【Nature子刊】减肥可以光控啦!胃里植入一个微小无线设备,就可提供持续饱腹感

2021
01/13

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德克萨斯农工大学的研究人员开发了一种医疗设备,该设备只需要简单的植入手术程序,就可能有助于减轻体重。

导言:对于那些因肥胖或因自身体重而患有严重健康问题的人,胃旁路手术有时是最后的选择。由于这是一种改变肠道结构、关闭大部分胃功能的手术,因此具有很大的侵入性,并延长了患者的康复时间。

在一项新的研究中,德克萨斯农工大学的研究人员开发了一种医疗设备,该设备只需要简单的植入手术程序,就可能有助于减轻体重。

研究人员表示,这种只有厘米大小的装置通过光来刺激迷走神经末端而提供饱腹的感觉。与其他需要电源线的设备不同,这种设备是无线的,可以从远程射频源进行外部控制。

一种带有预先弯曲夹心系绳的柔性无线光遗传学胃部植入物 图源:nature communications

这项工作由电气和计算机工程系的助理教授Sung II Park博士领导,他说:“我们希望创造一种设备,能够通过最小的植入手术,刺激胃中特定的神经末梢,并可能在恶劣的胃部条件下完成工作,在将来,这对于需要进行减肥手术的人们将是非常有益的。”

这项工作于1月8日发表在《自然通讯》杂志,题为“Organ-specific, multimodal, wireless optoelectronics for high-throughput phenotyping of peripheral neural pathways”。

目前,肥胖成为了一种全球流行病。而且,肥胖症使人们处于罹患糖尿病、心脏病甚至某些癌症等慢性疾病的危险中。对于那些体重指数大于35或患有至少两种与肥胖症有关的疾病的人,手术为患者提供了一条不仅减轻体重,而且长期保持体重的途径。

近年来,迷走神经作为治疗肥胖的靶标受到了广泛关注,因为它提供了从胃壁到大脑的饱腹感信息。尽管有些医疗设备可以刺激迷走神经末梢,有助于抑制饥饿,这些设备与起搏器相似,连接到电流源的电线会产生电震颤以激活神经末梢。

Park说,无线技术以及先进的遗传学和光学工具的应用,将有可能使神经刺激设备不那么麻烦,并使患者感到更舒适。

他说:“尽管无线系统具有许多临床益处,但迄今为止,还没有任何一种设备能够对除大脑以外的任何其他器官内部的神经元活动进行长期且持久的细胞类型特异性操纵。”

为了解决这一差距,Park和他的团队首先使用遗传工具,将在体内表达,并对光作出反应的基因导入特定的迷走神经末端。然后,他们设计了一个微型的桨状装置,并在其固定于胃部的柔性轴末端附近插入了微型LED。在设备的头部(接收器)中,他们装有设备与外部射频源进行无线通信所需的微芯片。接收器还配备了产生微小电流以为LED供电的功能。研究人员表明,当打开射频源时,来自LED的光可以有效地抑制饥饿感。

多笼无线电力TX系统和多器官刺激设备的电气特性 图源:nature communications

研究人员说,他们惊讶地发现,在该实验中协调饥饿抑制的生物机制与传统认知并不同。换句话说,先前人们普遍接受的是,当胃部充满时,它会膨胀,并且有关伸展的信息会由迷走神经上的机械感受器传递到大脑。

胃中Calca +迷走神经传入的光遗传学靶向性 图源:nature communications

Park说:“我们的发现表明,刺激那些对食物中的化学物质有反应的非伸展性受体,即使在胃不张开的情况下,也可能会产生饱腹感。”

他表示,当前的装置也可以用于几乎不进行任何改动就可以操纵整个胃肠道和其他器官(如肠道)的神经末梢。

Park说:“无线光遗传学以及识别控制食欲和其他行为的周围神经通路,对电子、材料科学和神经科学的应用和基础研究领域的研究人员都非常有意义。我们的新型工具现在能够以现有方法无法实现的方式来调整周围神经系统的神经元功能。”

参考资料:

【1】https://medicalxpress.com/news/2021-01-tiny-wireless-device-combating-obesity.html

【2】https://www.nature.com/articles/s41467-020-20421-8

本文转载自转化医学网


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关键词:
设备,手术,刺激,迷走神经,研究

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