Neuroprostesis untuk saluran pencernaan: mengembalikan peristaltik dan mengaktifkan "hormon kenyang"

Gangguan motilitas gastrointestinal (esofagus dan lambung)—akalasia, gastroparesis, disfagia, dll.—mempengaruhi lebih dari 20% populasi dan menyebabkan morbiditas serta biaya yang signifikan. Pendekatan standar—obat-obatan, intervensi perilaku, dan pembedahan—sering kali memiliki efektivitas yang terbatas dan tidak mengembalikan gerakan peristaltik yang terkoordinasi.

• Mengapa perangkat yang ada tidak menyelesaikan masalah. Stimulasi listrik saluran cerna telah dipelajari sejak tahun 1960-an, tetapi implan yang telah disetujui secara klinis (misalnya, Enterra untuk gastroparesis, stimulator vagal VBLOC untuk obesitas, stimulasi sakral InterStim untuk inkontinensia fekal) beroperasi terutama dalam siklus terbuka dan seringkali menghasilkan efek yang tidak konsisten pada pengosongan lambung. Alasannya adalah bahwa satu atau lebih sumber arus dengan parameter konstan tidak mereproduksi kompleksitas spasiotemporal peristaltik alami.
• Fisiologi yang harus "ditiru". Peristaltik adalah siklus tertutup: sinyal sensorik (peregangan, suhu, rangsangan kimia) → respons refleks di pleksus mienterikus dan otot polos. Selain transportasi makanan, motilitas memengaruhi sinyal aferen usus-otak dan hormon rasa kenyang (GLP-1, insulin, ghrelin), yang membentuk nafsu makan dan rasa kenyang. Pada dismotilitas, siklus ini terganggu.
• Kesenjangan teknologi. Untuk mereproduksi gelombang yang "tepat", stimulasi multikanal diperlukan tepat di dekat pleksus mienterikus dan lapisan otot. Namun, akses ke sana biasanya memerlukan operasi invasif; teknik endoskopi canggih (misalnya NOTES) rumit dan tidak banyak digunakan. Diperlukan instrumen invasif minimal yang memungkinkan penempatan elektroda yang presisi di submukosa dan bekerja dalam loop "penginderaan → stimulasi" yang tertutup.
• Apa yang ditawarkan karya baru ini? Para penulis menjelaskan neuroprostesis multikanal yang dipasang secara endoskopi dengan stimulasi listrik dan kimia, yang mampu memicu gelombang peristaltik terkoordinasi saat sinyal tentang masuknya bolus, sehingga tidak hanya memulihkan motilitas, tetapi juga memodulasi respons metabolik (mendekatkannya ke keadaan "terisi"). Hal ini menutup celah utama: akses ke lapisan yang diinginkan, koordinasi spasiotemporal, dan bekerja dalam siklus tertutup.

Singkatnya: terdapat ceruk klinis yang luas – dismotivasi yang tersebar luas dan tidak ditangani dengan baik. Stimulan "terbuka" sebelumnya tidak meniru fisiologi alami. Oleh karena itu, logis untuk mencoba mengajarkan implan agar "berpikir seperti saluran pencernaan": merasakan bolus dan memicu peristaltik fisiologis tepat di tempat sinyal alami lewat – di pleksus mienterikus.

Sebuah tim dari MIT, Harvard, dan Brigham menciptakan implan esofagus/lambung mini yang mendeteksi bolus makanan dalam "lingkaran tertutup" dan memicu gelombang peristaltik yang terkoordinasi. Pada babi, perangkat ini tidak hanya memulihkan motilitas esofagus dan lambung, tetapi juga menginduksi perubahan hormonal yang serupa dengan keadaan pasca makan. Implan ini dipasang secara endoskopi, tanpa operasi perut. Studi ini dipublikasikan di jurnal Nature.

Apa yang mereka hasilkan?

• Implan itu sendiri. Sebuah neuroprostesis "berserat" tipis dengan diameter ≈1,25 mm, dengan tujuh elektroda setiap 1 cm dan sebuah mikrokanal untuk penghantaran zat secara lokal (elektrostimulasi dan kemostimulasi). Fleksibilitas dan dimensinya memungkinkan implan untuk dimasukkan melalui saluran instrumen standar endoskopi (2,8–3,2 mm).
• Pemasangan. Sebuah instrumen endoskopi telah dikembangkan: jarum dengan tarikan terbalik "kait" nitinol, hidrodiseksi, dan trik kuncinya - mencari submukosa berdasarkan impedansi jaringan untuk penempatan yang tepat tepat di atas lapisan otot, dekat pleksus mienterikus.
• Loop tertutup. Sistem membaca sinyal bolus (sensor EMG/intraluminal) dan memilih pola stimulasi untuk menginduksi kontraksi berurutan yang serupa dengan peristaltik alami. Kombinasi stimulus "eksitasi" dan "inhibisi" dimungkinkan, serta relaksasi sfingter lokal dapat dilakukan dengan dosis mikro obat.

Apa yang ditunjukkan pada hewan

• Esofagus: Implan menghasilkan "gelombang menelan" tanpa menelan yang sebenarnya, termasuk relaksasi terkendali pada sfingter esofagus bagian bawah (melalui pengiriman mikro glukagon), dan gelombang maju/mundur yang dapat diprogram—pada dasarnya sebuah "joystick" peristaltik.
• Lambung. Setelah 20 menit stimulasi, frekuensi peristaltik meningkat sekitar dua kali lipat dibandingkan dengan kontrol (n≈4, p<0,05).
• "Ilusi kenyang" metabolik. Dalam kondisi puasa, stimulasi selama 30 menit (esofagus atau lambung) menyebabkan perubahan hormonal: peningkatan GLP-1 dan insulin, penurunan ghrelin (hormon nafsu makan); dengan stimulasi lambung, peningkatan glukagon juga dicatat. Profilnya secara keseluruhan menyerupai keadaan pasca makan.

Detail keselamatan dan teknik

Uji biokompatibilitas singkat in vitro (ekstrak material) tidak menunjukkan toksisitas; in vivo 7 hari setelah implantasi - ekstensibilitas dinding normal dan tidak ada migrasi perangkat/kerusakan jaringan yang signifikan. (Ketahanan dan keandalan lebih lanjut memerlukan pengujian jangka panjang.)

Mengapa hal ini perlu?

• Dismotilitas dan kondisi refrakter. Akalasia, gastroparesis, disfagia, gangguan pascaoperasi - di mana obat/operasi klasik seringkali memberikan efek yang tidak lengkap. Stimulasi multikanal lokal lebih mendekati fisiologi nyata dibandingkan implan loop terbuka "saluran tunggal" yang ada.
• Gangguan metabolisme. Dengan mengendalikan jalur aferen usus-otak, perangkat ini berpotensi memodulasi nafsu makan dan metabolisme, yang menarik untuk obesitas/diabetes (sejauh ini hipotesisnya, belum ada bukti pada manusia).

Keterbatasan dan langkah selanjutnya

Ini adalah penelitian praklinis pada babi, dalam mode akut-subakut. Selanjutnya, akan ada studi jangka panjang tentang stabilitas kontak, pasokan energi, risiko fibrosis, protokol stimulasi yang tepat, dan kemudian uji klinis awal pada pasien dengan dismotivasi berat. Namun, telah terbukti bahwa peristaltik dapat "diaktifkan" sesuai perintah, dan respons hormonal dapat dialihkan ke arah rasa kenyang – semuanya melalui akses endoskopi.