Virškinimo trakto neuroprotezė: atkuria peristaltiką ir įjungia „sotumo hormonus“

Virškinimo trakto (stemplės ir skrandžio) motorikos sutrikimai – achalazija, gastroparezė, disfagija ir kt. – paveikia daugiau nei 20 % gyventojų ir sukelia didelį sergamumą bei išlaidas. Standartiniai metodai – vaistai, elgesio intervencijos ir chirurgija – dažnai yra ribotai veiksmingi ir neatkuria koordinuotos peristaltikos.

• Kodėl esami prietaisai neišsprendžia problemos. Elektrinė virškinamojo trakto stimuliacija tiriama nuo septintojo dešimtmečio, tačiau kliniškai patvirtinti implantai (pvz., „Enterra“ gastroparezei gydyti, VBLOC vaguso nervo stimuliatoriai nutukimui gydyti, „InterStim“ sakralinė stimuliacija išmatų nelaikymui gydyti) daugiausia veikia atviroje kilpoje ir dažnai sukelia nepastovų poveikį skrandžio ištuštinimui. Priežastis ta, kad vienas ar keli srovės šaltiniai su pastoviais parametrais neatkuria natūralios peristaltikos erdvėlaikio sudėtingumo.
• Fiziologija, kurią reikia „imituoti“. Peristaltika yra uždara kilpa: jutiminiai signalai (tempimas, temperatūra, cheminiai dirgikliai) → refleksinės reakcijos mienteriniame rezginyje ir lygiuosiuose raumenyse. Be maisto transportavimo, motorika veikia aferentinius žarnyno ir smegenų signalus bei sotumo hormonus (GLP-1, insuliną, greliną), formuodama apetitą ir sotumo jausmą. Esant dismotorikai, šios kilpos yra sutrikusios.
• Technologinė spraga. Norint atkurti „teisingas“ bangas, reikalinga daugiakanalė stimuliacija tiesiai prie mienterinio rezginio ir raumeninio sluoksnio. Tačiau norint ten patekti, paprastai reikalinga invazinė chirurgija; pažangūs endoskopiniai metodai (pvz., NOTES) yra sudėtingi ir nėra plačiai naudojami. Reikalingi minimaliai invaziniai instrumentai, leidžiantys tiksliai išdėstyti elektrodus submukozoje ir veikiantys uždaroje „jutimo → stimuliacijos“ kilpoje.
• Ką siūlo naujas darbas. Autoriai aprašo endoskopiškai montuojamą daugiakanalę neuroprotezę su elektrine ir chemine stimuliacija, galinčią sukelti koordinuotas peristaltines bangas, gavusi signalą apie boluso praėjimą, taip ne tik atkurdama motoriką, bet ir moduliuodama metabolinę reakciją (priartindama ją prie „pamaitintos“ būsenos). Tai užpildo pagrindines spragas: prieigą prie norimo sluoksnio, erdvėlaikio koordinaciją ir darbą uždaroje kilpoje.

Trumpai tariant: egzistuoja didelė klinikinė niša – plačiai paplitusios, prastai gydomos dezmotivacijos. Ankstesni „atviri“ stimuliatoriai neimituoja natūralios fiziologijos. Todėl logiška bandyti išmokyti implantą „mąstyti kaip virškinamasis traktas“: pajusti bolusą ir sukelti fiziologinę peristaltiką tiksliai ten, kur praeina natūralus signalas – ties mienteriniu rezginiu.

MIT, Harvardo ir Brighamo universitetų komanda sukūrė miniatiūrinį stemplės/skrandžio implantą, kuris „uždaroje kilpoje“ aptinka maisto boliusą ir sukelia koordinuotas peristaltikos bangas. Kiaulėms šis prietaisas ne tik atkūrė stemplės ir skrandžio motoriką, bet ir sukėlė hormoninius pokyčius, panašius į tuos, kurie vyksta po valgio (pavalgius). Implantas įdedamas endoskopiškai, be pilvo operacijos. Tyrimas buvo paskelbtas žurnale „ Nature“.

Ką jie sugalvojo?

• Pats implantas. Plonas „pluoštinis“ neuroprotezas, kurio skersmuo ≈1,25 mm, su septyniais elektrodais kas 1 cm ir mikrokanalu vietiniam medžiagų tiekimui (elektro- ir chemostimuliacijai). Dėl lankstumo ir matmenų jį galima įdėti per standartinį endoskopo instrumentinį kanalą (2,8–3,2 mm).
• Įrengimas. Sukurtas endoskopinis instrumentas: adata su atvirkštiniu nitinolio „kabliuko“ traukimu, hidrodisekcija ir pagrindinis triukas – submucosa paieška pagal audinių impedansą, siekiant tiksliai jį išdėstyti tiesiai virš raumeninio sluoksnio, šalia mienterinio rezginio.
• Uždara kilpa. Sistema nuskaito boluso signalą (EMG / intraluminaliniai jutikliai) ir parenka stimuliacijos modelį, kad sukeltų nuoseklius susitraukimus, panašius į natūralią peristaltiką. Galima derinti „sužadinimo“ ir „slopinimo“ stimulus, taip pat lokaliai atpalaiduoti sfinkterius vaistų mikrodozėmis.

Kas buvo rodoma gyvūnams

• Stemplė: implantas sukūrė „rijimo bangas“ be realaus rijimo, įskaitant kontroliuojamą apatinio stemplės sfinkterio atpalaidavimą (mikro gliukagono tiekimu) ir programuojamas tiesiogines / retrogradines bangas – iš esmės peristaltinę „valdysvirtį“.
• Skrandis. Po 20 minučių stimuliacijos peristaltikos dažnis padidėjo maždaug dvigubai, palyginti su kontroline grupe (n≈4, p<0,05).
• Metabolinė „sotumo iliuzija“. Nevalgius 30 minučių trukmės stimuliacija (stemplės arba skrandžio) sukėlė hormoninius pokyčius: padidėjo GLP-1 ir insulino kiekis, sumažėjo grelino (apetito hormono) kiekis; stimuliuojant skrandį, taip pat padidėjo gliukagono kiekis. Visas profilis buvo panašus į būseną po valgio.

Saugos ir inžinerijos detalės

Trumpi in vitro biologinio suderinamumo tyrimai (su medžiagų ekstraktais) neparodė jokio toksiškumo; in vivo, praėjus 7 dienoms po implantavimo, – normalus sienelės tempimas ir jokio prietaiso migracijos / didelio audinių pažeidimo. (Daugiau patvarumo ir patikimumo reikalauja ilgalaikiai tyrimai.)

Kodėl tai būtina?

• Dismotorika ir refrakterinės būklės. Achalazija, gastroparezė, disfagija, pooperaciniai sutrikimai – kai klasikiniai vaistai/operacijos dažnai duoda nepilną poveikį. Vietinė daugiakanalė stimuliacija yra artimesnė tikrajai fiziologijai nei esami „vieno kanalo“ atviros kilpos implantai.
• Medžiagų apykaitos sutrikimai. Kontroliuodamas žarnyno ir smegenų aferentinius kelius, prietaisas galėtų moduliuoti apetitą ir medžiagų apykaitą, o tai įdomu nutukimo / diabeto atveju (kol kas hipotezė, įrodymų žmonėms nėra).

Apribojimai ir kas toliau

Tai ikiklinikiniai tyrimai su kiaulėmis, atliekami ūmaus ir poūmio fazės metu. Laukia ilgalaikiai kontakto stabilumo, energijos tiekimo, fibrozės rizikos, tikslių stimuliavimo protokolų tyrimai, o vėliau – ankstyvieji klinikiniai tyrimai su pacientais, sergančiais sunkiomis dismotorikos formomis. Tačiau jau įrodyta, kad peristaltiką galima „įjungti“ gavus komandą, o hormonines reakcijas galima nukreipti sotumo link – visa tai endoskopinės prieigos būdu.