Seedetrakti neuroprotees: taastab peristaltika ja lülitab sisse "küllastushormoonid"

Seedetrakti (söögitoru ja mao) motoorikahäired – akalaasia, gastroparees, düsfaagia jne – mõjutavad enam kui 20% elanikkonnast ning põhjustavad märkimisväärset haigestumust ja kulusid. Standardmeetodid – ravimid, käitumuslikud sekkumised ja kirurgia – on sageli piiratud efektiivsusega ega taasta koordineeritud peristaltikat.

• Miks olemasolevad seadmed probleemi ei lahenda. Seedetrakti elektrilist stimulatsiooni on uuritud alates 1960. aastatest, kuid kliiniliselt heakskiidetud implantaadid (nt Enterra gastropareesi korral, VBLOC vagusstimulaatorid rasvumise korral, InterStim sakraalne stimulatsioon roojapidamatuse korral) toimivad peamiselt avatud ahelas ja avaldavad mao tühjenemisele sageli vastuolulist mõju. Põhjus on selles, et üks või mitu konstantsete parameetritega vooluallikat ei reprodutseeri loomuliku peristaltika ajalist ja ruumilist keerukust.
• Füsioloogia, mida tuleb „imiteerida“. Peristaltika on suletud ahel: sensoorsed signaalid (venitus, temperatuur, keemilised stiimulid) → refleksreaktsioonid müenteerilises põimikus ja silelihastes. Lisaks toidu transpordile mõjutab motoorika aferentseid soole-aju signaale ja küllastustunde hormoone (GLP-1, insuliin, greliin), moodustades isu ja täiskõhutunde. Düsmotiilsuse korral on need ahelad häiritud.
• Tehnoloogiline lünk. „Õigete“ lainete taasesitamiseks on vaja mitmekanalilist stimulatsiooni otse müenteerilise põimiku ja lihaskihi lähedal. Kuid sinna pääsemiseks on tavaliselt vaja invasiivset kirurgiat; täiustatud endoskoopilised tehnikad (nt NOTES) on keerulised ja neid ei kasutata laialdaselt. Vaja on minimaalselt invasiivseid instrumente, mis võimaldavad elektroodide täpset paigutamist submukoosasse ja toimivad suletud „tundmise → stimulatsiooni“ ahelas.
• Mida uus töö pakub. Autorid kirjeldavad endoskoopiliselt paigaldatud mitmekanalilist neuroproteesi elektrilise ja keemilise stimulatsiooniga, mis on võimeline booluse läbimise signaali korral käivitama koordineeritud peristaltilisi laineid, taastades seeläbi mitte ainult motoorikat, vaid ka moduleerides metaboolset vastust (viies selle lähemale „toitunud“ olekule). See sulgeb peamised lüngad: juurdepääs soovitud kihile, aegruumiline koordinatsioon ja töö suletud ahelas.

Lühidalt: on olemas suur kliiniline nišš – laialt levinud ja halvasti ravitud motivatsioonihäired. Varasemad „avatud“ stimulandid ei jäljenda loomulikku füsioloogiat. Seetõttu on loogiline proovida õpetada implantaati „mõtlema nagu seedetrakt“: tajuma boolust ja käivitama füsioloogilist peristaltikat täpselt sealt, kus loomulik signaal läbib – müenteerilises põimiku juures.

MIT-i, Harvardi ja Brighami ülikoolide meeskond lõi miniatuurse söögitoru/mao implantaadi, mis tuvastab toidubooluse „suletud ahelas“ ja käivitab koordineeritud peristaltika lained. Sigadel taastas seade mitte ainult söögitoru ja mao motoorikat, vaid kutsus esile ka hormonaalseid muutusi, mis sarnanevad söögijärgse (toitunud) olekuga. Implantaat paigaldatakse endoskoopiliselt, ilma kõhuõõneoperatsioonita. Uuring avaldati ajakirjas Nature.

Mida nad välja mõtlesid?

• Implantaat ise. Õhuke „kiuline“ neuroprotees läbimõõduga ≈1,25 mm, millel on seitse elektroodi iga 1 cm järel ja mikrokanal ainete lokaalseks manustamiseks (elektro- ja kemostimulatsioon). Implantaadi paindlikkus ja mõõtmed võimaldavad selle sisestamist endoskoobi standardse instrumendikanali (2,8–3,2 mm) kaudu.
• Paigaldamine. Välja on töötatud endoskoopiline instrument: nõel nitinooli "konksu" tagasitõmbega, hüdrodisektsioon ja peamine nipp - submukoosi otsimine koe impedantsi abil täpseks paigutamiseks vahetult lihaskihi kohale, müenteerilise plexuse lähedale.
• Suletud ahel. Süsteem loeb boolussignaali (EMG/intraluminaalsed andurid) ja valib stimulatsioonimustri, et esile kutsuda järjestikuseid kokkutõmbeid, mis sarnanevad loomuliku peristaltikaga. On võimalik kombineerida „ergastavaid“ ja „pidurdavaid“ stiimuleid ning lõdvestada lokaalselt sulgurlihaseid ravimite mikrodoosidega.

Mida loomadel näidati

• Söögitoru: Implantaat tekitas "neelamislaineid" ilma tegeliku neelamiseta, sealhulgas alumise söögitoru sulgurlihase kontrollitud lõdvestumist (glükagooni mikromanustamise kaudu) ja programmeeritavaid edasi-tagasi liikuvaid laineid – sisuliselt peristaltilist "juhtkangi".
• Magu. Pärast 20-minutilist stimulatsiooni suurenes peristaltika sagedus kontrollrühmaga võrreldes ligikaudu kaks korda (n≈4, p<0,05).
• Ainevahetuslik "küllastustunde illusioon". Paastumise korral viis 30-minutiline stimulatsioon (söögitoru või mao) hormonaalsete niheteni: GLP-1 ja insuliini suurenemine, greliini (isuhormooni) vähenemine; mao stimulatsiooni korral täheldati ka glükagooni suurenemist. Profiil tervikuna sarnanes söögijärgsele seisundile.

Ohutus- ja tehnilised üksikasjad

Lühikesed in vitro biosobivustestid (materjaliekstraktid) ei näidanud toksilisust; in vivo 7 päeva pärast implanteerimist - normaalne seina venivus ja seadme migratsiooni/suurt koekahjustust ei täheldatud. (Edasise vastupidavuse ja töökindluse tagamiseks on vaja pikaajalisi katseid.)

Miks see vajalik on?

• Düsmotiilsus ja ravile allumatud seisundid. Akalaasia, gastroparees, düsfaagia, postoperatiivsed häired – kus klassikalised ravimid/operatsioonid annavad sageli mittetäieliku efekti. Lokaalne mitmekanaliline stimulatsioon on tegelikule füsioloogiale lähemal kui olemasolevad "ühekanalilised" avatud ahelaga implantaadid.
• Ainevahetushäired. Soole-aju aferentsete radade kontrollimise abil võiks seade potentsiaalselt moduleerida isu ja ainevahetust, mis on huvitav rasvumise/diabeedi korral (seni hüpotees, inimestel puuduvad tõendid).

Piirangud ja mis edasi saab

See on prekliiniline töö sigadega ägedas-subakuutses vormis. Ees ootavad pikaajalised uuringud kontaktstabiilsuse, energiavarustuse, fibroosiriski, täpsete stimulatsiooniprotokollide kohta ning seejärel varased kliinilised uuringud raske düsmotoorika vormiga patsientidel. Kuid on juba näidatud, et peristaltikat saab käsu peale "sisse lülitada" ja hormonaalseid reaktsioone saab nihutada täiskõhutunde suunas – kõik see endoskoopilise juurdepääsu kaudu.