อุปกรณ์เทียมระบบประสาทสำหรับระบบทางเดินอาหาร: ฟื้นฟูการบีบตัวและเปิด "ฮอร์โมนแห่งความอิ่ม"

ความผิดปกติของการเคลื่อนไหวของระบบทางเดินอาหาร (หลอดอาหารและกระเพาะอาหาร) เช่น อะคาลาเซีย กระเพาะอาหารเคลื่อนไหวช้า กลืนลำบาก ฯลฯ ส่งผลกระทบต่อประชากรมากกว่า 20% และก่อให้เกิดความเจ็บป่วยและค่าใช้จ่ายจำนวนมาก วิธีการมาตรฐาน เช่น การใช้ยา การปรับเปลี่ยนพฤติกรรม และการผ่าตัด มักมีประสิทธิภาพจำกัดและไม่สามารถฟื้นฟูการบีบตัวของลำไส้ให้กลับมาทำงานได้อย่างสอดประสานกัน

• เหตุใดอุปกรณ์ที่มีอยู่จึงไม่สามารถแก้ปัญหาได้ การกระตุ้นทางเดินอาหารด้วยไฟฟ้าได้รับการศึกษามาตั้งแต่ทศวรรษ 1960 แต่อุปกรณ์ฝังที่ได้รับการรับรองทางคลินิก (เช่น Enterra สำหรับภาวะกระเพาะอาหารอ่อนแรง, เครื่องกระตุ้นวากัล VBLOC สำหรับโรคอ้วน, เครื่องกระตุ้นกระเบนเหน็บ InterStim สำหรับภาวะกลั้นอุจจาระไม่อยู่) ทำงานในวงจรเปิดเป็นหลัก และมักก่อให้เกิดผลกระทบที่ไม่สอดคล้องกันต่อการระบายของเสียในกระเพาะอาหาร เหตุผลก็คือ แหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าอย่างน้อยหนึ่งแหล่งที่มีพารามิเตอร์คงที่ไม่สามารถจำลองความซับซ้อนเชิงปริภูมิและเวลาของการบีบตัวตามธรรมชาติได้
• สรีรวิทยาที่ต้อง “เลียนแบบ” การบีบตัวของลำไส้เป็นวงจรปิด: สัญญาณรับความรู้สึก (การยืดตัว อุณหภูมิ สิ่งกระตุ้นทางเคมี) → การตอบสนองแบบรีเฟล็กซ์ในเส้นประสาทไมเอนเทอริกและกล้ามเนื้อเรียบ นอกจากการลำเลียงอาหารแล้ว การเคลื่อนไหวยังส่งผลต่อสัญญาณรับความรู้สึกจากลำไส้และสมองและฮอร์โมนความอิ่ม (GLP-1, อินซูลิน, เกรลิน) ซึ่งก่อให้เกิดความอยากอาหารและความรู้สึกอิ่ม ในภาวะเคลื่อนไหวผิดปกติ วงจรเหล่านี้จะถูกทำลาย
• ช่องว่างทางเทคโนโลยี เพื่อสร้างคลื่นที่ “ถูกต้อง” จำเป็นต้องมีการกระตุ้นหลายช่องทางโดยตรงใกล้กับเส้นประสาทไมเอนเทอริกและชั้นกล้ามเนื้อ แต่การเข้าถึงบริเวณดังกล่าวมักต้องอาศัยการผ่าตัดแบบรุกราน เทคนิคการส่องกล้องขั้นสูง (เช่น NOTES) มีความซับซ้อนและยังไม่แพร่หลายนัก จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่รุกรานน้อยที่สุด เพื่อให้สามารถวางอิเล็กโทรดได้อย่างแม่นยำในชั้นใต้เยื่อเมือก และทำงานในวงจร “การรับรู้ → การกระตุ้น” แบบปิด
• สิ่งที่งานวิจัยใหม่นำเสนอ ผู้เขียนอธิบายถึงอุปกรณ์ประสาทเทียมแบบหลายช่องที่ติดตั้งโดยการส่องกล้อง พร้อมการกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและเคมี ซึ่งสามารถกระตุ้นคลื่นการบีบตัวของเส้นประสาทที่ประสานกันเมื่อได้รับสัญญาณเกี่ยวกับการผ่านของโบลัส ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยฟื้นฟูการเคลื่อนไหวเท่านั้น แต่ยังช่วยปรับการตอบสนองของระบบเผาผลาญ (ทำให้เข้าใกล้สถานะ "อิ่ม") อีกด้วย ซึ่งจะช่วยปิดช่องว่างสำคัญ ได้แก่ การเข้าถึงชั้นที่ต้องการ การประสานงานเชิงปริภูมิและเวลา และการทำงานในวงปิด

สรุปสั้นๆ คือ มีช่องว่างทางคลินิกขนาดใหญ่ นั่นคือ แรงจูงใจที่แพร่หลายและไม่ได้รับการบำบัดที่ดี สารกระตุ้นแบบ "เปิด" ก่อนหน้านี้ไม่ได้เลียนแบบสรีรวิทยาตามธรรมชาติ ดังนั้นจึงสมเหตุสมผลที่จะพยายามสอนให้อุปกรณ์ฝังใน "คิดเหมือนระบบทางเดินอาหาร": เพื่อรับรู้โบลัสและกระตุ้นการบีบตัวทางสรีรวิทยาตรงจุดที่สัญญาณธรรมชาติผ่าน นั่นคือ เส้นประสาทไมเอนเทอริก

ทีมวิจัยจาก MIT, Harvard และ Brigham ได้พัฒนาอุปกรณ์ฝังหลอดอาหาร/กระเพาะอาหารขนาดเล็กที่ตรวจจับก้อนอาหารใน “วงจรปิด” และกระตุ้นคลื่นการบีบตัวของลำไส้อย่างสอดประสานกัน ในหมู อุปกรณ์นี้ไม่เพียงแต่ฟื้นฟูการเคลื่อนไหวของหลอดอาหารและกระเพาะอาหารเท่านั้น แต่ยังกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฮอร์โมนคล้ายกับภาวะหลังอาหาร (ได้รับอาหาร) อุปกรณ์ฝังนี้ฝังโดยการส่องกล้อง โดยไม่ต้องผ่าตัดช่องท้อง การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารNature

พวกเขาคิดอะไรขึ้นมา?

• ตัวรากเทียมเอง เป็นประสาทเทียมชนิดเส้นใยบางๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1.25 มิลลิเมตร มีอิเล็กโทรด 7 อันทุกๆ 1 เซนติเมตร และช่องไมโครสำหรับนำส่งสารเฉพาะที่ (การกระตุ้นด้วยไฟฟ้าและเคมีบำบัด) ความยืดหยุ่นและขนาดของมันทำให้สามารถสอดผ่านช่องเครื่องมือมาตรฐานของกล้องเอนโดสโคป (2.8–3.2 มิลลิเมตร) ได้
• การติดตั้ง มีการพัฒนาเครื่องมือส่องกล้อง: เข็มที่ดึงกลับของ "ตะขอ" ไนทินอล การผ่าด้วยไฮโดรดิสเซกชัน และเคล็ดลับสำคัญ - การค้นหาชั้นใต้เยื่อเมือกโดยใช้อิมพีแดนซ์ของเนื้อเยื่อ เพื่อวางตำแหน่งที่แม่นยำเหนือชั้นกล้ามเนื้อ ใกล้กับกลุ่มใยประสาทลำไส้เล็ก
• ระบบวงจรปิด ระบบจะอ่านสัญญาณโบลัส (เซ็นเซอร์ EMG/intraluminal) และเลือกรูปแบบการกระตุ้นเพื่อกระตุ้นการหดตัวแบบต่อเนื่องคล้ายกับการบีบตัวตามธรรมชาติ สามารถผสมผสานสิ่งกระตุ้นแบบ “กระตุ้น” และแบบ “ยับยั้ง” เข้าด้วยกันได้ รวมถึงการคลายกล้ามเนื้อหูรูดเฉพาะที่ด้วยยาขนาดเล็ก

สิ่งที่ปรากฏบนสัตว์

• หลอดอาหาร: อิมแพลนต์จะผลิต "คลื่นกลืน" โดยไม่ต้องกลืนจริง รวมถึงการผ่อนคลายหูรูดหลอดอาหารส่วนล่างที่ควบคุมได้ (โดยส่งกลูคากอนในปริมาณเล็กน้อย) และคลื่นไปข้างหน้า/ข้างหลังที่ตั้งโปรแกรมได้ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วก็คือ "จอยสติ๊ก" แบบบีบตัว
• กระเพาะอาหาร หลังจากการกระตุ้น 20 นาที ความถี่ของการบีบตัวเพิ่มขึ้นประมาณสองเท่าเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม (n≈4, p<0.05)
• "ภาพลวงตาของความอิ่ม" ในระบบเผาผลาญ ในสภาวะอดอาหาร การกระตุ้นเป็นเวลา 30 นาที (หลอดอาหารหรือกระเพาะอาหาร) นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของฮอร์โมน ได้แก่ ระดับ GLP-1 และอินซูลินเพิ่มขึ้น ระดับเกรลิน (ฮอร์โมนกระตุ้นความอยากอาหาร) ลดลง และเมื่อกระตุ้นกระเพาะอาหาร ระดับกลูคากอนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ภาพรวมของสภาวะนี้คล้ายคลึงกับภาวะหลังอาหาร

รายละเอียดด้านความปลอดภัยและวิศวกรรม

การทดสอบความเข้ากันได้ทางชีวภาพในหลอดทดลองระยะสั้น (สารสกัดจากวัสดุ) ไม่พบความเป็นพิษ ในร่างกาย 7 วันหลังการฝัง - ผนังเซลล์ยืดหยุ่นได้ตามปกติ และอุปกรณ์ไม่เคลื่อนตัว/เนื้อเยื่อเสียหาย (ความทนทานและความน่าเชื่อถือเพิ่มเติมต้องผ่านการทดสอบในระยะยาว)

เหตุใดจึงจำเป็นเช่นนี้?

• ภาวะเคลื่อนไหวผิดปกติและภาวะดื้อยา ภาวะอะคาลาเซีย กระเพาะอาหารอ่อนแรง กลืนลำบาก และความผิดปกติหลังผ่าตัด ซึ่งยา/การผ่าตัดแบบดั้งเดิมมักให้ผลไม่สมบูรณ์ การกระตุ้นแบบหลายช่องทางเฉพาะที่ใกล้เคียงกับสรีรวิทยาจริงมากกว่าอุปกรณ์ฝังแบบเปิดแบบ "ช่องทางเดียว" ที่มีอยู่ในปัจจุบัน
• ความผิดปกติของระบบเผาผลาญ โดยการควบคุมทางเดินอาหารระหว่างลำไส้และสมอง อุปกรณ์นี้อาจช่วยปรับความอยากอาหารและการเผาผลาญอาหาร ซึ่งน่าสนใจสำหรับผู้ป่วยโรคอ้วน/เบาหวาน (สมมติฐานนี้ยังไม่มีหลักฐานในมนุษย์)

ข้อจำกัดและสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไป

นี่คืองานวิจัยก่อนการทดลองทางคลินิกในสุกร ในระยะเฉียบพลัน-กึ่งเฉียบพลัน ต่อไปจะเป็นการศึกษาระยะยาวเกี่ยวกับความเสถียรของการสัมผัส แหล่งพลังงาน ความเสี่ยงของการเกิดพังผืด โปรโตคอลการกระตุ้นที่แม่นยำ และการทดลองทางคลินิกในระยะเริ่มต้นในผู้ป่วยที่มีภาวะ dysmotivity รุนแรง อย่างไรก็ตาม ได้มีการแสดงให้เห็นแล้วว่าการบีบตัวของลำไส้สามารถ "เปิด" ได้ตามคำสั่ง และการตอบสนองของฮอร์โมนสามารถเปลี่ยนไปสู่ความอิ่มได้ ทั้งหมดนี้ทำได้ผ่านการเข้าถึงด้วยกล้องเอนโดสโคป