无药之药，如何通过肠-脑轴治疗疾病？

你是否想过药丸里面没有药？你是否想过让小小的电子设备进入你的胃肠道来治疗胃肠道疾病？

今天，我们共同关注一种电子胶囊。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发和帮助。

近期，一个研究团队从一种生活在沙漠中、浑身长满尖刺的蜥蜴身上获得了灵感，开发出了一种新颖的可食用电子胶囊。这种电子胶囊可以调节猪体内与饥饿相关的激素——胃饥饿素的水平。相关研究发表在Science Robotics杂志上。

他们的研究结果表明，摄入后，电子胶囊可以通过对胃部的电刺激调节胃肠激素在血液中的水平。这一装置在恶病质、饮食失调和慢性呕吐等疾病中均具有良好的应用前景。

研究人员表示，这个新装置在治疗胃肠道、神经精神和新陈代谢紊乱等方面有潜在的应用。这项技术也适用于对胃肠道其他部位进行电刺激。

“一种含有电子元件而非化学物质或药物的可食用胶囊是非常有前景的，”纽约大学助理教授、布里格姆妇产医院助理研究员Khalil Ramadi博士说，“它提供了一种方法，将目标电脉冲传递到肠道靶细胞中，从而在某种程度上调节体内神经激素的水平。”

麻省理工学院机械工程副教授、布里格姆妇产医院胃肠病学家Giovanni Traverso博士补充说：“我们展示了一个例子，说明我们如何能够将设备与胃粘膜接触，并刺激胃部释放激素，同时我们猜想这可能同样适用于其他我们尚未进行探究的胃肠道部位。这项研究有助于建立利用可食用电子胶囊作为一种激发肠胃道释放激素的电刺激治疗模式。”

Traverso是该研究的第一作者，Ramadi是共同第一作者。他们在报告中提到，“我们期望该装置可以被用于治疗代谢性疾病、胃肠道疾病和神经精神疾病。该装置具有无创且脱靶效应极小的优势。”

肠道神经系统控制着消化的各个方面，包括胃肠道肌肉运动。“控制胃肠道功能的胃肠道神经系统（ENS）是肠-脑轴的重要组成部分。”作者写道。

他们解释道，胃轻瘫是一种由于胃部肌肉正常自发运动受到影响，导致食物消化速度比正常情况慢的疾病。胃电刺激（GES）系统是当前为数不多、成功商业化的胃肠道电疗法之一，能够根据FDA批准的人道主义设备豁免（HDE）用于治疗胃轻瘫。

GES类似于心脏起搏器，通过运用高频（0.3 ms, 14 Hz）的短电脉冲治疗胃轻瘫。此前，研究人员发现，接受GES治疗的胃轻瘫患者感受似乎会更好，但这一改善程度与胃部肌肉运动情况的改善程度不成正比。

多项研究表明，使用GES的患者的胃排空时间并没有减少。但是，这些患者的症状明显减轻，包括恶心和呕吐。这一观察结果促使研究人员开始探究电刺激是否会诱导神经激素反应。

“我们猜测GES可能对肠-脑轴特别是化学感受器触发区产生了一种神经调节作用，”研究人员指出，“我们猜测，在某种程度上，这种神经调节至少是通过胃-脑迷走神经传入通路直接刺激神经元或激素调节或两者兼有的方式来实现的。”

为了证实这种假设，研究人员通过利用一个电探针将电刺激传递到动物的胃中。他们发现，电刺激20分钟后，动物血液中的胃饥饿素水平显著升高。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。

通过进一步的调查，研究小组发现这种反应是由迷走神经介导的，迷走神经是人体中最长的自主神经系统，连接着大脑和肠道。在研究人员确定电刺激可以刺激胃饥饿素的释放后，他们就开始着手研究是否可以使用一种可食用且能暂时停留在胃部的装置来达到同样的效果。

他们开始研制一种可食用胶囊——一种电子药物——它可以发出电信号并在体内移动，最终被排出体外。电子药物是一种使用电信号治疗各种疾病的设备装置。该装置由（内部）电池供电，并在胶囊表面的电极处产生电流。该研究所使用的模型会持续产生电流，但科学家们指出，未来的版本可以考虑使用无线电信号来控制电流的产生和停止。

设计这种装置的难点之一是确保胶囊上的电极能接触到胃组织。胃组织里的粘液会与电子胶囊相互干扰，因此研究人员也在寻找天然的方法来吸走液体，使电子胶囊能与胃组织保持良好的接触。

为了创造一个更干燥的表面，让电极可以与之相互作用，研究人员从澳洲魔蜥（Moloch horridus），也被称为“带刺的魔鬼”身上获得了灵感。这种动物的皮肤上有脊状鳞片，能够在干旱地区更好地吸收水分。当蜥蜴用皮肤的任何部位接触水时，水就会通过毛细血管作用沿着通道输送到蜥蜴的嘴里。

研究团队人员在设计胶囊时模仿了蜥蜴皮肤的特征。胶囊表面由带有亲水性涂层的凹槽组成。这些凹槽的功能是作为通道将液体从胃组织中抽出。研究人员说道：“我们意识到在胃液存在的情况下，进行电刺激会比较棘手。受到澳洲魔蜥的启发，我们开发了一种排液胶囊涂层，使电极能够在存在胃液的条件下，依然与粘膜牢固接触。”

“我们将蜥蜴皮肤表面纹理和图案结合到这个胶囊的表面，”本研究的共同第一作者、麻省理工学院机械工程系的在读博士James McRae说，“胶囊表面可以控制可能会影响电极与胃组织接触的液体，从而使胶囊可以可靠地提供电刺激。”

研究人员通过将电子胶囊放入大型动物的胃中来进行测试。具体地，研究人员通过FLASH技术将电子设备和电池电源折叠在胶囊内，结果表明这种胶囊可稳定地增加猪体内的胃饥饿素水平，导致血液中胃饥饿素水平大幅上升。

他们说：“尽管这种技术在肉眼上看到的效果比内窥镜刺激所见的效果要小，然而，血浆中胃饥饿素的增加却是显而易见的。”

研究人员还证实，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，尽管胃饥饿素是一种由胃细胞释放的激素，但GES只有在迷走神经完整时才会引起胃饥饿素水平的增加。”

他们推测，电脉冲通过迷走神经传递到大脑，然后刺激胃里的内分泌细胞产生胃饥饿素。“这表明GES激活了迷走神经的反射，从而调节了胃饥饿素的产生。”研究人员指出。

Ramadi说到：“据我们所知，这是第一个通过电子胶囊产生电刺激增加体内激素水平（如胃饥饿素）的案例。它利用的是人体自身系统而未引入外部因素。”

Traverso补充说：“使用可食用电子胶囊调节激素可能会引发新革命，因为它不需要新药。相反，它与我们的生理系统一起工作，为人类带来益处。”

Traverso实验室的研究人员现在计划探索这种方法在胃肠道其他部位的应用潜力，同时研究人员希望在未来三年内在人类患者身上测试这种设备。

研究人员说，如果能够用于人类患者，这种类型的治疗可能会取代或补充一些现有的用于预防恶心和刺激患有恶病质或厌食症的人的食欲的药物。Traverso说：“这是一种相对简单的设备，所以我们相信我们可以在相对较快的时间内将其植入人体。”

McRae补充道：“这一发展为研究大脑和肠道之间复杂的相互关系，以及进一步使用电子胶囊作为临床干预手段提供了许多新见解。”

作者进一步得出结论：“未来，可食用电子胶囊可以被设计用于急性、短期胃刺激以外的特殊应用……FLASH是一种技术平台，可以为用于治疗特定的胃肠道疾病、神经精神疾病和代谢紊乱疾病的可食用电子胶囊提供帮助。”

原文链接：

https://www.genengnews.com/topics/translational-medicine/ingestible-electroceutical-capsule-shows-potential-for-treating-gi-disorders/

作者｜GEN

编译｜热心肠小伙伴们

审校｜617

编辑｜豫小鱼