可摄入的电胶囊显示出治疗胃肠道疾病的潜力

刺激食欲的激素生长素释放肽由胃中的内分泌细胞释放，这些内分泌细胞是肠神经系统的一部分，可控制饥饿、恶心和饱腹感。

一组研究人员从生活在沙漠中、长满尖刺的蜥蜴那里获得灵感，开发出一种创新的可摄入“电药”胶囊，可以调节猪体内与饥饿相关的激素生长素释放肽的水平。他们的研究结果表明，当被摄入时，电子FLASH设备可以通过电刺激胃来改变胃肠道激素的血液水平，潜在应用于恶病质、进食障碍和导致慢性呕吐的疾病等疾病。

该团队表示，新系统具有治疗胃肠道、神经精神和代谢疾病的潜在应用，包括涉及恶心或食欲不振的疾病，例如恶病质，这是癌症或其他慢性病患者可能发生的体重减轻疾病。该技术还可以适用于向胃肠道的其他部分提供电刺激。

纽约大学助理教授兼布莱根妇女医院研究附属机构KhalilRamadi博士说：“一种含有电子而非化学物质或药物的可摄入药丸非常有前途。”“它提供了一种方法，可以将靶向电脉冲传递到肠道中的特定细胞，从而调节体内神经激素的水平。”麻省理工学院机械工程副教授、布莱根妇女医院胃肠病学家GiovanniTraverso博士补充道，“我们展示了一个例子，说明我们如何能够与胃粘膜接触并释放激素，我们预计这可用于我们未在此处探索的胃肠道其他部位。这项研究有助于通过可摄入的电子产品建立电刺激，作为通过胃肠道触发激素释放的一种模式。

Traverso是该团队发表的题为“Bioinspired,ingestibleelectroceuticalcapsulesforhungry-regulatinghormonemodulation”的高级作者和Ramadi的共同第一作者，他们在研究中得出结论，“我们预计该装置可用于治疗代谢、胃肠道和神经精神疾病以非侵入性方式进行，脱靶效应最小。”

肠神经系统控制消化的各个方面，包括食物通过胃肠道的运动。“广泛的肠神经系统(ENS)控制胃肠道(GI)的功能，是肠-脑轴的重要组成部分，”作者写道。

胃轻瘫是一种减慢或阻止食物从胃到小肠的运动的疾病，胃电刺激(GES)是为数不多的商业化GI电化学干预之一，并且根据人道主义器械豁免获得FDA批准用于胃轻瘫，他们解释道。“GES系统类似于心脏起搏器，用于通过应用短脉冲、高频(0.3毫秒，14赫兹)电脉冲来治疗胃轻瘫。”该团队之前观察到，接受这些胃起搏器的胃轻瘫患者似乎感觉更好，但与运动能力的改善不成比例。

“研究一再表明，植入GES系统的患者胃排空时间并未缩短。然而，这些患者的症状确实明显减轻，包括恶心和呕吐。这一观察结果促使研究人员调查电刺激是否会诱发神经激素效应。“......我们假设GES可能对肠脑轴产生神经调节作用，特别是在化学感受器触发区......”他们指出。“我们假设这种神经调节至少部分是通过胃-脑迷走神经传入通路、激素调节或两者兼而有之的直接神经元兴奋来实现的。”

为了验证这一假设，研究人员使用电探针向动物的胃部传递电刺激。他们发现，在刺激20分钟后，血液中的生长素释放肽水平显着升高。他们还发现，电刺激不会导致任何明显的炎症或其他不良反应。

一旦他们确定电刺激会引起生长素释放肽的释放，研究人员便着手研究他们是否可以使用一种可以吞咽并暂时驻留在胃中的装置来达到同样的目的。

通过进一步调查，研究小组发现这种反应是由迷走神经介导的，迷走神经是连接大脑和肠道的人体最长的自主神经系统神经。一旦他们确定电刺激会引起生长素释放肽释放，研究人员就想看看他们是否可以使用一种可以吞咽并暂时驻留在胃中的装置来实现相同的生长素释放肽释放。

他们着手制造一种可摄取的胶囊——一种电子药——可以发出电子信号并在体内移动，最终被排出体外。Electroceuticals是使用电信号来治疗各种情况的设备。该设备内部是电池供电的电子设备，可产生流过胶囊表面电极的电流。在这项研究中使用的原型中，电流持续运行，但科学家指出，未来的版本可以设计成可以无线打开和关闭电流。

设计这种装置的主要挑战之一是确保胶囊上的电极能够接触到胃组织。胃中覆盖组织的液体会干扰电化学系统，因此研究人员还从大自然中寻找吸走液体并让系统与胃组织保持良好接触的方法。

为了创造一个更干燥的表面，电极可以与之相互作用，研究人员从澳大利亚蜥蜴Molochhorridus(也被称为棘蜥)中获得灵感。这种动物的吸液皮肤具有脊状鳞片，使其能够在其生活的干旱地区更好地吸收水分。当蜥蜴的皮肤的任何部分接触到水时，水都会通过毛细管作用沿着通道输送到蜥蜴的嘴里。

该团队在创建胶囊设计时模仿了这种蜥蜴皮特征。胶囊表面由带有亲水涂层的凹槽组成。这些凹槽起到将液体从胃组织中吸走的通道的作用。“认识到在胃液存在的情况下与电刺激相关的挑战，并受到澳大利亚棘蜥Molochhorridus的吸水皮肤的启发，我们开发了一种吸液胶囊涂层，即使在胃液的持续存在，”科学家们说。

“我们受此启发，将表面纹理和图案结合到这个胶囊的外部，”共同第一作者、麻省理工学院机械工程系博士生JamesMcRae说。“该表面可以控制可能阻止电极接触胃内组织的液体，因此它可以可靠地提供电刺激。”

研究人员通过将其放入大型动物的胃中来测试他们的胶囊。他们发现，将电子设备和电池源折叠在胶囊内部的FLASH技术被证明可以重复地增加猪体内的生长素释放肽水平，从而导致血液中生长素释放肽水平大幅上升。“尽管这种效果不如内窥镜刺激所见，但观察到血浆生长素释放肽的可靠增加，”他们说。

研究人员还证明，为了使这种刺激起作用，控制消化的迷走神经必须完好无损。“我们还报告了一个意想不到的发现，尽管生长素释放肽是由胃细胞释放的一种激素，但GES只会在迷走神经完好无损的情况下诱导血浆生长素释放肽水平升高。”他们推测电脉冲通过迷走神经传输到大脑，然后刺激胃中的内分泌细胞产生生长激素释放肽。“这表明GES激活了迷走神经反射，然后调节生长素释放肽的产生，”他们指出。

Ramadi评论说：“据我们所知，这是第一个通过可摄入设备使用电刺激来增加体内内源性激素水平的例子，比如胃饥饿素。因此，它具有利用人体自身系统而不是引入外部因素的效果。”Traverso补充说：“使用可摄入的电子药物调节激素的潜力具有潜在的变革性，因为它不需要新药。相反，它与我们的生理系统一起工作以造福于人。”

Traverso的实验室现在计划探索在胃肠道的其他部分使用这种方法，研究人员希望在未来三年内在人类患者身上测试该装置。研究人员说，如果开发用于人类患者，这种类型的治疗可能会取代或补充一些现有的药物，这些药物用于预防恶心和刺激恶病质或厌食症患者的食欲。“这是一个相对简单的设备，所以我们相信我们可以在相对较短的时间内将其植入人体，”Traverso指出。

McRae补充说：“这一发展为研究大脑和肠道之间复杂的相互联系以及进一步将电子药物用作临床干预措施提供了许多新途径。”

作者进一步总结道，“未来的可摄入电子系统可以针对急性、短期胃刺激以外的特定应用进行设计和定制……FLASH是一个平台，可以为可摄入电子的开发提供信息，可能用于某些胃肠道、神经精神和代谢紊乱”

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