可攝入的“電藥”膠囊,可刺激飢餓調節激素

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麻省理工學院的工程師們已經證明,通過使用一種可攝取的膠囊,向細胞輸送電流,他們可以刺激胃飢餓素的釋放。這種方法可能被證明對治療惡心或食欲不振的疾病有用,比如厭食症或惡病質。研究人員希望在未來三年內在人類患者身上測試這種設備,如果開發用於人類患者,這種類型的治療可能會取代或補充一些現有的用於預防惡心和刺激患有惡病質或厭食症的人的食欲的藥物。

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胃釋放的激素,如生長素釋放肽,在刺激食欲方面起着關鍵作用。這些激素由主要控制飢餓、惡心和飽腹感的腸神經系統內分泌細胞產生。由MIT麻省理工學院開發的輸送電流可攝入膠囊,可以刺激激素生長素釋放肽的釋放,通過這種方法有助於治療涉及惡心或食欲不振的疾病,例如惡病質,癌症或其他慢性病患者可能發生的體重減輕。

麻省理工學院機械工程副教授、布里格姆婦女醫院的胃腸病學家、該論文的資深作者Giovanni Traverso說,“這項研究有助於通過可攝入的電子產品建立電刺激,作為一種通過胃腸道觸發激素釋放的模式。我們展示了一個例子,說明我們如何能夠與胃粘膜接觸并釋放激素,我們預計這可以用於我們尚未在此探索的胃腸道其他部位。”

Khalil Ramadi SM '16,PhD '19,畢業於機械工程系和哈佛-麻省理工學院健康科學與技朮項目,現為紐約大學/NYU坦登工程學院生物工程助理教授和紐約大學阿布扎比分校高級神經工程和轉化醫學實驗室主任和麻省理工學院研究生James McRae是該論文的主要作者,該論文今天發表在Science Robotics上。

電刺激
腸神經系統控制消化的各個方面,包括食物通過胃腸道的運動。一些患有胃輕癱(胃神經紊亂導致食物運動非常緩慢)的患者在接受類似起搏器的裝置產生的電刺激后症狀有所改善,這種裝置可以通過外科手朮植入胃中。

醫生推測,電刺激會促使胃部收縮,這有助於推動食物前進。然而,后來發現雖然治療確實幫助患者感覺更好,但它對運動的影響程度較小。麻省理工學院的團隊假設胃部的電刺激可能會導致生長素釋放肽的釋放,眾所周知,生長素釋放肽可以促進飢餓感并減少惡心感。

為了驗證這一假設,研究人員使用電探針在動物的胃部進行電刺激。他們發現,在刺激20分鐘后,血液中的生長素釋放肽水平顯着升高。他們還發現,電刺激不會導致任何明顯的炎症或其他不良反應。

一旦他們確定電刺激會引起生長素釋放肽的釋放,研究人員便着手研究他們是否可以使用一種可以吞咽并暫時駐留在胃中的裝置來達到同樣的目的。設計這種設備的主要挑戰之一是確保膠囊上的電極能夠接觸到塗有液體的胃組織。 

為了創造一個電極可以與之相互作用的更干燥的表面,研究人員給他們的膠囊一個帶槽的表面,可以從電極上吸走液體。他們設計的表面靈感來自澳大利亞棘蜥的皮膚,這種蜥蜴使用脊狀鱗片來收集水分。當蜥蜴的皮膚的任何部分接觸到水時,水都會通過毛細管作用沿着通道輸送到蜥蜴的嘴里。

“我們受此啟發,將表面紋理和圖案融入到這個膠囊的外部,”麥克雷說。“該表面可以控制可能阻止電極接觸胃內組織的液體,因此它可以可靠地提供電刺激。”

膠囊表面由帶有親水塗層的凹槽組成。這些凹槽起到將液體從胃組織中吸走的通道的作用。該設備內部是電池供電的電子設備,可產生流過膠囊表面電極的電流。據研究人員稱,在這項研究中使用的原型中,電流持續運行,但未來的版本可以設計成可以無線打開和關閉電流。

荷爾蒙提升
研究人員通過將其放入大型動物的胃中來測試他們的膠囊,他們發現該膠囊使血液中的生長素釋放肽水平大幅上升。

“據我們所知,這是第一個通過可攝入設備使用電刺激來增加體內內源性激素水平的例子,比如胃飢餓素。因此,它具有利用人體自身系統而不是引入外部因素的效果,”Ramadi說。研究人員發現,為了使這種刺激起作用,控制消化的迷走神經必須完好無損。他們推測電脈沖通過迷走神經傳輸到大腦,然后刺激胃中的內分泌細胞產生生長激素釋放肽。

Traverso的實驗室現在計划探索在胃腸道的其他部分使用這種方法,研究人員希望在未來三年內在人類患者身上測試該裝置。研究人員說,如果開發用於人類患者,這種類型的治療可能會取代或補充一些現有的藥物,這些藥物用於預防惡心和刺激惡病質或厭食症患者的食欲。“這是一個相對簡單的設備,所以我們相信我們可以在相對較短的時間內將其植入人體,”Traverso說。

該研究由國家癌症研究所、國家糖尿病、消化和腎臟疾病研究所、紐約大學阿布扎比工程系、美國國家科學基金會研究生研究獎學金、Novo的科赫研究所資助(核心)資助Nordisk和麻省理工學院機械工程系。

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