Ruoansulatuskanavan neuroproteesi: palauttaa peristaltiikan ja käynnistää "kylläisyyshormonit"

Ruoansulatuskanavan (ruokatorven ja mahalaukun) motiliteettihäiriöt – akalasia, gastropareesi, nielemisvaikeudet jne. – vaikuttavat yli 20 prosenttiin väestöstä ja aiheuttavat merkittävää sairastuvuutta ja kustannuksia. Tavanomaiset lähestymistavat – lääkkeet, käyttäytymisterapia ja leikkaus – ovat usein tehottomia eivätkä palauta koordinoitua peristaltiikkaa.

• Miksi nykyiset laitteet eivät ratkaise ongelmaa. Ruoansulatuskanavan sähköistä stimulaatiota on tutkittu 1960-luvulta lähtien, mutta kliinisesti hyväksytyt implantit (esim. Enterra gastropareesiin, VBLOC-vagushermon stimulaattorit lihavuuteen, InterStim-sakraalistimulaattori ulosteenkarkailuun) toimivat pääasiassa avoimessa silmukassa ja vaikuttavat usein epäjohdonmukaisesti mahan tyhjenemiseen. Syynä on se, että yksi tai useampi vakioparametrinen virtalähde ei toista luonnollisen peristaltiikan spatiotemporaalista monimutkaisuutta.
• Fysiologiaa, jota on "jäljiteltävä". Peristaltiikka on suljettu silmukka: aisti-signaalit (venytys, lämpötila, kemialliset ärsykkeet) → refleksivasteet myenteerisessä hermopunoksessa ja sileissä lihaksissa. Ruoan kuljetuksen lisäksi motiliteetti vaikuttaa afferenttien suolisto-aivosignaalien ja kylläisyyshormonien (GLP-1, insuliini, greliini) välillä muodostaen ruokahalun ja kylläisyyden tunteen. Dysmotiliteetissa nämä silmukat häiriintyvät.
• Teknologinen aukko. ”Oikeiden” aaltojen tuottamiseksi tarvitaan monikanavaista stimulaatiota suoraan myenteerisen hermopunoksen ja lihaskerroksen lähellä. Pääsy sinne vaatii kuitenkin yleensä invasiivista leikkausta; edistyneet endoskooppiset tekniikat (esim. NOTES) ovat monimutkaisia, eikä niitä käytetä laajalti. Tarvitaan minimaalisesti invasiivisia instrumentteja, jotka mahdollistavat elektrodien tarkan sijoittamisen submukoossa ja toimivat suljetussa ”tunnistus → stimulaatio” -silmukassa.
• Mitä uusi työ tarjoaa. Kirjoittajat kuvaavat endoskooppisesti asennettavan, monikanavaisen neuroproteesin, jossa käytetään sähköistä ja kemiallista stimulaatiota. Se kykenee laukaisemaan koordinoituja peristalttisia aaltoja signaalin perusteella boluksen läpikulusta, mikä paitsi palauttaa liikkuvuuden, myös moduloi aineenvaihduntavastetta (tuo sen lähemmäksi "syötettyä" tilaa). Tämä sulkee keskeisiä aukkoja: pääsyn haluttuun kerrokseen, spatiotemporaalisen koordinaation ja toiminnan suljetussa silmukassa.

Lyhyesti sanottuna: kliininen lokero on laajalle levinnyt ja huonosti hoidettu motivaation puute. Aiemmat "avoimet" stimulantit eivät jäljittele luonnollista fysiologiaa. Siksi on loogista yrittää opettaa implanttia "ajattelemaan kuten ruoansulatuskanava": aistimaan bolus ja laukaisemaan fysiologisen peristaltiikan juuri siitä kohdasta, josta luonnollinen signaali kulkee – myenteerisestä hermopunoksesta.

MIT:n, Harvardin ja Brighamin tutkimusryhmä loi pienoiskokoisen ruokatorven/mahalaukun implantin, joka aistii ruoka-annoksen "suljetussa silmukassa" ja laukaisee koordinoituja peristaltiikan aaltoja. Sioilla laite ei ainoastaan palauttanut ruokatorven ja mahalaukun liikkuvuutta, vaan myös aiheutti hormonaalisia muutoksia, jotka muistuttavat aterianjälkeistä (syötettyä) tilaa. Implantti asetetaan endoskooppisesti ilman vatsakirurgiaa. Tutkimus julkaistiin Nature -lehdessä.

Mitä he keksivät?

• Itse implantti. Ohut ”kuituinen” neuroproteesi, jonka halkaisija on noin 1,25 mm ja jossa on seitsemän elektrodia senttimetrin välein sekä mikrokanava aineiden paikalliseen annosteluun (sähkö- ja kemostimulaatio). Implantti on taipuisa ja sen mitat mahdollistavat asettamisen endoskoopin standardin instrumenttikanavan (2,8–3,2 mm) läpi.
• Asennus. Endoskooppinen instrumentti on kehitetty: neula, jossa on nitinolin "koukun" vastavetoinen veto, hydrodissektio ja avainkikka - submukoosan etsiminen kudosimpedanssin avulla tarkan sijoituksen varmistamiseksi juuri lihaskerroksen yläpuolelle, lähelle myenteeristä hermopunosta.
• Suljettu silmukka. Järjestelmä lukee bolussignaalin (EMG/intraluminaaliset anturit) ja valitsee stimulaatiokuvion, joka aiheuttaa peräkkäisiä supistuksia luonnollisen peristaltiikan tavoin. On mahdollista yhdistää "herättäviä" ja "estäviä" ärsykkeitä sekä rentouttaa sulkijalihaksia paikallisesti lääkeaineiden mikroannoksilla.

Mitä eläimillä näytettiin

• Ruokatorvi: Implantti tuotti "nielemisaaltoja" ilman varsinaista nielemistä, mukaan lukien ruokatorven alemman sulkijalihaksen hallittu rentoutuminen (glukagonin mikroannon kautta) ja ohjelmoitavat eteen-/taaksepäin suuntautuvat aallot – pohjimmiltaan peristalttinen "ohjaussauva".
• Vatsa. 20 minuutin stimulaation jälkeen peristaltiikan tiheys kasvoi noin kaksinkertaiseksi kontrolliin verrattuna (n≈4, p<0,05).
• Aineenvaihdunta "kylläisyyden illuusio". Paasto-olosuhteissa 30 minuutin stimulaatio (ruokatorvi tai mahalaukku) johti hormonaalisiin muutoksiin: GLP-1:n ja insuliinin lisääntymiseen, greliinin (ruokahaluhormoni) vähenemiseen; mahalaukun stimulaation yhteydessä havaittiin myös glukagonin lisääntymistä. Profiili kokonaisuudessaan muistutti aterianjälkeistä tilaa.

Turvallisuus- ja tekniset yksityiskohdat

Lyhyissä in vitro -biologisen yhteensopivuuden testeissä (materiaaliuutteet) ei havaittu toksisuutta; in vivo 7 päivää implantaation jälkeen - normaali seinämän venyvyys eikä laitteen siirtymistä/karkeita kudosvaurioita. (Lisäkestävyyden ja luotettavuuden varmistamiseksi tarvitaan pitkäaikaisia testejä.)

Miksi tämä on tarpeen?

• Motiliteetin häiriöt ja hoitoresistenssit. Akalasia, gastropareesi, nielemisvaikeudet, leikkauksen jälkeiset häiriöt – joissa klassiset lääkkeet/leikkaukset antavat usein epätäydellisen vasteen. Paikallinen monikanavainen stimulaatio on lähempänä todellista fysiologiaa kuin olemassa olevat "yksikanavaiset" avoimen silmukan implantit.
• Aineenvaihduntahäiriöt. Kontrolloimalla suolisto-aivo-afferentteja reittejä laite voisi mahdollisesti moduloida ruokahalua ja aineenvaihduntaa, mikä on mielenkiintoista lihavuuden/diabeteksen yhteydessä (tähän mennessä hypoteesi, ei näyttöä ihmisillä).

Rajoitukset ja mitä seuraavaksi

Tämä on prekliinistä työtä sioilla akuutti-subakuutti-muodossa. Edessä ovat pitkäaikaiset tutkimukset kontaktin vakaudesta, energiansaannista, fibroosin riskistä, tarkoista stimulaatioprotokollista ja sitten varhaiset kliiniset tutkimukset potilailla, joilla on vaikea dysmotivismin muoto. Mutta on jo osoitettu, että peristaltiikka voidaan "kytkeä päälle" käskystä ja hormonaaliset vasteet voidaan siirtää kohti kylläisyyden tunnetta - kaikki endoskooppisen menetelmän avulla.