Neuroprotézis a gyomor-bél traktushoz: helyreállítja a perisztaltikát és bekapcsolja a „jóllakottsági hormonokat”

A gyomor-bélrendszeri (nyelőcső és gyomor) motilitási zavarok – achalasia, gasztroparézis, dysphagia stb. – a lakosság több mint 20%-át érintik, és jelentős morbiditást és költségeket okoznak. A standard megközelítések – gyógyszerek, viselkedési beavatkozások és műtét – gyakran korlátozott hatékonyságúak, és nem állítják helyre az összehangolt perisztaltikát.

• Miért nem oldják meg a meglévő eszközök a problémát? A gyomor-bél traktus elektromos stimulációját az 1960-as évek óta tanulmányozzák, de a klinikailag jóváhagyott implantátumok (pl. Enterra gasztroparézis esetén, VBLOC vagus stimulátorok elhízás esetén, InterStim szakrális stimuláció székletinkontinencia esetén) elsősorban nyílt hurokban működnek, és gyakran inkonzisztens hatást gyakorolnak a gyomorürülésre. Ennek az az oka, hogy egy vagy több állandó paraméterekkel rendelkező áramforrás nem reprodukálja a természetes perisztaltika téridőbeli komplexitását.
• „Utánozandó” élettan. A perisztaltika egy zárt hurok: érzékszervi jelek (nyújtás, hőmérséklet, kémiai ingerek) → reflexválaszok a myentericus plexusban és a simaizmokban. A táplálékszállítás mellett a motilitás befolyásolja az afferens bél-agy jeleket és a jóllakottsági hormonokat (GLP-1, inzulin, ghrelin), étvágyat és jóllakottsági érzést alakítva ki. Diszmotilitás esetén ezek a hurkok zavart szenvednek.
• Technológiai hiányosság. A „helyes” hullámok reprodukálásához többcsatornás stimulációra van szükség közvetlenül a myentericus plexus és az izomréteg közelében. Az oda való hozzáférés azonban általában invazív műtétet igényel; a fejlett endoszkópos technikák (pl. MEGJEGYZÉSEK) összetettek és nem széles körben elterjedtek. Minimálisan invazív eszközökre van szükség, amelyek lehetővé teszik az elektródák pontos elhelyezését a submucosában, és zárt „érzékelés → stimuláció” körben működnek.
• Amit az új munka kínál. A szerzők egy endoszkóposan beültetett, többcsatornás, elektromos és kémiai ingerléssel működő neuroprotézist írnak le, amely képes koordinált perisztaltikus hullámokat kiváltani egy bólus áthaladásáról érkező jel hatására, ezáltal nemcsak a motilitás helyreállítását, hanem az anyagcsere-válasz modulálását is (közelebb hozva azt a „táplált” állapothoz). Ez kulcsfontosságú hiányosságokat szüntet meg: a kívánt réteghez való hozzáférést, a téridőbeli koordinációt és a zárt körben való működést.

Röviden: van egy nagy klinikai rés - a széles körben elterjedt, rosszul kezelt demotiváció. A korábbi "nyílt" stimulánsok nem utánozzák a természetes fiziológiát. Ezért logikus megpróbálni megtanítani az implantátumot "úgy gondolkodni, mint a gyomor-bél traktus": érzékelni a bólust és fiziológiai perisztaltikát indítani pontosan ott, ahol a természetes jel áthalad - a myentericus plexusnál.

Az MIT, a Harvard és a Brigham Egyetem csapata egy miniatűr nyelőcső/gyomor implantátumot fejlesztett ki, amely „zárt körben” érzékeli a táplálékkapszulát, és összehangolt perisztaltika hullámokat indít el. Sertésekben az eszköz nemcsak a nyelőcső és a gyomor motilitását állította helyre, hanem hormonális változásokat is indukált, hasonlóan az étkezés utáni (táplált) állapothoz. Az implantátumot endoszkóposan helyezik be, hasi műtét nélkül. A tanulmány a Nature folyóiratban jelent meg.

Mit találtak ki?

• Maga az implantátum. Egy vékony, ≈1,25 mm átmérőjű „rostos” neuroprotézis, hét elektródával 1 cm-enként és egy mikrocsatornával az anyagok helyi beadásához (elektro- és kemostimuláció). Rugalmassága és méretei lehetővé teszik, hogy egy endoszkóp standard műszercsatornáján (2,8–3,2 mm) keresztül behelyezhető legyen.
• Telepítés. Kifejlesztettek egy endoszkópos műszert: egy tűt egy nitinol "horog" fordított húzásával, hidrodisszekcióval, és a legfontosabb trükk - a szubmukózális réteg keresése szöveti impedancia alapján, a pontos elhelyezés érdekében közvetlenül az izomréteg felett, a myenterikus plexus közelében.
• Zárt hurok. A rendszer leolvassa a bólusjelet (EMG/intraluminális érzékelők), és kiválaszt egy stimulációs mintát, amely a természetes perisztaltikához hasonló szekvenciális összehúzódásokat vált ki. Lehetséges az „serkentő” és „gátló” ingerek kombinálása, valamint a záróizmok lokális ellazítása gyógyszerek mikrodózisaival.

Amit állatokon mutattak be

• Nyelőcső: Az implantátum „nyelési hullámokat” produkált tényleges nyelés nélkül, beleértve az alsó nyelőcső záróizom szabályozott ellazulását (glükagon mikroadagolásán keresztül), valamint programozható előre/retrográd hullámokat – lényegében egy perisztaltikus „joystick”-ot.
• Gyomor. 20 perc stimuláció után a perisztaltika gyakorisága körülbelül kétszeresére nőtt a kontrollhoz képest (n≈4, p<0,05).
• Metabolikus "jóllakottsági illúzió". Böjtölés esetén a 30 perces stimuláció (nyelőcső vagy gyomor) hormonális eltolódásokhoz vezetett: a GLP-1 és az inzulin szintjének emelkedéséhez, a ghrelin (étvágyhormon) szintjének csökkenéséhez; gyomorstimuláció esetén a glukagon szintjének emelkedését is megfigyelték. A profil összességében hasonlított az étkezés utáni állapothoz.

Biztonsági és műszaki részletek

Rövid in vitro biokompatibilitási tesztek (anyagkivonatokkal) nem mutattak toxicitást; in vivo 7 nappal a beültetés után - normális falnyúlás és nincs eszközvándorlás/nagyobb szövetkárosodás. (A további tartósság és megbízhatóság hosszú távú tesztelést igényel.)

Miért szükséges ez?

• Motilitási zavarok és refrakter állapotok. Achalasia, gasztroparézis, dysphagia, posztoperatív rendellenességek – ahol a klasszikus gyógyszerek/műtétek gyakran hiányos hatást fejtenek ki. A lokális többcsatornás stimuláció közelebb áll a valós fiziológiához, mint a meglévő „egycsatornás” nyitott hurkú implantátumok.
• Anyagcserezavarok. A bél-agy afferens útvonalak szabályozásával az eszköz potenciálisan modulálhatja az étvágyat és az anyagcserét, ami érdekes lehet az elhízás/cukorbetegség szempontjából (eddig hipotézis, embereken nincs bizonyíték).

Korlátozások és mi a következő lépés

Ez preklinikai munka sertéseken, akut-szubakut módban. Előttünk hosszú távú vizsgálatok állnak a kontakt stabilitásról, az energiaellátásról, a fibrózis kockázatáról, a pontos stimulációs protokollokról, majd korai klinikai vizsgálatok súlyos diszmotivitási formákban szenvedő betegeken. De már kimutatták, hogy a perisztaltika parancsra „bekapcsolható”, és a hormonális válaszok a jóllakottság felé eltolhatók – mindezt endoszkópos hozzáférésen keresztül.