当する超音波パルスを用いて達成される。このことから、非侵襲的な超音波神経モジュレーションは、神経代謝経路を調節し、非侵襲的かつ臨床的に適切なアプローチで糖尿病の寛解を誘導する可能性があると考えられる。
【0006】
さらに詳しく説明すると、本明細書で論じるように、同定された組織（例えば末梢神経経路：peripheral neural pathways）への刺激は、特定の細胞の細胞膜または核膜（the plasma membrane or the nuclear membrane）における膜分極（membrane polarization）の持続的な変化を誘発するのに十分な時間行われる。この変化は持続的な治療的変化をもたらし、記載例では視床下部の神経組織（the neural tissue of the hypothalamus）における変化である。
【0007】
一例として、ある実施態様では、視床下部における遅発反応遺伝子（late response genes in the hypothalamus）を活性化させるのに有効な時間、標的組織（例えば、肝門脈叢および／または上腸間膜叢：hepatoportal plexus and/or superior mesenteric plexus）にエネルギーが向けられる。特に、細胞内のイオンチャネルの活性化は、遅発反応遺伝子の活性化を引き起こすのに有効な時間、即時型初期遺伝子の持続的発現（sustained expression of immediate early genes）を引き起こす。
【0008】
一実施形態では、治療方法が提供される。この実施形態に従って、被験者の組織は、被験者の遅発反応遺伝子を活性化するのに有効な期間、非侵襲的に刺激される。遅発反応遺伝子の活性化は、エネルギー恒常性に影響を及ぼす遺伝子発現産物（gene-expression product）の発現を引き起こす。
【0009】
さらなる実施形態では、多部位神経調節治療法（multi-site neuromodulation treatment method）が提供される。この実施形態によれば、非侵襲的な多部位神経調節が、複数の末梢神経経路を調節するために適用される。末梢神経経路は、互いに、または中枢神経系（central nervous system）の統合ニューロンもしくは細胞（integrating neuron or cell）と連絡している。多部位神経調節は、エネルギー恒常性に影響を及ぼす遺伝子発現産物の発現を引き起こす遅発反応遺伝子の活性化を引き起こす。
【0010】
さらなる実施形態では、神経感受性を変化させる（changing neural sensitivity）方法が提供される。この方法に従って、１つ以上の末梢神経経路が神経調節される。組織を神経調節する行為は、イオンチャネルのＴＲＰファミリ（TRP family）から選択されるイオンチャネルを活性化することからなる。
【0011】
さらなる実施形態では、被験者の代謝障害（metabolic disorder）を治療するためのシステムが提供される。この実施形態に従って、このシステムは、対象の組織を非侵襲的に標的とするように構成された少なくとも１つの超音波トランスデューサと、少なくとも１つの超音波トランスデューサを使用して組織を刺激するために少なくとも１つの超音波トランスデューサに接続されるように構成されたパルス発生器とを備えるエネルギー印加装置を備える。それにより、対象における遅発応答遺伝子を活性化し、それによって代謝障害を治療または軽減するのに有効な期間にわたって投与する。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を添付図面を参照しながら読むと、よりよく理解されるであろう。
【図1】神経ペプチドＹ（ＮＰＹ）神経経路とプロオピオメラノコルチン（ＰＯＭＣ）神経経路を示している。
【図2A】肝門脈叢の解剖学的位置を示している。
【図2B】上腸間膜神経叢の解剖学的位置を示している。
【図3】肝臓（すなわち、肝門脈叢）および消化管（すなわち、上腸間膜叢）の両方に対する二重部位末梢集束超音波刺激（ｐＦＵＳ）が、単一部位治療（すなわち、肝臓または消化管刺激単独）または偽コントロールのいずれかと比較して、１日の平均血糖測定値を減少させたことを示す。
【図4】ｐＦＵＳ処置動物におけるグルコース制御の改善は、インスリン分泌の増加とは関連せず、むしろよりインスリン感受性表現型の回復と関連していることを示すＨＯＭＡ－ＩＲ値を描いている。
【図5】ｐＦＵＳ処置動物におけるグルコースコントロールの改善は、インスリン分泌の増加とは関連せず、むしろよりインスリン感受性表現型の回復と関連していることを示すＨＯＭＡ－Ｂ値を描いている。
【図6】ｐＦＵＳ処置動物におけるグルコース制御の改善は、インスリン分泌の増加とは関連せず、むしろよりインスリン感受性が高い表現型の回復と関連していることを説明するために、平均インスリン値を描いている。
【図7】二重部位ｐＦＵＳのグルコース低下効果をメトホルミンと比較したものである。
【図8】二重部位ｐＦＵＳのグルコース低下効果をリラグルチドと比較したものである。
【図9】偽コホートと比較した処置コホートにおいて、体重増加に対する一過性のまたは緩慢な効果があったが、この効果はつかの間であり、高血糖の持続的な改善を説明するものではなかったことを示している。
【図10】超音波治療時間を長くすると、高血糖寛解の持続時間が長くなることを示している。
【図11】糖尿病の寛解と予防に対する単一のｐＦＵＳ治療の効果を示している。
【図12】ＤＩＯ動物において寛解が６１日間の実験期間中続いたことを示す。
【図13】エクササイズホイールを使用できるコホートと使用できないコホートに対して行った刺激の効果を示している。
【図14】運動用補助輪を使用できるコホートと使用できないコホートで、補助輪を使用できる偽の対照群と比較した刺激の効果を示している。
【図15】偽刺激と二重部位刺激について、経時的に観察されたｐＥＲＫ値を示している。
【図16】偽刺激、単一部位刺激、および二部位刺激に対するｐＥＲＫの観察値を示している。
【図17】偽刺激、単一部位刺激、および二部位刺激におけるＮＰＹの観察値を示している。
【図18】偽刺激、単一部位刺激、および二部位刺激に対するＰＯＭＣの観察値を示す。
【図19】偽刺激、単一部位刺激、および二部位刺激について、経時的に観察されたｐＥＲＫの値を示している。
【図20】偽刺激、単一部位刺激、および二部位刺激の経時的なＮＰＹの観察値を示している。
【図21】偽刺激、単一部位刺激、および二部位刺激について、経時的に観察されたＰＯＭＣの値を示している。
【図22】偽刺激と二重部位刺激のＮＰＹの経時的観察値を示している。
【図23】偽刺激と二重部位刺激のＰＯＭＣの経時的観察値を示している。
【図24】循環ホルモン濃度に対する単一部位ｐＦＵＳ治療と二重部位ｐＦＵＳ治療の効果を示している。
【図25】偽刺激、単一部位刺激、および二部位刺激について、経時的に観察されたＦＧＦ１の値を示している。
【図26】偽刺激、単一部位刺激、および二部位刺激について観察されたＦＧＦ１の値を示している。
【図27】ｐＦＵＳ刺激前後のＤＲＧニューロン細胞の明視野画像と蛍光画像の両方を撮影するために使用した、３Ｄインビトロ末梢ニューロン培養システム（3D in vitro peripheral neuron culture system）と実験セットアップの概略図である。
【図28】ｐＦＵＳ刺激中のカルシウム（Ｃａ２＋）撮像の時間経過を示すズームイン蛍光画像である。
【図29】ＤＲＧニューロンのｐＦＵＳ励起がＣａ２＋依存性蛍光（Ｆ）の変化をもたらしたことを示す。
【図30】複数のイオンチャンネルブロッカを用いた超音波刺激の前後で観察された蛍光変化を示す。
【図31】ＴＲＰＡ１を遮断することにより、ｐＦＵＳ治療による血糖値低下能が消失したことを示す。
【図32】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。
【図33】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。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、１つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装のすべての特徴が本明細書に記載されているわけではない。このような実際の実装の開発では、あらゆるエンジニアリングまたは設計プロジェクトと同様に、システム関連およびビジネス関連の制約への準拠など、開発者の特定の目標を達成するために、実装ごとに異なる多数の実装固有の決定を行わなければならないことが理解されるべきである。さらに、このような開発努力は、複雑で時間がかかるかもしれないが、それでも、本開示の利益を有する通常の技術者にとっては、設計、製造、および製造の日常的な事業であることが理解されるべきである。
【0014】
本明細書で与えられる例または図解は、それらが利用されるいかなる用語または用語の制限、限定、または明示的な定義（restrictions on, limits to, or express definitions）と見なされるものではない。代わりに、これらの例または図示は、様々な特定の実施形態に関して記載され、例示的なものとしてのみ見なされる。当業者であれば、これらの例または図解が使用される任意の用語または用語は、本明細書においてそれとともに、または他の場所で与えられるか、または与えられない他の実施形態を包含し、そのような実施形態はすべて、その用語または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。このような非限定的な例および図示を指定する言語には、これらに限定されないが、「例えば」、「例として」、「など」、「含む」、「特定の実施形態において」、「いくつかの実施形態において」、および「１つの施形態において」が含まれる。
【0015】
以下の議論および実施例の検討を容易にするために、以下の定義を提供するが、議論を通じて必要に応じて他の定義を挿入または追加してもよい。本明細書で使用される「組織：tissue」は、多細胞生物（multi-cellular organism：多細胞オーガニズム）に関係し、組織に関連する特定の機能を一緒に実行する組織化された細胞群または細胞の集合に関連する。これに対応して、ある生物体内における組織の特定の役割は、その組織に含まれる細胞の種類に依存する。「即時型初期遺伝子」（ｌＥＧｓ：Immediate early genes）は、様々な細胞刺激に応答してなど、一過性かつ急速に活性化される遺伝子であると理解されよう。このようなｌＥＧは、新しいタンパク質が合成される前など、与えられた刺激に対する反応の初期または第一ラウンドとして（転写レベルで：at the transcription level）活性化される常在応答機構と考えられる。逆に、「遅発反応遺伝子：Late response genes」は、初期応答遺伝子産物の合成後にのみ活性化される。特に、現在の文脈では、遅発反応遺伝子は、新しいｍＲＮＡおよびタンパク質の合成を必要とするか、またはそれに関連する、長期的な可塑性（例えば、シナプス機能の長期的変化：long-term changes in synaptic function）に関連する可能性がある。本明細書でさらに用いられるように、「イオンチャネル」とは、細胞膜に見られる特殊なタンパク質である。このようなイオンチャネルは、荷電イオンが電気化学的勾配を下って細胞膜を通過する通路として機能する。
【0016】
２型糖尿病（Ｔ２Ｄ）モデルにおいて、侵襲的な神経薬理学的アプローチ（invasive neuro-pharmaceutical approach）を用いて、高血糖からの長期的寛解が実証されている。このモデルでは、組換え（recombinant）線維芽細胞増殖因子１（ＦＧＦ１：fibroblast growth factor 1）による単回治療が、糖尿病マウスおよびラットにおいて、数週間から数ヶ月にわたって高血糖からの寛解を誘導することが観察されている。しかし、この治療法には、侵襲的な脳室内（ｉ．ｃ．ｖ．：intracerebroventricular）注射による第三脳室への適用が必要であり、このような侵襲的な頭蓋内処置に伴うリスクがある。メカニズム的には、この治療薬は視床下部の弧状核（the arcuate nucleus of the hypothalamus）内のニューロンを調節すると考えられている。視床下部基底核（basal hypothalamic nuclei）は、代謝ホルモン、栄養素、求心性ニューロン（metabolic hormones, nutrients, and afferent neurons）からのシグナルを統合し、エネルギーの恒常性を維持するために適切な代謝反応を組織化することが知られている。
【0017】
前述のことを念頭に置いて、現在開示されている技術は、視床下部代謝核（hypothalamic metabolic nuclei）と連絡している求心性末梢神経経路（afferent peripheral nerve pathways）の物理的神経調節（例えば、神経刺激）を用いて、高血糖からの長期寛解が誘導されうることを実証している。このようなアプローチの特定の実施態様は、末梢神経経路の活動（activity of peripheral nerve pathways）を調節するための集束パルス超音波刺激の使用に基づく（末梢集束超音波刺激（ｐＦＵＳ：peripheral focused ultrasound stimulation）と呼ばれる技術）。電気刺激やインプラントを用いた神経刺激とは異なり、超音波を用いた末梢神経の刺激は非侵襲的であり、画像ターゲティングが可能であるため、特定の解剖学的位置や機能に関連するニューロンや神経内分泌細胞（neurons or neuroendocrine cells）を正確に刺激することができる。
【0018】
ここで注目すべきは、本明細書で議論されているように、また動作の基礎となるメカニズムに関して、特定の実施形態では、特定の超音波パラメータ（例えば、治療の長さまたは持続時間、送達される総投与量など：length or duration of treatment, total delivered dose, and so forth）が、遅発反応遺伝子、すなわちＦＧＦ１産生に関連する遺伝子の活性化をもたらし、神経経路に対する長期的な治療的変化をもたらすことである。これが、本明細書に記載した糖尿病モデル動物で観察された長期間の糖尿病寛解をもたらすメカニズムであると考えられている。さらに詳しく説明すると、本明細書で論じるように、同定された組織（例えば、末梢神経経路：peripheral neural pathways）への刺激は、特定の細胞の細胞膜または核膜における膜分極（membrane polarization in the plasma membrane or the nuclear membrane of certain cells）の持続的変化を誘導するのに十分な時間行われる。この変化は持続的な治療変化をもたらし、説明した例では視床下部の神経組織における変化である。特定の実施態様では、視床下部の遅発反応遺伝子（例えば、ＦＧＦ１遺伝子）を活性化するのに有効な時間、標的組織（例えば、肝門脈叢および／または上腸間膜叢：hepatoportal plexus and/or superior mesenteric plexus）にエネルギーが向けられる。特に、細胞内のイオンチャネルの活性化は即時型初期遺伝子の持続的発現につながり、これが問題の遅発反応遺伝子の活性化につながる。
【0019】
本明細書で論じる実施形態では、神経調節技術は、生理学的制御経路の異なる部分を標的とするために、２つ以上の異なる関心部位における神経調節治療を含む。これらの技術の実施形態において、第１の部位における神経調節は、患者における第２の部位または異なる部位における神経調節を増強するか、さもなければそれと連動するように使用することができる。こうして、代謝経路の調節において、増強が予想外の結果を達成する可能性がある。
【0020】
本明細書で論じるように、超音波は、臓器およびその周辺の末梢神経野（求心性および求心性の神経野の両方：both efferent and afferent nerve fields）を刺激することができる。実施形態において本明細書に提供されるのは、遺伝的脂肪糖尿病ザッカー（ＺＤＦ：genetic Fatty Diabetic Zucker）齧歯類モデルにおいてさえ、２型糖尿病の長期寛解を提供するという予期せぬ結果をもたらす、超音波治療の抗糖尿病効果を改善する技術である。実施形態において、本技術は、感覚野の超音波神経調節（すなわち、上行グルコースセンサ求心性経路の肝／肝門脈叢神経調節：hepatic/hepatoportal plexus neuromodulation of the ascending glucose sensor afferent pathway）および消化管からの神経内分泌野の超音波神経調節（すなわち、グルカゴン様ペプチド（ＧＬＰ：glucagon-like peptide）分泌および関連するホルモンおよび求心性経路の刺激）の両方を使用する、視床下部代謝制御中枢の二重刺激治療を含む。一実施形態において、神経調節技術は、神経調節エネルギーの標的として、上腸間膜叢、下腸間膜叢、および／または胃底（the superior mesenteric plexus, the inferior mesenteric plexus, and/or the fundus of the stomach）を標的とすることを含む。
【0021】
神経調節技術の開示された部分は、同時に投与（administered contemporaneously）されてもよいし、多部位治療（例えば、デュアルサイト：二重部位）の異なる部分の時間的に分離された投与（time-separated administration）を伴ってもよい。一実施形態では、異なる標的領域（すなわち、二重部位）は、互いに３０分以内または互いに６０分以内に神経調節され得る。一実施形態では、異なる標的領域は、少なくとも５分の間隔を空けて神経調節され得る。本明細書に提供されるのは、相乗的な多部位効果を可能にする肝臓対消化管（liver vs. GI tract）の時間的に分離した神経調節を提供する多部位刺激間の例示的な時点である。神経調節治療は、多部位神経調節の最初のエネルギー適用によるグルコース動態に合わせることができる。多部位神経調節のさまざまな部位は、１回の来院時に一緒に投与される治療の一部となりうる。
【0022】
多部位（例えば、デュアルサイト：dual-site：二重部位）神経調節技術は、異なる日、週、または月に投与される複数の神経調節を含む患者の治療レジメン（treatment regimen）の一部であってもよいことが理解されるべきである。本明細書に開示されるような多部位神経調節は、患者の経過または臨床状態に基づいて、治療レジメンの過程で変更または調整され得る。調整には、エネルギー適用パラメータ（energy application parameters）または他の関連する治療パラメータを調整することが含まれる。
【0023】
多部位神経調節技術の予期せぬ効果には、糖尿病動物モデルにおける長期寛解が含まれる。さらなる予期せぬ効果としては、超音波ベースの神経調節を介した神経経路における遅発反応遺伝子の活性化、および神経経路の治療的刺激を介した疾患（例えば、代謝性疾患：metabolic disease）における長期寛解の確立が挙げられる。このような遅発反応遺伝子の活性化には、さらに、遅発反応遺伝子の活性化の前に、遅発反応遺伝子を活性化するのに十分な期間（すなわち、有効な期間：effective duration）、即時型初期遺伝子の発現が持続することが関与している可能性がある。
【0024】
この背景を念頭に置き、本明細書で論じるように、特定の実施形態では、各治療セッション中に、複数の神経代謝部位（例えば、２つの異なる末梢部位（two separate peripheral sites）を連続的に刺激する（例えば、異なる部位での治療間に１分～６０分、１分～４５分、１分～３０分、１分～１５分、１分～１０分、または３０秒～５分の間））での末梢集束超音波刺激（ｐＦＵＳ：peripheral focused ultrasound stimulation）治療の複合効果が採用される。さらに背景を説明すると、代謝恒常性を調節する２種類の神経が同定されている神経ペプチドＹ（ＮＰＹ： neuropeptide Y）ニューロンとプロオピオメラノコルチン（ＰＯＭＣ：proopiomelanocortin）ニューロン（neurons）である。ＮＰＹ神経経路の活性化は、オレキシジェニック経路（orexigenic pathways）と関連しており、代謝レベル（metabolic level）でのエネルギー消費を減少させる。逆に、ＰＯＭＣ神経経路の活性化は、食欲減退経路（anorectic pathways）と関連し、代謝レベルでのエネルギー消費を増加させる。これら２種類の視床下部ニューロンの相互作用により、代謝系が制御される。本明細書で論じるように、肝臓感覚経路の活性化はＮＰＹニューロンを抑制する（すなわち、臓器のエネルギー消費を減少させる経路を抑制する：inhibits pathways that decrease energy expenditure in organs）。逆に、腸感覚経路の活性化は、ＰＯＭＣニューロン（POMC neuron）を活性化する（すなわち、臓器のエネルギー消費を増加させる経路を興奮させる：excites pathways that increase energy expenditure in organs）。したがって、図１に示され、本明細書でより詳細に議論されるように、特定の実施形態に従って、超音波肝臓刺激２０は、ＮＰＹニューロン活性を減少させる一方で、超音波腸刺激３０は、ＰＯＭＣニューロン活性を増加させる。この文脈を念頭に置いて、そして本明細書でより詳細に議論されるように、特定の実施態様において、精密超音波刺激は、示されるように、ＮＰＹニューロンおよびＰＯＭＣニューロンに対応する脳（および第三脳室を取り囲むニューロン）への複数の上行求心性経路（multiple ascending afferent pathways ）に対して実施された。
【0025】
さらに、本明細書で論じるように、ＦＧＦ１遺伝子（すなわち、ＦＧＦ１をコードする遺伝子：gene encoding FGF1）は、求心性ニューロン（afferent neurons、弧状核および視床下部内の代謝制御中枢で終端する：afferent neurons that terminate in the metabolic control centrals within the arcuate nucleus and hypothalamus）の構成的／長時間持続する刺激時に活性化される遅発反応遺伝子（late response gene）である。本明細書で議論するように、遅発反応遺伝子のこのような活性化には、遅発反応遺伝子を活性化するのに十分な持続時間（すなわち、有効な持続時間）の間、即時型初期遺伝子を活性化する前に関与する可能性がある。従って、前節で述べた神経調節は、これらの遅発反応遺伝子（すなわち、ＦＧＦ１遺伝子）を対応して活性化し、プロテインキナーゼＲ（ＰＫＲ：protein kinase R）様小胞体キナーゼ（ｐＥＲＫ：p-like endoplasmic reticulum kinase）経路を調節し、それによって代謝恒常性を支配（governing metabolic homeostasis）するこの脳核へのインスリン感知およびグルコースシグナル伝達（insulin sensing and glucose signaling）を回復または改善すると考えられる。特に神経細胞では、ＦＧＦ１と遅発反応遺伝子の活性化は、塩基損傷の修復経路（base-excision repair pathways：ベース切除回復経路）の活性化、活発なＤＮＡ脱メチル化（active DNA demethylation、すなわちエピジェネティックな適応）、シナプス伝達と可塑性の改善と関連している。特に注目すべき点は、これらの経路は「ニューロンの活動に依存する：neuron activity dependent」可能性があると認識されてきたが、本開示は、これらの経路が治療刺激によって活性化され、この活性化が部位（１以上の解剖学的部位）と刺激時間の両方に依存する（例えば、３０分後に活性化されるのに対して、１５分後や５分後に活性化される）ことを示している。このように、本開示は、糖尿病患者の休眠神経経路を「再活性化：reactivate」し、健康な神経代謝制御を再確立することができる非侵襲的技術が存在することを示している。
【0026】
前述のことを念頭に置いて、図２Ａおよび図２Ｂは、本明細書で論じる肝門脈叢（hepatoportal plexus、図２Ａ：肝臓／肝部位：liver/hepatic site）および上腸間膜叢（superior mesenteric plexus、図２Ｂ：胃腸（ＧＩ）部位：gastrointestinal (GI) site）におけるそれぞれの神経調節部位の解剖学的位置を示している。肝臓およびＧＩ部位のそれぞれは、栄養、ホルモン、および代謝物センサ（nutrient, hormone, and metabolite sensors）を含み、食後の栄養状態に関する情報を視床下部に中継（relay information on post-prandial nutrient status to the hypothalamus）する。
【0027】
本明細書で議論される研究の確実なものを実施するために、Ｔ２Ｄの脂肪糖尿病ザッカー（ＺＤＦ：Zucker Diabetic Fatty）動物モデルが最初の研究のために選択された。この選択は、いくつかの動物モデルにおいて数ヶ月にわたる高血糖からの寛解を示したが、ＺＤＦモデルにおいてはわずか２週間の寛解しか示さなかった以前の脳室内注射（ｉ．ｃ．ｖ．）ＦＧＦ１研究に基づくものであった。また、ＺＤＦモデルのｉ．ｃ．ｖ．ＦＧＦ１は、治療前に重度の高血糖（すなわち、治療前の血糖値が３００ｍｇ／ｄＬを超える）の動物では、持続的な治療効果を引き出すことができなかった。おそらく、ＺＤＦモデルではインスリン感受性の悪化が進行（progressive deterioration of insulin sensitivity）し、他のＴ２Ｄモデルでは起こらない重度のインスリン抵抗性（severe insulin resistance）が発症したためであろう。
【0028】
この試験に関して、図３は、肝臓（すなわち、肝門脈叢：hepatoportal plexus）と消化管（ＧＩ、すなわち、上腸間膜叢：superior mesenteric plexus）の両ターゲットの二重部位（デュアルサイト）ｐＦＵＳ（図３ではＬｉｖｅｒ＿ＧＩ＿ｐＦＵＳとして示す）が、単一部位治療（すなわち、肝臓または消化管刺激のみ）または偽コントロールのいずれかと比較して、ＺＤＦラットの１日平均血糖測定値を減少させたことを示している。血糖測定は全群で５０日齢から開始され、全動物が試験開始前に４５０～５１５ｍｇ／ｄＬの非絶食グルコース値（non-fasted glucose levels）を示した。毎日の二重部位ｐＦＵＳ（１日当たり３分間）では、平均血糖値の低下がより早く（すなわち、３００ｍｇ／ｄＬを上回ったままであった他の全群と比較して、治療７日目までに平均血糖値が１８０ｍｇ／ｄＬを下回った）、より有意に（すなわち、１４日目の平均血糖値が１６２．８±９．４ｍｇ／ｄＬであったのに対し、肝臓のみのコホートでは３６６．６±２３．５ｍｇ／ｄＬ、ＧＩのみのコホート（GI only cohorts）では３１９±２６．７ｍｇ／ｄＬ）低下した。図４～６に目を転じると、ＨＯＭＡ－ＩＲ（図４）、ＨＯＭＡ－Ｂ（図５）、および平均インスリン値（図６）は、ｐＦＵＳ処置動物におけるグルコースコントロールの改善は、インスリン分泌の増加とは関連せず、むしろインスリン感受性表現型の回復（restoration of a more insulin sensitive phenotype）と関連していることを示した。
【0029】
図７および図８は、ＺＤＦモデルを用いて、二重部位ｐＦＵＳのグルコース低下効果を現行のＴ２Ｄ治療薬と直接比較したものである。薬物のみの対照では、５０日目からメトホルミンまたはリラグルチド（metformin or liraglutide）を毎日投与すると、ＺＤＦラットの平均血中値（average blood values）は、毎日薬物治療のみでは１９～２０日以内に高血糖値（hyperglycemic values、すなわち、＞２００ｍｇ／ｄＬ）に戻ることが示された。対照的に、二重部位ｐＦＵＳ単独では、血糖値は３９日間２００ｍｇ／ｄＬ未満にとどまった。加えて、薬物治療コホート（実験期間中、薬物を毎日投与し続けた）とは異なり、本実験の二重部位ｐＦＵＳコホート（dual-site pFUS cohorts）では、毎日（３分間）超音波治療を１０日間受けただけで、その後はｐＦＵＳを追加しなかった。併用治療コホート（combined treatment cohorts、すなわち、１０日間の薬物治療とｐＦＵＳ治療の後、薬物単独で毎日治療）では、最初の超音波治療（initial ultrasound treatment）を追加した結果、薬物単独コホートと比較して高血糖の寛解が延長した。単一部位、肝臓のみのｐＦＵＳは、メトホルミン治療の有効性（平均血糖値が２００ｍｇ／ｄＬ未満を維持する期間で定義）を１９日から２７日に、リラグルチド治療の有効性を２０日から３０日に延長した。二重部位ｐＦＵＳ治療では、二重部位ｐＦＵＳ／メトホルミンコホートは４４日間２００ｍｇ／ｄＬ未満を維持し、二重部位ｐＦＵＳ／リラグルチドコホートは５０日間２００ｍｇ／ｄＬ未満のグルコースレベルの維持を達成し（すなわち、ＺＤＦ年齢１１０日）、薬物治療の有効性がさらに延長された。加えて、図９は、偽コントロールと比較した治療コホートにおいて、体重増加に対する一過性のまたは緩慢な効果があった一方で、この効果は長続きせず（short-lived）、高血糖の持続的な改善を説明するものではなかったことを示している。
【0030】
二重部位ｐＦＵＳ治療を１回だけ用いてさらなる研究が行われた。特に、１５分、３０分、または６０分という長いｐＦＵＳ治療時間（すなわち、同じセッションで各部位に７．５分、１５分、または ３０分の治療）を１回だけ行った後、長期的な効果を調査した。ｐＦＵＳに使用される超音波パルスは、ＦＤＡの診断用超音波の安全限界を下回り、臨床診断用画像診断に通常関連する曝露時間（exposure time：照射時間、すなわち、解剖学的標的あたり７．５～３０分）内に収まる。図１０に示すように、超音波治療時間を長くすると、ＺＤＦにおける高血糖寛解の持続時間が長くなった。１５分の治療群では＜２００ｍｇ／ｄＬの血糖値が、１回の二重部位ｐＦＵＳ治療５０の後８日間続いたが、３０分の治療ではこの寛解期間が１１日間に延長され、６０分の治療ではこの最初の１４日間にわたる実験全体で寛解が得られた。
【0031】
ＺＤＦおよびＤＩＯの両げっ歯類モデル（both the ZDF and DIO rodent model）において、単一の６０分間の二重部位ｐＦＵＳ治療実験を６０日間以上延長して追跡した。図１１に、糖尿病寛解（diabetes remission、すなわち、高血糖発症（hyperglycemia onset）後、生後５５～６０日目の間に行われたｐＦＵＳ治療）および予防（prevention、すなわち、高血糖発症前３０日目に行われたｐＦＵＳ治療）に対する単一ｐＦＵＳ治療５０の効果を示す。既糖尿病ＺＤＦ（ライン６０（line 60：線６０）、エイジ５５（age 55：日齢５５）で治療、開始グルコース（starting glucose）２５９．１７±４７ｍｇ／ｄＬ）において、２００ｍｇ／ｄＬ以下のグルコースの寛解は２３日間続いたが、これは以前に報告されたＺＤＦにおける寛解記録（remission record、すなわち、ｉ．ｃ．ｖ．ＦＧＦ１注射の単回治療（single treatment）による２００ｍｇ／ｄＬ以下の１９日間）よりも長い。前糖尿病ＺＤＦ（線７０、開始グルコース１２４．１７±８．３ｍｇ／ｄＬでエイジ３０（age 30：日齢３０）で治療された）（グルコース不耐性前糖尿病患者；glucose intolerant pre-diabetic（経口グルコース負荷試験（ＯＧＴＴ）の１時間後グルコースチャレンジ（1-hour post glucose challenge）による空腹時ＨＯＭＡ－ＩＲが５．２５±２．６から８．２±２．１であることによって示される）では、高血糖／糖尿病の発症は６１日間の実験全体にわたって防止された。
【0032】
寛解はまた、ＤＩＯ動物（図１２；開始グルコース２８５．３３±４３．９ｍｇ／ｄＬでエイジ５５－６０（age 55-60：日齢５５－６０）で処置）において、１回の超音波処置後、６１日間の実験期間中持続した。また、ＤＩＯコホートでは、運動用ホイールを利用できる場合とできない場合で刺激を行い、ホイールを利用できるようにした偽の対照（sham controls with matched wheel access）と比較した（図１３および図１４）。ＺＤＦコホート（ZDF cohorts）と同様に、運動用ホイールへのアクセスがない場合、超音波処置は体重増加を遅らせたが、止めはしなかった（偽コントロールの２４．１±１０．８％の増加に対して８．５±４．３％）。しかし、運動用ホイールにアクセスできるようにすると、ｐＦＵＳ治療群では体重が１４．９±４．４％減少した（運動でマッチさせた偽コホート（exercised matched sham cohorts）では体重が２．９±２．１％増加した）。ｐＦＵＳ治療群（ホイール使用可）におけるこの体重減少は、ホイール使用量の有意な増加と関連していた（すなわち、ｐＦＵＳ治療群対偽コントロール群における１週間のホイール回転数は、平均２７９９７回対９９３６回）。このデータはさらに、超音波治療によるグルコース減少が体重減少（運動用ホイールを使用できないコホートでは）には二次的なものではなく、運動（運動用ホイールを使用できるコホートでは）に対する反応を変化させる可能性があることを示している。
【0033】
本明細書で述べたように、脳室内（intracerebroventricularly）にＦＧＦ１を注射した場合に糖尿病寛解を誘導する能力は、視床下部の弧状核（ＡＲＣ）に位置するニューロンによって媒介され、細胞外シグナル調節キナーゼ（extracellular signal-regulated kinases）１／２（ＥＲＫ１／２）の長時間のＦＧＦ媒介誘導（prolonged FGF-mediated induction）を必要とすることが最近示された。そこで、視床下部のｐＥＲＫ濃度（hypothalamic pERK concentrations）に対する二重部位ｐＦＵＳと単一部位ｐＦＵＳの効果も調べた。図１５は、ＺＤＦ動物において、１回の二重部位ｐＦＵＳ治療（図１１に示すように、高血糖から＞３週間の寛解（>3-week remission）を可能にした）が、視床下部ＥＲＫ活性（hypothalamic ERK activity）の持続的な増加をもたらし、それが数週間持続することを示している。さらに、高血糖の発症（図１１に示すように、刺激後３－４週間）は、視床下部のｐＥＲＫが治療前のレベルに戻る（４週目；図１５）と一致する。視床下部ＥＲＫ活性のこの増加は、肝臓のみのｐＦＵＳコホート（図７および８で糖尿病寛解を達成しないことが以前に示された）では起こらず、ＧＩ刺激コホート（図３で以前に示されたグルコース値）でのみ起こることが観察され、肝臓のみの刺激またはＧＬのみの刺激のいずれかと比較して、二重部位処置動物（dual-site treated animals）でより大きく起こった（図１６－２１）。
【0034】
前述のように、エネルギー恒常性を調整し、代謝を調節することが知られている２つの異なる神経細胞集団（two distinct neuronal populations）がＡＲＣに存在する。これらの神経集団は摂食行動と代謝に相反する影響を及ぼし、食欲不振性（anorexigenic）のプロオピオメラノコルチン（ＰＯＭＣ：pro-opiomelanocortin）ニューロンと、食欲増進性（orexigenic）の神経ペプチドＹ（ＮＰＹ：neuropeptide Y）／アグーチ関連ペプチド（ＡｇＲＰ：agouti -related peptide）ニューロンを含む。単一部位肝臓ｐＦＵＳ治療（Single-site liver pFUS treatment）は、肝臓－視床下部神経経路（liver-hypothalamic neural pathways）を通じて作用し、視床下部ＮＰＹ（およびＮＰＹ発現ニューロンに共調節的に結合すること（co-modulatory connections to NPY-expressing neurons）が知られている他の神経伝達物質）を減少させる。図１６～２１は、視床下部ＮＰＹ濃度に対する肝臓のみの刺激のこの効果を確認するものである。二重部位ｐＦＵＳ（図２２）治療は視床下部ＮＰＹ濃度を有意に変化させた。ＧＩ刺激（消化器刺激：GI stimulation）は視床下部ＰＯＭＣレベル（hypothalamic POMC levels）を増加させることが示されたが（図１６～２１）、二重部位治療（対ＧＩ部位ｐＦＵＳ単独）は視床下部ＰＯＭＣをさらに２倍増加させた（図２３および図１６～２１）。さらに、二重部位ｐＦＵＳ処置動物（図１５の高血糖から３～４週間の寛解を示した）は、視床下部ＰＯＭＣレベルの上昇をより長く（単一超音波処置後４週間まで）持続した。
【0035】
前述のことを念頭に置くと、ＮＰＹのみの刺激でもＰＯＭＣのみの刺激でも、長期の寛解は得られないことが観察されよう。その結果、刺激の時間の長さだけでなく、両方の経路がその時間活性化されることが重要であると結論づけられる。両経路は、中枢神経系の介在ニューロンや細胞（interneuron or cell）である統合ニューロン（integrating neuron）によって接続されている。一例として、両経路は、介在ニューロン、非神経支持細胞、および／またはＮＰＹニューロンとＰＯＭＣニューロン間の直接的なシナプス結合（an interneuron, non-neural supporting cells, and/or direct synaptic connections between the NPY neurons and POMC neurons）を介して接続されている可能性がある。寛解は、両方の経路が活性化された場合にのみ観察されるので、２つの神経経路間の介在ニューロンまたは他の結合（例えば、非神経支持細胞または直接シナプス結合：non-neural supporting cells or direct synaptic connections）が、寛解に関連する機序に関係している可能性が高い。例えば、ＮＰＹニューロンとＰＯＭＣニューロン間の介在ニューロンおよび／または直接シナプス結合が、両方の経路が必然的に活性化される本明細書に記載の遅発反応遺伝子活性化メカニズムに関与している可能性がある。
【0036】
図２４は、循環ホルモン濃度に対する単一部位ｐＦＵＳ治療と二重部位ｐＦＵＳ治療（すなわち、図３の毎日刺激ＺＤＦコホート）の効果を示している。５つのＧＩホルモンのうち２つ（すなわち、ＧＬＰおよびＣＣＫ）は、肝臓刺激（肝臓単独または二重刺激コホートのいずれか）により最大のパーセント変化を示したが、グレリンはＧＩ刺激（ＧＩ単独または二重刺激コホートのいずれか）により影響を受け、ＧＩＰは両方の部位の刺激により影響を受け（しかし、二重刺激コホートにおいて最も有意に増加した）、ＰＹＹは二重刺激コホートにおいてのみ影響を受けた。このように、両方の刺激部位がＧｌ関連代謝ホルモンの濃度に影響を及ぼすと思われるが、上記の介在ニューロンのつながりを介すると思われる二重部位刺激のみが、測定されたすべてのホルモンにわたって改善をもたらした。さらに、いずれかの部位（または組み合わせ）での刺激は循環インスリンとグルカゴンに同様の改善がみられたが、循環レプチンレベルの増加を防ぐにはＧＩ刺激（ＧＩ単独または二重刺激コホートのいずれか）のみが効果的であった。視床下部のエフェクター経路（Hypothalamic effector pathways ）はこれらのホルモンの分泌に影響を及ぼし、ホルモン分泌レベルは視床下部の神経活動を調節し、グルコースとエネルギーのホメオスタシスを変化させるのに役立つと考えられる。
【0037】
ｐＦＵＳ治療後にＦＧＦ１濃度を測定し、長期にわたるｐＦＵＳ調節が視床下部ＦＧＦ１のアップレギュレーション（upregulation of hypothalamic FGF1）をもたらすかどうかを判定した。図２５は、単一の二重部位ｐＦＵＳ治療により、治療後少なくとも２週間はＦＧＦ１のアップレギュレーションが見られたことを示している。さらに、この効果は単一部位刺激コホートでは見られなかった（図２５および２６）。これらの結果は、末梢代謝感覚ニューロンの活性化が、視床下部ＦＧＦ１シグナル伝達を生体内で活性化または維持する上で重要であり、神経代謝制御回路に対する神経保護／分化作用（neuroprotective/differentiation effect）が知られていることを示唆している。
【0038】
ｐＦＵＳによる糖尿病寛解（pFUS-induced diabetes remission）を達成するためには、代謝感覚ニューロン（metabolic sensory neurons、すなわち、肝臓と消化管：liver and GI tract）と視床下部との間の無傷の求心性神経経路（intact afferent neural pathways）が必要であるという仮説も研究された。具体的には、２％塩酸リドカイン溶液０．５ｕＬ（0.5uL of a 2% lidocaine hydrochloride solution）を二重部位ｐＦＵＳ治療の６０分前に孤束核（ＮＴＳ：nucleus solitaris tractus）に注射した。このリドカイン注射（lidocaine injection）により、経口ブドウ糖負荷試験（ＯＧＴＴ：oral glucose tolerance test）で測定したグルコース減少に対する 二重部位ｐＦＵＳ（６０分間持続）の効果が消失することが観察された。さらに、リドカイン・ブロックを受けたＺＤＦ動物では、ｐＦＵＳは、ブロックを受けない動物（animals without the block、図１５、２２、および２３）または生理食塩水感染制御（saline-infection control）を受けた動物と比較して、ｐＥＲＫ活性またはＦＧＦ１発現の増加を誘導できなかった。同様に、以前に観察されたＰＯＭＣ発現の増加（図２３）は、ｐＦＵＳ処置の前に神経ブロックを受けたＺＤＦ動物には見られなかった。
【0039】
視床下部（特にＡＲＣ）の神経細胞は、グルコースホメオスタシス（グルコース恒常性）の維持に重要な役割を果たしていると考えられている。しかし、これらの視床下部核が治療的に調節された場合、持続的に高血糖を改善する能力が動物モデルで示されたのはごく最近のことである。現在報告されている、視床下部神経調節によって糖尿病の寛解を誘導する唯一の治療メカニズムは、（末梢ではなく）ＦＧＦ１のｉ．ｃ．ｖ．注射である。糖尿病寛解を誘導するためのＦＧＦ１ ｉ．ｃ．ｖ．の作用機序は、ＦＧＦ１によって制御される細胞内シグナル伝達経路（ｐＥＲＫなど）の直接的活性化を通して、ＡＲＣ内の糖調節ニューロンの調節に関与する。ＦＧＦ１の中枢注射は侵襲的であるため、臨床試験や臨床への応用は困難であるが、その作用機序を明らかにすることで、新たな治療的介入を研究する可能性が広がる。ここで、超音波刺激を用いて視床下部と交信する求心性神経経路を調節することで、複数のＴ２Ｄモデルにおいて高血糖の持続的寛解が得られることも明らかにされた。
【0040】
議論したように、ＦＧＦ１は神経遅発反応遺伝子としてアップレギュレートされるようであり、その発現レベルと分泌速度は神経活性とカルシウム濃度に依存する。初期の即時型応答遺伝子と比較して、遅発反応遺伝子（ＦＧＦ１遺伝子など）の発現には構成的な神経活性化が必要である。本明細書で示したように、糖尿病モデルにおける長期寛解の誘導は超音波用量依存性である（ultrasound dose dependent（超音波投与量に依存する）、すなわち、寛解の長さは治療中の刺激時間の長さに依存する）。一回の治療（例えば、１５分、３０分、６０分などの治療）で、ＺＤＦおよびＤＩＯモデルの高血糖を長期的に改善できることが示された。このｐＦＵＳ誘発効果は、末梢刺激部位と視床下部との間の無傷の神経経路（intact neural pathways）に依存することが示され、異なる解剖学的部位（すなわち、グルコースセンサを含むことが知られている肝臓部位または栄養センサを含むことが知られている消化管部位）の刺激は、視床下部の神経伝達物質シグナル伝達に対して、異なるが相乗的な効果（differing, but synergistic effects）を有することが示された。肝ｐＦＵＳ（Hepatic pFUS）は主に視床下部内のＮＰＹ発現に影響を及ぼし、一方ＧＩ ｐＦＵＳはＰＯＭＣレベルに影響を及ぼし、両部位の二重刺激により長期寛解が達成されることが示された。ｉ．ｃ．ｖ． ＦＧＦ１治療と同様に、二重部位ｐＦＵＳ後の長期寛解は視床下部のＮＰＹ、ＰＯＭＣ、ｐＥＲＫレベルへの影響と関連しており、これらの視床下部への影響はｐＦＵＳによるＦＧＦ１発現のアップレギュレーションと一致していた。このことを念頭に置くと、視床下部によるニューロンの調節（すなわち、神経医薬品または物理的超音波刺激による調節）は、動物モデルにおいて糖尿病の持続的寛解をもたらす。さらに、本明細書に記載されている超音波ベースのアプローチは、非侵襲的である（すなわち、低強度の超音波刺激を用いた単一回の超音波治療セッション：single ultrasound treatment session）。
【0041】
前述のことを念頭に置いて、説明を容易にするために、ｐＦＵＳ効果の性質についてさらに後述する。特に後述するように、ｐＦＵＳ効果は、ｉｎ ｖｉｖｏ（インビボ）およびｉｎ ｖｉｔｒｏ（インビトロ）の両モデルで観察されるように、機械的に活性化されたイオンチャンネル（mechanically activated ion channels）の活性に依存する。
【0042】
特に、低強度の機械的超音波刺激（low intensity mechanical ultrasound stimuli）は、ｉｎ ｖｉｖｏおよびｉｎ ｖｉｔｒｏモデルの両方において、部位特異的な神経調節（sitespecific nerve modulation）が可能である。超音波神経調節の機械的起源（mechanical origin）はここに記載されており、純粋に機械的な刺激（すなわち、超音波トランスデューサーを機械的ピストンベースの刺激装置に置き換え、図２７－３１に示すように、超音波神経活性化が機械感受性のイオンチャンネルの特定のファミリに依存することを実証する）を用いて確認された。この研究では、後根神経節感覚ニューロン（dorsal root ganglia sensory neurons）の３次元ｉｎ ｖｉｔｒｏ培養を、われわれのｉｎ ｖｉｖｏ実験に対応する超音波パルスパラメータと圧力を用いて活性化した（カルシウム指示色素（calcium indicator dye）で測定）。図に関して、図２７は３Ｄ体外末梢神経細胞培養システム（3D in vitro peripheral neuron culture system）の概略図であり、ｐＦＵＳ刺激前後のＤＲＧ神経細胞 の明視野画像と蛍光画像（bright field and fluorescence images）の両方を撮影するために使用した実験セットアップである。ＤＲＧニューロン培養に用いたハイドロゲル粒子の直径－１００ｐｍ（hydrogel particles -100 pm）は、ハイドロゲル粒子間に形成された孔を通して、活性な軸索ネットワークを形成することが以前に示されている。
【0043】
図２８は、ｐＦＵＳ刺激中のカルシウム（Ｃａ２＋）撮像の時間経過を示すズームイン蛍光画像（zoom-in fluorescence images）である。ｐＦＵＳ刺激は、ベースライン画像（ベースライン１）収集のための短時間の後、１０秒にオン（超音波オン）にされ、１２０秒に再びオフにされる。その後、超音波刺激をオフにして２回目のベースライン（ベースライン２）および測定期間（超音波オフ）を再撮影する前に、超音波が２分間オフにされた。ＤＲＧニューロン細胞（DRG neuron cells）のカルシウム濃度は超音波刺激後に上昇し、ｐＦＵＳを止めると細胞内のＣａ２＋濃度はベースラインレベルに戻った。
【0044】
図２９は、ＤＲＧニューロンのｐＦＵＳ励起がＣａ２＋依存性蛍光（Ｆ：Ca2+ dependent fluorescence）の変化につながったことを示す。変化率（rate of change）ｄＦ／ｄｔは、超音波刺激を加えなければ小さいままである（超音波オフ）。これは、培養にイオンチャンネルブロッカ（ion channel blocker）を添加せずに、０．８３ＭＰａのピーク陽圧（0.83 MPa peak-positive pressure）でｐＦＵＳ刺激（超音波オン）中に示された有意なｄＦ／ｄｔの増加と比較される（Ｎ＞３０細胞／条件：N > 30 cells / condition）。
【0045】
図３０に、複数のイオンチャンネルブロッカ（Ｎ＞３０細胞／条件）を用いた超音波刺激の前後で観察された蛍光変化（fluorescence change）を示す。ＴＴＸは活動電位伝播（action potential propagation）に関与する電位依存性ナトリウムチャネル（voltage-gated sodium channels）の特異的阻害剤（specific inhibitor）であり、ω－コノトキシン－ＧＶＩＡ（ω-conotoxin-GVIA）はＮ型Ｃａ２＋チャネル阻害剤（N-type Ca2+ channel inhibitor）であり、ＨＣ０３００３１（ＨＣ）は高感度一過性受容体電位Ａｌ（ＴＲＰＡ１：sensitive transient receptor potential Al）チャネル阻害剤である。ピエゾまたはＴＲＰファミリ遮断剤ＧｓＭＴｘとＨＣ０３００３１（piezo- or TRP -family blockers GsMTx and HC030031）を培養に加えると、ｐＦＵＳ誘発活性は有意に抑制された（ダンネットの多重検定比較（Dunnet’s multiple test comparison）；＊＊＊ ｐ＜０．００１）。図３１に関して、ＨＣ０３００３１は、ＺＤＦラットの肝門部（porta hepatis）に局所注射（locally injected）した場合、ｉｎ ｖｉｖｏでのグルコースに対するｐＦＵＳ効果を阻害することが示された（各群ｎ＝５；６５日齢で一晩絶食後にＧＴＴを実施）。ＧＴＴは、ｐＦＵＳを投与したラット（ＨＣ＋ｐＦＵＳ）と、ＨＣを注射したがｐＦＵＳは投与しなかった対照動物（ＨＣ Ｓｈａｍ制御：HC Sham control）の両方で実施した。ＨＣを投与していないＺＤＦラットとは異なり、ＴＲＰＡ１遮断薬（TRPA1 blocker）を投与した動物では、循環血糖値（circulating blood glucose）に統計学的な差は認められなかった。
【0046】
これらの結果に関して、さらに説明すると、Ｎ型カルシウムチャンネル（N-type calcium channels、ω－コノトキシン：ω-conotoxin）または電位依存性ナトリウムチャンネル（voltage-gated sodium channels 、テトロドトキシン：tetrodotoxin）の遮断は、図３０に示すように、ｐＦＵＳに対する反応を減弱させなかった。対照的に、非選択的機械感受性イオンチャンネル遮断剤（non-selective mechano-sensitive ion-channel blocker、すなわち、ＧｘＭＴｘ４）または一過性受容体電位（specific blocker of transient receptor potential、ＴＲＰＡ１、すなわち、ＨＣ－０３００３１）チャンネルの特異的遮断剤を用いた遮断は、ｐＦＵＳ効果を阻害した（図３０）。生体内で肝ｐＦＵＳのグルコース低下効果を達成するためにＴＲＰＡ１も必要であるかどうかを調べるため、絶食させたＺＤＦラットの肝門部にＴＲＰＡ１遮断薬（TRPA1 blocker、ＨＣ－０３００３１；８ｍｇ／ｋｇ）を単回局所注射（single local injection）した後、ＧＴＴ試験を繰り返した。このチャネルの重要な寄与を確認するため、ＴＲＰＡ１を遮断すると、ｐＦＵＳ処理によるＧＴＴの間（during GTT）の血糖値低下能が実際に消失した（図３１）。ＴＲＰファミリのイオンチャネル（ion channels within the TRP family）は求心性ニューロンに発現しており、機能的なグルコース／代謝物感知（functional glucose/metabolite sensing）に必要であることが報告されている。さらに、ＴＲＰ Ａｌ（ＨＣ－０３００３１の標的）をイソチオシアン酸アリル（ＡＩＴＣ：allyl isothiocyanate）で活性化すると、複数のＴ２Ｄモデルにおいて、未知の機序（unknown mechanism）によりグルコース取り込みとインスリンシグナル伝達（glucose uptake and insulin signaling）が改善される一方、ＴＲＰＶ１とＴＲＰＡ１（ＧｘＭＴｘ４の標的：targets of GxMTx4）の発現をアブレーションすると、重度のインスリン抵抗性やレプチン抵抗性が生じることが以前に示されている。これらの結果から、カルシウムシグナル伝達と神経調節の相互作用が観察されるとともに、視床下部への作用がＴＲＰＡ１に依存していることが示された。また、核への長期的なカルシウムシグナル伝達は、本明細書に記載されているように、遅発反応遺伝子の活性化を誘導することに関与しており、それによってＦＧＦ １遺伝子の後期反応活性化の一因となっている可能性があることに留意されたい。このように、ＦＧＦ １の遅発反応遺伝子活性化（FGF 1 late-response gene activation）のメカニズムは、ＴＲＰ Ａｌの活性化に関係している可能性がある。
【0047】
神経調節技術（Neuromodulation Techniques）
【0048】
前述を念頭に置いて、本明細書で提供されるような１つまたは複数の関心領域（例えば、単一部位または多部位）の神経調節は、標的化された領域または関心領域のみに（例えば、刺激部位または部位に）、エネルギーが関心領域または関心領域の外部に適用されることなく、局所的かつ非切除的なエネルギーの適用を可能にする。エネルギー印加は、標的化された関心領域の外側、例えば、関心領域を含む同じ器官、組織または構造において、または標的化された関心領域を含まない他の器官および構造において、下流効果を誘発し得る。いくつかの実施形態において、下流効果は、例として視床下部の領域において誘導され得る。エネルギー印加はまた、エネルギー印加部位から上流の標的神経に沿って効果を誘導することができる。いくつかの実施形態では、下流効果または上流効果が誘導される１以上の関心領域（region/s）の外側の領域に直接エネルギーを印加することなく、１以上の関心領域の外側の効果を達成することができる。したがって、局所的エネルギー印加は、局所的効果、下流効果および／または上流効果を含み得る全身的効果を実現または達成するために使用され得る。対象となる領域または関心領域は、非神経細胞または体液とシナプスを形成する軸索末端を有する体内の任意の組織または構造であってよい。一例では、関心領域は、脾臓、肝臓、膵臓、胃腸組織（すなわち「腸」）（spleen, liver, pancreas, or gastrointestinal tissue (i.e., “gut”)）などの臓器または構造の部分領域であってもよい。別の例では、関心領域はリンパ系組織であってもよい。
【0049】
標的とする関心領域への神経調節は、生理学的プロセスに変化を及ぼし、被験者の１つ以上の生理学的経路を中断、減少、または増強（interrupt, decrease, or augment）して、所望の生理学的結果をもたらす可能性がある。さらに、局所的なエネルギー印加は全身的な変化をもたらす可能性があるため、異なる生理学的経路が、異なる方法で、かつ体内の異なる位置で変化して、特定の対象に対して標的化された神経調節によって引き起こされ、かつ標的化された神経調節に特徴的な、対象における生理学的変化の全体的な特徴的プロファイルを引き起こす可能性がある。これらの変化は複雑であるが、本発明の神経調節技術は、治療された被験者にとって、神経調節の結果であり、対象領域へのエネルギーの適用または他の介入なしでは達成できない可能性のある、１つまたは複数の測定可能な標的生理学的結果を提供する。さらに、他の種類の介入（例えば、薬物治療）は、神経調節によって引き起こされる生理学的変化を促進または増強する可能性がある。
【0050】
本明細書で議論される多部位神経調節技術は、関心分子の濃度の変化（例えば、増加、減少）および／または関心分子の特性の変化という生理学的結果を引き起こすために使用され得る。すなわち、１つ以上の関心対象分子（例えば、第１の関心対象分子、第２の関心対象分子など：a first molecule of interest, a second molecule of interest, and so on）の選択的調節は、１つ以上の関心対象領域（例えば、へのエネルギー印加の結果として、分子の濃度（循環、組織）または特性（共有結合修飾）を変化させる。関心分子の調節は、発現、分泌、タンパク質の転位などの分子の特性の変化、およびエネルギー適用自体に由来するか、または分子がイオンチャネルに直接作用した結果としてのイオンチャネル効果に基づく直接的な活性変化を含み得る。関心分子の調節は、神経調節の結果として予想される濃度変化や濃度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もある。目的の分子の調節とは、酵素を介した共有結合修飾（enzyme-mediated covalent modification、リン酸化、アセチル化、リボシル化（phosphorylation, aceylation, ribosylation）などの変化）など、分子の特性に変化を起こすことを指す場合もある。すなわち、関心分子の選択的調節は、分子濃度および／または分子特性（molecule concentration and/or molecule characteristics）を意味しうることが理解されるべきである。目的の分子は、炭水化物（単糖類、多糖類：monosaccharaides, polysaccharides）、脂質、核酸（ＤＮＡ、ＲＮＡ）、またはタンパク質の１つ以上のような生物学的分子であり得る。特定の実施形態では、目的の分子は、ホルモン（アミンホルモン、ペプチドホルモン、ステロイドホルモン：an amine hormone, a peptide hormone, or a steroid hormone）などのシグナル伝達分子である。
【0051】
本明細書に記載される特定の実施形態は、グルコース代謝および関連障害の治療のために標的化された生理学的結果を引き起こす多部位神経調節技術を提供する。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（different local and systemic metabolic pathways）が関与する。対象とする部位にエネルギーを加えると、これらの代謝経路に特徴的な変化が生じ、グルコース調節が改善される。いくつかの実施形態において、１つ以上の関心領域における調節は、糖尿病（すなわち、１型糖尿病または２型糖尿病）、高血糖、敗血症、外傷、感染、生理的ストレス、糖尿病に関連する痴呆、肥満（diabetes (i.e., type 1 or type 2 diabetes), hyperglycemia, sepsis, trauma, infection, physiologic stress, diabetes-associated dementia, obesity）、または他の摂食障害もしくは代謝障害（eating or metabolic disorders）を含むがこれらに限定されない障害を治療するために使用され得る。いくつかの実施形態において、神経調節は、体重減少の促進、食欲の制御、悪液質の治療、または食欲増進（weight loss, control appetite, treat cachexia, or increase appetite）のために使用され得る。一例では、生理的ストレスは、医学的に定義され、高血糖を呈する外科的例だけでなく、様々な急性医学的状態（感染、重傷／外傷、心臓発作、バイパス：infection, severe injury/trauma, heart attack, bypass）を含むことがある。例えば、膵臓を直接刺激すると食欲が増進し、肝臓を直接刺激するとＮＰＹが減少し、満腹のシグナルが促進される。目標とする生理学的結果には、被験者の循環（すなわち血中）グルコース濃度を正常なグルコースレベルに関連する所望の濃度範囲内になるように調整し、高血糖または低血糖を回避することが含まれる。このようにして、対象分子の選択的調節を達成することができる。この調整は、所望のグルコース濃度（すなわち所望のグルコースエンドポイント）を引き起こすために、標的神経調節を介して血液中または組織中の糖調節ホルモンの変化を誘導した結果であると考えられる。さらに、グルコース調節は、病気の診断を受けていないが、糖尿病予備軍であったり、健康的な体重を維持することを望んでいる健康な患者にとっても有益である。
【0052】
そのために、開示された神経調節技術は、神経調節システムと組み合わせて使用することができる。図３２は、エネルギーの印加に応答してシナプスの神経伝達物質放出および／または構成要素（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用システム１０００の概略図である。描かれているシステムは、エネルギー印加デバイス１０１２（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１０１４を含む。エネルギー印加デバイス１０１２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、そのエネルギーパルスは、使用中に、被験者の内部組織または器官の関心領域に向けられ、その結果、標的化された生理学的結果をもたらす。特定の実施形態では、パルス発生器１０１４および／またはエネルギー印加デバイス１０１２は、生体適合部位（biocompatible site、例えば、腹部）に植え込まれる（implanted）ことがあり、リードまたはリード線は、エネルギー印加デバイス１０１２およびパルス発生器１０１４を内部に結合する。例えば、エネルギー印加デバイス１０１２は、容量性微細加工超音波トランスデューサ（capacitive micromachined ultrasound transducer）などのＭＥＭＳトランスデューサ（MEMS transducer）であってもよい。
【0053】
特定の実施形態では、エネルギー印加装置１０１２および／またはパルス発生器１０１４は、例えば、パルス発生器１０１４に順番に指示を提供することができるコントローラ１０１６と無線通信することができる。他の実施形態では、パルス発生器１０１４は、体外装置（extracorporeal device）であってもよく、例えば、被験者の体外の位置から経皮的に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１０１６内に統合されていてもよい。パルス発生器１０１４が体外式である実施形態では、エネルギー印加装置１０１２は、介護者（caregiver）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、被験者の皮膚上またはその上の場所に位置決めされ得る。所望の部位にエネルギーパルスを印加するように位置決めされると、システム１０は、神経調節を開始して、目標とする生理学的結果または臨床効果を達成することができる。
【0054】
特定の実施形態では、システム１０は、コントローラ１０１６に結合され、調節の標的生理学的結果が達成されたかどうかを示す特性を評価する評価装置１０２０を含むことができる。一実施形態では、目標とする生理学的結果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、流体の移動の増加など、局所的な組織または機能の変化をもたらす可能性がある。
【0055】
調節は、全身的または非局所的な変化をもたらす可能性があり、標的化された生理学的結果は、循環分子の濃度変化またはエネルギーが直接適用された関心領域を含まない組織の特性の変化に関連する可能性がある。一実施例では、変位（displacement）は所望の調節の代理測定値（proxy measurement）であってもよく、期待される変位値（expected displacement value）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調節をもたらす可能性がある。したがって、評価デバイス１０２０は、いくつかの実施形態において濃度変化を評価するように構成され得る。いくつかの実施形態では、評価デバイス１０２０は、器官のサイズおよび／または位置の変化を評価するように構成された撮像デバイスであってもよい。システム１０の描かれた要素は別々に示されているが、要素の一部または全部は互いに組み合わされてもよいことが理解されるべきである。さらに、要素の一部または全部は、互いに有線または無線で通信することができる。
【0056】
評価に基づいて、コントローラ１０１６の調節パラメータが変更され得る。例えば、所望の調節が、規定された時間ウィンドウ（defined time window）内（例えば、エネルギー印加の処置開始後５分、３０分）または処置開始時のベースラインに対する濃度（１つ以上の分子の循環濃度または組織濃度）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のような調節パラメータの変更が所望される可能性があり、その結果、パルス発生器１０１４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１０１６に提供される可能性がある。
【0057】
本明細書で提供されるシステム１０００は、様々な調節パラメータ（various modulation parameters）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、連続的なものから断続的なものまでの様々な刺激時間パターンを含み得る。断続的刺激では、エネルギーは、信号オン時間の間、ある頻度（certain frequency）で一定時間供給される。信号オン時間の後には、信号オフ時間と呼ばれるエネルギーが供給されない時間が続く。調節パラメータには、刺激印加の頻度と持続時間も含まれる。印加頻度（ application frequency）は、連続的であってもよいし、様々な時間帯、例えば、１日又は１週間内に供給されてもよい。治療持続時間は、数分から数時間までを含むがこれに限定されない様々な時間持続することができる。特定の実施形態では、特定の刺激パターンによる治療持続時間は、例えば７２時間間隔で繰り返される１時間持続することがある。特定の実施形態では、治療は、より高い頻度、例えば３時間ごとに、より短い持続時間、例えば３０分間で行うことができる。治療持続時間や頻度（treatment duration and frequency）などの調節パラメータに応じたエネルギーの印加は、所望の結果を得るために調節可能に制御することができる。
【0058】
図３３は、システム１０００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１０００は、被験者の組織に適用するための複数のエネルギーパルスを発生するように適合されたパルス発生器１０１４を含むことができる。パルス発生器１０１４は、別体であってもよいし、コントローラ１０１６などの外部装置に統合されていてもよい。コントローラ１０１６は、装置を制御するためのプロセッサ１０３０を含む。ソフトウェアコードまたは命令は、プロセッサ１０３０が装置の様々な構成要素を制御するために実行するために、コントローラ１０１６のメモリ１０３２に格納される。コントローラ１０１６および／またはパルス発生器１０１４は、１つまたは複数のリード線１０３３を介して、またはワイヤレスでエネルギー応用デバイス１０１２に接続され得る。
【0059】
コントローラ１０１６はまた、臨床医が調節プログラムに対して選択入力または調節パラメータを提供できるように適合された入出力回路１０３４およびディスプレイ１０３６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（pulse amplitude, pulse width, pulse frequency）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１０１４は、コントローラ装置１０１６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、リード１０３３を通してエネルギー印加装置１０１２が適用される対象に伝送されるエネルギーパルスの刺激特性を変化させる。定電流、定電圧、複数の独立した電流源または電圧源などを含むがこれらに限定されない、任意の適切なタイプのパルス発生回路を採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。制御装置１０１６は、調節パラメータを変更することによって、および／または、特定の時間にエネルギー印加を開始することによって、または、特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、エネルギーを調節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節可能な制御は、被験者内の１つ以上の分子（例えば、循環分子：circulating molecule）の濃度に関する情報に基づいている。情報が評価装置１０２０からのものである場合、フィードバックループが調節可能な制御を駆動することができる。例えば、評価デバイス１０２０によって測定される循環グルコース濃度が所定の閾値または範囲を超える場合、コントローラ１０１６は、関心領域（例えば、肝臓および胃腸組織：liver and gastrointestinal tissue）に対して、および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、エネルギー印加を開始することができる。エネルギー印加の開始は、グルコース濃度が所定の（例えば、所望の）閾値より上に漂うか、または所定の範囲外に漂うことによってトリガされ得る。別の実施形態において、調節可能な制御は、エネルギーの最初の適用が、所定の時間枠（例えば、１時間、２時間、４時間、１日）内に、目標とする生理学的結果（例えば、関心分子の濃度）の予想される変化をもたらさない場合に、調節パラメータを変更する形態であってもよい。
【0060】
一実施形態では、メモリ１０３２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している。例えば、記憶された動作モードは、肝臓、膵臓、消化管、脾臓（liver, pancreas, gastrointestinal tract, spleen）の関心領域などの特定の治療部位に関連する調節パラメータのセットを実行するための命令を含むことができる。部位が異なれば、関連する調節パラメータも異なる可能性がある。オペレータにモードを手動で入力させるのではなく、コントローラ１０１６は、選択に基づいて適切な命令を実行するように構成することができる。別の実施形態では、メモリ１０３２は、異なるタイプの治療に対する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（depressing or blocking tissue function）に関連するものに対して、異なる刺激圧力または周波数範囲（different stimulating pressure or frequency range）に関連する場合がある。具体例では、エネルギー印加装置が超音波トランスデューサであるとき、時間平均パワー（時間平均強度：temporal average intensity）およびピーク正圧（peak positive pressure）は、１ｍＷ／ｃｍ２～３０，０００ｍＷ／ｃｍ２（時間平均強度）および０．１ ＭＰａ～７ＭＰａ（ピーク圧力）の範囲にある。一例では、熱損傷およびアブレーション／キャビテーション（ablation/cavitation）に関連するレベルを避けるため、関心領域では時間平均強度は３５Ｗ／ｃｍ２未満である。別の具体例では、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の範囲である。選択された周波数は、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する。
【0061】
別の実施形態では、メモリ１０３２は、所望の結果を達成するために調節パラメータの調整又は修正を可能にする較正又は設定モードを記憶する。一例では、刺激は低いエネルギーパラメータから開始し、自動的または操作者の入力を受けて漸増する。このようにして、操作者は、調節パラメータが変更されるにつれて、誘発される効果の調整を達成することができる。
【0062】
システム１０００はまた、エネルギー印加デバイス１０１２の焦点合わせを容易にする撮像デバイスを含み得る。一実施形態では、撮像デバイスは、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、関心領域を選択するため（例えば、空間的に選択するため）、およびターゲティングとそれに続く神経調節のために選択された関心領域にエネルギーを集束させるために適用されるように、エネルギー印加デバイス１０１２と統合される（integrated）か、またはエネルギー印加デバイス１０１２と同じデバイスであり得る。別の実施形態では、メモリ１０３２は、器官または組織構造内の関心領域を空間的に選択するために使用される１つまたは複数の標的化モードまたは集束モード（targeting or focusing modes）を記憶する。空間的選択は、関心領域に対応する器官の容積を識別するために器官の部分領域を選択することを含み得る。空間的選択は、本明細書で提供されるような画像データに依存することができる。空間的選択に基づいて、エネルギー印加装置１０１２は、関心領域に対応する選択された容積に焦点を合わせることができる。例えば、エネルギー印加デバイス１０１２は、関心領域を識別するために使用される画像データをキャプチャする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得る。ターゲティングモードエネルギーは、レベルではなく、かつ／または優先的活性化に適した調節パラメータで印加される。しかしながら、関心領域が特定されると、制御装置１０１６は、次に、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し得る。
【0063】
コントローラ１０１６はまた、調節パラメータの選択への入力として、目標とする生理学的結果に関連する入力を受信するように構成され得る。例えば、組織の特性を評価するために撮像モダリティ（imaging modality）が使用される場合、コントローラ１０１６は、特性の計算された指数またはパラメータを受信するように構成され得る。指数又はパラメータが予め定義された閾値以上であるか以下であるかに基づいて、調節パラメータが変更されることがある。一実施形態では、パラメータは、患部組織の組織変位の尺度または患部組織の深さの尺度とすることができる。他のパラメータは、１つまたは複数の関心分子の濃度を評価すること（例えば、閾値またはベースライン／コントロールに対する濃度の変化、変化率、濃度が所望の範囲内にあるかどうかの決定のうちの１つまたは複数を評価すること）を含み得る。さらに、エネルギー印加装置１０１２（例えば、超音波トランスデューサ）は、コントローラ１０１６の制御下で動作して、ａ）標的組織内の関心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）関心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結果が生じたことを決定するために（例えば、変位測定（displacement measurement）を介して）画像を取得することができる。このような実施形態では、撮像装置、評価装置１０２０、およびエネルギー印加装置１０１２は、同じ装置であってもよい。
【0064】
別の実施態様では、所望の調節パラメータセットも、コントローラ１０１６によって記憶され得る。このようにして、被験者固有のパラメータを決定することができる。さらに、このようなパラメータの有効性を経時的に評価することができる。特定のパラメータセットの有効性が経時的に低下する場合、被験者は活性化された経路に対する不感症を発症している可能性がある。システム１０が評価装置１０２０を含む場合、評価装置１０２０はコントローラ１０１６にフィードバックを提供することができる。特定の実施形態では、フィードバックは、目標生理学的結果の特性を示すユーザまたは評価装置１０２０から受信される場合がある。コントローラ１０１６は、調節パラメータに従ってエネルギー印加デバイスにエネルギーを印加させ、フィードバックに基づいて調節パラメータを動的に調整するように構成され得る。例えば、フィードバックに基づいて、プロセッサ１０１６は、評価デバイス１０２０からのフィードバックに応答して、調節パラメータ（例えば、超音波ビームまたは機械的振動の周波数、振幅、またはパルス幅）をリアルタイムで自動的に変更することができる。
【0065】
一例として、本技術は、代謝障害を有する被験体を治療するために使用することができる。本技術はまた、グルコース調節障害を有する被験体において血中グルコースレベルを調節するために使用され得る。従って、本技術は、対象分子のホメオスタシスを促進するため、または１つ以上の対象分子（例えば、グルコース、インスリン、グルカゴン（glucose, insulin, glucagon）、またはそれらの組み合わせ）の所望の循環濃度もしくは濃度範囲を促進するために使用され得る。一実施形態において、本技術は、循環（すなわち、血中）グルコースレベルを制御するために使用され得る。一実施形態では、血中グルコースレベルを正常範囲内の動的平衡（dynamic equilibrium）に維持するために、以下の閾値を使用することができる：
【0066】
絶食した（Fasted）
【0067】
５０ｍｇ／ｄＬ（２．８ｍｍｏｌ／Ｌ）未満である：）インスリンショック
【0068】
５０－７０ｍｇ／ｄＬ（２．８－３．９ｍｍｏｌ／Ｌ）：低血糖／低血糖症
【0069】
７０－１１０ｍｇ／ｄＬ （３．９－６．１ｍｍｏｌ／Ｌ）：正常
【0070】
１１０－１２５ｍｇ／ｄＬ （６．１－６．９ｍｍｏｌ／Ｌ）：高値／障害（糖尿病前症）
【0071】
１２５（７ｍｍｏｌ／Ｌ）：糖尿病患者
【0072】
非絶食（食後約２時間）：
【0073】
７０－１４０ｍｇ／ｄＬ：正常値
【0074】
１４０－１９９ｍｇ／ｄＬ （８－１１ｍｍｏｌ／Ｌ）：高値または「境界型」Ｖ糖尿病
【0075】
２００ｍｇ／ｄＬ以上：（１１ｍｍｏｌ／Ｌ）：糖尿病。
【0076】
例えば、本技術は、循環グルコース濃度を約２００ｍｇ／ｄＬ未満および／または約７０ｍｇ／ｄＬ以上に維持するために使用することができる。本技術は、グルコースを約４～８ｍｍｏｌ／Ｌまたは約７０～１５０ｍｇ／ｄＬの間の範囲に維持するために使用することができる。本技術は、対象（例えば、患者）の正常な血糖範囲を維持するために使用され得、ここで、正常な血糖範囲は、体重、年齢、臨床歴などの患者の個々の要因に基づく個別化された範囲であり得る。したがって、１つまたは複数の関心領域へのエネルギーの印加は、関心分子の所望の最終濃度に基づいてリアルタイムで調整され得、評価デバイス１０２０からの入力に基づいてフィードバックループで調整され得る。例えば、評価デバイス１０２０が循環グルコースモニタまたは血糖モニタである場合、リアルタイムのグルコース測定値がコントローラ１６への入力として使用され得る。
【0077】
エネルギー印加デバイス１０１２は、非限定的な例として肝臓として示される標的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（例えば、非侵襲性超音波トランスデューサまたは携帯型超音波トランスデューサ：noninvasive or handheld ultrasound transducer）を含むことができる。エネルギー印加装置１０１２は、超音波トランスデューサ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１０３０の制御回路は、エネルギー印加装置１０１２と一体であってもよいし（例えば、統合コントローラ（integrated controller）１０１６を介して）、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はまた、所望の関心領域または標的関心領域を空間的に選択し、取得された画像データに基づいて標的組織または構造の関心領域に印加エネルギーを集中させることを支援するために、画像データを取得するように構成され得る。
【0078】
関心領域内の所望の標的は、軸索末端と非神経細胞とのシナプス（synapses of axon terminals and non-neuronal cells）を含む内部組織または器官（internal tissue or an organ）であってもよい。シナプスは、標的の関心領域に焦点を合わせた超音波トランスデューサの焦点領域内で軸索末端にエネルギーを直接印加することによって刺激され、シナプス空間（synaptic space）への分子の放出を引き起こすことがある。例えば、軸索末端は肝細胞とシナプスを形成し、神経伝達物質の放出および／またはイオンチャネル活性の変化が、グルコース代謝の活性化などの下流効果を引き起こす。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関心領域の調節を指す場合がある。同様に、腸または消化管の刺激または調節は、上腸間膜叢における、または上腸間膜叢に隣接する関心領域の調節を指すことがある。
【0079】
エネルギーは、関心領域に集中または実質的に集中され、内部組織または器官の一部のみ、例えば、組織の総体積の約５０％、２５％、１０％、または５％未満に集中されることがある。一実施形態では、エネルギーは、標的組織内の２つ以上の関心領域に適用され、２つ以上の関心領域の総体積は、組織の総体積の約９０％、５０％、２５％、１０％、または５％未満であり得る。ある実施形態では、エネルギーは、組織の総体積の約ｌ％～５０％にのみ、組織の総体積の約ｌ％～２５％にのみ、組織の総体積の約１％～１０％にのみ、または組織の総体積の約ｌ％～５％にのみ印加される。ある実施形態では、標的組織の関心領域内の軸索末端のみが、印加されたエネルギーを直接受け、神経伝達物質を放出する一方で、関心領域外の刺激されていない軸索末端は、実質的なエネルギーを受けず、したがって、同じように活性化／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る組織の部分の軸索末端は、変化した神経伝達物質放出を誘導する（induce an altered neurotransmitter release）であろう。このように、組織部分領域は、きめ細かい様式（granular manner）で神経調節の対象とすることができ、例えば、１つまたは複数の部分領域が選択され得る。いくつかの実施形態において、エネルギー適用パラメータは、所望の複合生理学的効果を誘導するために、エネルギーを直接受け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するように選択され得る。特定の実施形態では、エネルギーは、約２５ｍｍ３以下の体積内に集束または集中させることができる。特定の実施形態では、エネルギーは、約０．５ｍｍ３－５０ｍｍ３の体積内に集束または集中させることができる。関心領域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１０１２のサイズ／構成によって影響を受ける可能性がある。エネルギー印加の焦点体積は、エネルギー印加デバイス１０１２の焦点のフィールド（field of focus）によって定義され得る。
【0080】
本明細書で規定されるように、エネルギーは、標的化された生理学的結果を達成するために、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、対象領域または領域にのみ実質的に適用されることがあり、組織全体にわたって一般的または非特異的な方法で実質的に適用されることはない。
【0081】
開示された実施形態の技術的効果には、エネルギー恒常性を調節することが知られている複数の末梢神経経路を非侵襲的に刺激するための治療用超音波の使用が含まれる。開示された神経調節技術の実施形態には、代謝障害を有する患者を治療するための神経調節技術が含まれる。本開示の特定の実施形態は、血糖調節の文脈で議論される。
【0082】
本明細書では、開示の一部として例を使用し、また、当業者であれば、任意の装置またはシステムの製造および使用、ならびに組み込まれた任意の方法の実行を含め、開示された実施形態を実践できるようにする。特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者に思いつく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、特許請求の範囲に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0083】
１０１２：エネルギー印加装置
１０１４：パルス発生器
１０１６：コントローラ
１０２０：評価装置
１０３０：μＰ
１０３２：メモリ
１０３４：Ｉ／Ｏ
１０３６：ディスプレイ
１０１４：パルス発生器
１０１６：コントローラ
１０２０：評価装置
１０３０：μＰ
１０３２：メモリ
１０３４：Ｉ／Ｏ
１０３６：ディスプレイ
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【国際調査報告】