Neuroprosthesis untuk saluran gastrousus: memulihkan peristalsis dan menghidupkan "hormon kenyang"

Gangguan motilitas gastrousus (esofagus dan perut)—akalasia, gastroparesis, disfagia, dsb—menjejaskan lebih daripada 20% populasi dan menyebabkan morbiditi dan kos yang ketara. Pendekatan standard—ubat, campur tangan tingkah laku dan pembedahan—selalunya mempunyai keberkesanan yang terhad dan tidak memulihkan peristalsis yang diselaraskan.

• Mengapa peranti sedia ada tidak menyelesaikan masalah. Rangsangan elektrik pada saluran gastrousus telah dikaji sejak tahun 1960-an, tetapi implan yang diluluskan secara klinikal (cth, Enterra untuk gastroparesis, perangsang vagal VBLOC untuk obesiti, rangsangan sakral InterStim untuk inkontinensia najis) beroperasi terutamanya dalam gelung terbuka dan sering menghasilkan kesan yang tidak konsisten pada pengosongan gastrik. Sebabnya ialah satu atau lebih sumber semasa dengan parameter malar tidak menghasilkan semula kerumitan spatiotemporal peristalsis semula jadi.
• Fisiologi yang mesti "ditiru." Peristalsis ialah gelung tertutup: isyarat deria (regangan, suhu, rangsangan kimia) → tindak balas refleks dalam plexus mienterik dan otot licin. Selain pengangkutan makanan, motilitas mempengaruhi isyarat usus-otak aferen dan hormon kenyang (GLP-1, insulin, ghrelin), membentuk selera makan dan rasa kenyang. Dalam dismotility, gelung ini terganggu.
• Jurang teknologi. Untuk menghasilkan semula gelombang "betul", rangsangan berbilang saluran diperlukan secara langsung berhampiran plexus myenteric dan lapisan otot. Tetapi akses ke sana biasanya memerlukan pembedahan invasif; teknik endoskopik lanjutan (cth CATATAN) adalah kompleks dan tidak digunakan secara meluas. Instrumen invasif minimum diperlukan yang membolehkan penempatan tepat elektrod dalam submukosa dan berfungsi dalam gelung "penginderaan → rangsangan" tertutup.
• Perkara yang ditawarkan oleh kerja baharu itu. Penulis menerangkan neuroprosthesis berbilang saluran yang dipasang secara endoskopik dengan rangsangan elektrik dan kimia, yang mampu mencetuskan gelombang peristaltik yang diselaraskan apabila isyarat tentang laluan bolus, dengan itu bukan sahaja memulihkan motilitas, tetapi juga memodulasi tindak balas metabolik (membawanya lebih dekat kepada keadaan "makan"). Ini menutup jurang utama: akses kepada lapisan yang diingini, penyelarasan spatiotemporal dan berfungsi dalam gelung tertutup.

Ringkasnya: terdapat niche klinikal yang besar - dismotivasi yang meluas dan tidak dirawat dengan baik. Perangsang "terbuka" sebelum ini tidak meniru fisiologi semula jadi. Oleh itu, adalah logik untuk cuba mengajar implan untuk "berfikir seperti saluran gastrousus": untuk merasakan bolus dan mencetuskan peristalsis fisiologi tepat di mana isyarat semula jadi berlalu - di plexus myenteric.

Pasukan dari MIT, Harvard dan Brigham mencipta implan esofagus/perut kecil yang mengesan bolus makanan dalam "gelung tertutup" dan mencetuskan gelombang peristalsis yang diselaraskan. Pada babi, peranti itu bukan sahaja memulihkan motilitas esofagus dan gastrik, tetapi juga menyebabkan perubahan hormon yang serupa dengan keadaan selepas makan (makan). Implan diletakkan secara endoskopik, tanpa pembedahan perut. Kajian itu diterbitkan dalam jurnal Nature.

Apa yang mereka buat?

• Implan itu sendiri. Neuroprosthesis "berserabut" nipis dengan diameter ≈1.25 mm dengan tujuh elektrod setiap 1 cm dan saluran mikro untuk penghantaran bahan tempatan (elektro- dan kemostimulasi). Fleksibiliti dan dimensinya membolehkan ia dimasukkan melalui saluran instrumen standard endoskop (2.8–3.2 mm).
• Pemasangan. Instrumen endoskopik telah dibangunkan: jarum dengan tarikan balik "cangkuk" nitinol, hydrodissection, dan helah utama - mencari submukosa dengan impedans tisu untuk penempatan tepat tepat di atas lapisan otot, berhampiran plexus myenteric.
• Gelung tertutup. Sistem membaca isyarat bolus (EMG/penderia intraluminal) dan memilih corak rangsangan untuk mendorong pengecutan berurutan serupa dengan peristalsis semula jadi. Ia adalah mungkin untuk menggabungkan rangsangan "perangsang" dan "perencatan", serta melonggarkan sfinkter secara tempatan dengan mikrodos dadah.

Apa yang ditunjukkan pada haiwan

• Esofagus: Implan menghasilkan "gelombang menelan" tanpa menelan sebenar, termasuk kelonggaran terkawal sfinkter esofagus bawah (melalui penghantaran mikro glukagon), dan gelombang hadapan/retrogred boleh atur cara—pada asasnya "kayu bedik" peristaltik.
• perut. Selepas 20 minit rangsangan, kekerapan peristalsis meningkat kira-kira dua kali ganda berbanding kawalan (n≈4, p<0.05).
• Metabolik "ilusi kenyang". Dalam keadaan berpuasa, rangsangan 30 minit (esofagus atau perut) membawa kepada perubahan hormon: peningkatan dalam GLP-1 dan insulin, penurunan dalam ghrelin (hormon selera makan); dengan rangsangan gastrik, peningkatan glukagon juga diperhatikan. Profil secara keseluruhannya menyerupai keadaan selepas makan.

Butiran keselamatan dan kejuruteraan

Ujian biokompatibiliti in vitro pendek (ekstrak bahan) tidak menunjukkan ketoksikan; dalam vivo 7 hari selepas implantasi - kebolehlanjutan dinding normal dan tiada penghijrahan peranti/kerosakan tisu kasar. (Ketahanan dan kebolehpercayaan yang lebih lanjut memerlukan ujian jangka panjang.)

Mengapa ini perlu?

• Keadaan dismotiliti dan refraktori. Achalasia, gastroparesis, disfagia, gangguan selepas pembedahan - di mana ubat/operasi klasik sering memberikan kesan yang tidak lengkap. Rangsangan berbilang saluran tempatan lebih dekat dengan fisiologi sebenar daripada implan gelung terbuka "saluran tunggal" sedia ada.
• Gangguan metabolik. Dengan mengawal laluan aferen usus-otak, peranti itu berpotensi memodulasi selera makan dan metabolisme, yang menarik untuk obesiti/diabetes (hipotesis setakat ini, tiada bukti pada manusia).

Had dan apa yang seterusnya

Ini adalah kerja praklinikal pada babi, dalam mod akut-subakut. Di hadapan adalah kajian jangka panjang tentang kestabilan sentuhan, bekalan tenaga, risiko fibrosis, protokol rangsangan yang tepat, dan kemudian ujian klinikal awal ke atas pesakit dengan bentuk dismottiviti yang teruk. Tetapi telah ditunjukkan bahawa peristalsis boleh "dihidupkan" atas arahan, dan tindak balas hormon boleh dialihkan ke arah kenyang - semuanya melalui akses endoskopik.