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Cortesia MIT> O dispositivo, que usa eletricidade para aumentar a produção de hormônios no estômago, pode ajudar a aliviar a náusea e neutralizar a perda de apetite.
Hormônios liberados pelo estômago, como a grelina, desempenham um papel fundamental na estimulação do apetite. Esses hormônios são produzidos por células endócrinas que fazem parte do sistema nervoso entérico, que controla a fome, a náusea e a sensação de saciedade.
Os engenheiros do MIT mostraram agora que podem estimular essas células endócrinas a produzir grelina, usando uma cápsula ingerível que fornece uma corrente elétrica às células. Essa abordagem pode ser útil no tratamento de doenças que envolvem náuseas ou perda de apetite, como a caquexia (perda de massa corporal que pode ocorrer em pacientes com câncer ou outras doenças crônicas).
Em testes em animais, os pesquisadores mostraram que essa cápsula “eletrocêutica” poderia aumentar significativamente a produção de grelina no estômago. Eles acreditam que essa abordagem também pode ser adaptada para fornecer estimulação elétrica a outras partes do trato GI.
“Este estudo ajuda a estabelecer a estimulação elétrica por eletrocêuticos ingeríveis como um modo de desencadear a liberação de hormônios pelo trato GI”, diz Giovanni Traverso, professor associado de engenharia mecânica do MIT, gastroenterologista do Brigham and Women’s Hospital e autor sênior do estudar. “Mostramos um exemplo de como somos capazes de interagir com a mucosa do estômago e liberar hormônios, e prevemos que isso possa ser usado em outros locais do trato GI que não exploramos aqui.”
Khalil Ramadi SM ’16, PhD ’19, formado pelo Departamento de Engenharia Mecânica e pelo Programa Harvard-MIT em Ciências e Tecnologia da Saúde, que agora é professor assistente de bioengenharia na Escola de Engenharia Tandon da Universidade de Nova York (NYU) e o diretor do Laboratório de Neuroengenharia Avançada e Medicina Translacional da NYU Abu Dhabi, e James McRae, aluno de pós-graduação do MIT, são os principais autores do artigo, publicado hoje na Science Robotics .
Estimulação elétrica
O sistema nervoso entérico controla todos os aspectos da digestão, incluindo o movimento do alimento através do trato GI. Alguns pacientes com gastroparesia, um distúrbio dos nervos do estômago que leva ao movimento muito lento dos alimentos, apresentaram melhora sintomática após estimulação elétrica gerada por um dispositivo semelhante a um marca-passo que pode ser implantado cirurgicamente no estômago.
Os médicos haviam teorizado que a estimulação elétrica provocaria a contração do estômago, o que ajudaria a empurrar a comida. No entanto, descobriu-se mais tarde que, embora o tratamento ajude os pacientes a se sentirem melhor, ele afetou a motilidade em menor grau. A equipe do MIT levantou a hipótese de que a estimulação elétrica do estômago pode estar levando à liberação de grelina, conhecida por promover a fome e reduzir a sensação de náusea.
Para testar essa hipótese, os pesquisadores usaram uma sonda elétrica para fornecer estimulação elétrica no estômago dos animais. Eles descobriram que após 20 minutos de estimulação, os níveis de grelina na corrente sanguínea foram consideravelmente elevados. Eles também descobriram que a estimulação elétrica não levou a nenhuma inflamação significativa ou outros efeitos adversos.
Uma vez que eles estabeleceram que a estimulação elétrica estava provocando a liberação de grelina, os pesquisadores começaram a ver se poderiam conseguir a mesma coisa usando um dispositivo que poderia ser engolido e residir temporariamente no estômago. Um dos principais desafios na concepção de tal dispositivo é garantir que os eletrodos da cápsula possam entrar em contato com o tecido do estômago, que é revestido com fluido.
Para criar uma superfície mais seca com a qual os eletrodos possam interagir, os pesquisadores deram à sua cápsula uma superfície ranhurada que afasta o fluido dos eletrodos. A superfície que eles projetaram é inspirada na pele do lagarto espinhoso australiano, que usa escamas onduladas para coletar água. Quando o lagarto toca a água com qualquer parte de sua pele, a água é transportada por capilaridade ao longo dos canais até a boca do lagarto.
“Fomos inspirados por isso para incorporar texturas e padrões de superfície na parte externa desta cápsula”, diz McRae. “Essa superfície pode gerenciar o fluido que pode impedir que os eletrodos toquem o tecido no estômago, para que possa fornecer estimulação elétrica de maneira confiável”.
A superfície da cápsula consiste em sulcos com um revestimento hidrofílico. Esses sulcos funcionam como canais que extraem fluido do tecido do estômago. Dentro do dispositivo há eletrônicos alimentados por bateria que produzem uma corrente elétrica que flui através de eletrodos na superfície da cápsula. No protótipo usado neste estudo, a corrente funciona constantemente, mas versões futuras podem ser projetadas para que a corrente possa ser ligada e desligada sem fio, segundo os pesquisadores.
impulso hormonal
Os pesquisadores testaram sua cápsula administrando-a no estômago de animais grandes e descobriram que a cápsula produzia um aumento substancial nos níveis de grelina na corrente sanguínea.
“Até onde sabemos, este é o primeiro exemplo de uso de estímulos elétricos por meio de um dispositivo ingerível para aumentar os níveis endógenos de hormônios no corpo, como a grelina. E assim, tem esse efeito de utilizar os próprios sistemas do corpo, em vez de introduzir agentes externos”, diz Ramadi.
Os pesquisadores descobriram que, para que essa estimulação funcione, o nervo vago, que controla a digestão, deve estar intacto. Eles teorizam que os pulsos elétricos são transmitidos ao cérebro através do nervo vago, que então estimula as células endócrinas no estômago a produzir grelina.
O laboratório de Traverso agora planeja explorar o uso dessa abordagem em outras partes do trato gastrointestinal, e os pesquisadores esperam testar o dispositivo em pacientes humanos nos próximos três anos. Se desenvolvido para uso em pacientes humanos, esse tipo de tratamento poderia substituir ou complementar alguns dos medicamentos existentes usados para prevenir náuseas e estimular o apetite em pessoas com caquexia ou anorexia, dizem os pesquisadores.
“É um dispositivo relativamente simples, então acreditamos que é algo que podemos introduzir nos humanos em uma escala de tempo relativamente rápida”, diz Traverso.
A pesquisa foi financiada pelo Koch Institute Support (core) Grant do National Cancer Institute, do National Institute for Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, da Divisão de Engenharia da New York University Abu Dhabi, uma bolsa de pesquisa de pós-graduação da National Science Foundation, Novo Nordisk e o Departamento de Engenharia Mecânica do MIT.
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