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Cortesia MIT> El dispositivo, que usa electricidad para impulsar la producción de hormonas en el estómago, podría ayudar a aliviar las náuseas y contrarrestar la pérdida de apetito.
Las hormonas liberadas por el estómago, como la grelina, juegan un papel clave en la estimulación del apetito. Estas hormonas son producidas por células endocrinas que forman parte del sistema nervioso entérico, que controla el hambre, las náuseas y la sensación de saciedad.
Los ingenieros del MIT ahora han demostrado que pueden estimular estas células endocrinas para que produzcan grelina, utilizando una cápsula ingerible que envía una corriente eléctrica a las células. Este enfoque podría resultar útil para el tratamiento de enfermedades que involucran náuseas o pérdida de apetito, como la caquexia (pérdida de masa corporal que puede ocurrir en pacientes con cáncer u otras enfermedades crónicas).
En pruebas en animales, los investigadores demostraron que esta cápsula “electrocéutica” podría aumentar significativamente la producción de grelina en el estómago. Creen que este enfoque también podría adaptarse para administrar estimulación eléctrica a otras partes del tracto GI.
“Este estudio ayuda a establecer la estimulación eléctrica por electrocéuticos ingeribles como un modo de desencadenar la liberación de hormonas a través del tracto gastrointestinal”, dice Giovanni Traverso, profesor asociado de ingeniería mecánica en el MIT, gastroenterólogo en el Brigham and Women’s Hospital y autor principal del estudio. estudiar. “Mostramos un ejemplo de cómo podemos interactuar con la mucosa del estómago y liberar hormonas, y anticipamos que esto podría usarse en otros sitios del tracto GI que no hemos explorado aquí”.
Khalil Ramadi SM ’16, PhD ’19, graduado del Departamento de Ingeniería Mecánica y del Programa Harvard-MIT en Ciencias y Tecnología de la Salud, quien ahora es profesor asistente de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Tecnología Tandon de la Universidad de Nueva York (NYU). el director del Laboratorio de Neuroingeniería Avanzada y Medicina Traslacional de NYU Abu Dhabi, y James McRae, un estudiante graduado del MIT, son los autores principales del artículo, que aparece hoy en Science Robotics.
Estimulación eléctrica
El sistema nervioso entérico controla todos los aspectos de la digestión, incluido el movimiento de los alimentos a través del tracto GI. Algunos pacientes con gastroparesia, un trastorno de los nervios estomacales que conduce a un movimiento muy lento de los alimentos, han mostrado una mejoría sintomática después de la estimulación eléctrica generada por un dispositivo similar a un marcapasos que se puede implantar quirúrgicamente en el estómago.
Los médicos habían teorizado que la estimulación eléctrica provocaría que el estómago se contrajera, lo que ayudaría a empujar la comida. Sin embargo, más tarde se descubrió que si bien el tratamiento ayuda a los pacientes a sentirse mejor, afectaba la motilidad en menor grado. El equipo del MIT planteó la hipótesis de que la estimulación eléctrica del estómago podría estar provocando la liberación de grelina, que se sabe que promueve el hambre y reduce la sensación de náuseas.
Para probar esa hipótesis, los investigadores usaron una sonda eléctrica para administrar estimulación eléctrica en los estómagos de los animales. Descubrieron que después de 20 minutos de estimulación, los niveles de grelina en el torrente sanguíneo se elevaron considerablemente. También encontraron que la estimulación eléctrica no condujo a ninguna inflamación significativa u otros efectos adversos.
Una vez que establecieron que la estimulación eléctrica estaba provocando la liberación de grelina, los investigadores se propusieron ver si podían lograr lo mismo usando un dispositivo que pudiera tragarse y residir temporalmente en el estómago. Uno de los principales desafíos en el diseño de un dispositivo de este tipo es garantizar que los electrodos de la cápsula puedan entrar en contacto con el tejido del estómago, que está recubierto de líquido.
Para crear una superficie más seca con la que los electrodos puedan interactuar, los investigadores le dieron a su cápsula una superficie ranurada que absorbe el líquido de los electrodos. La superficie que diseñaron está inspirada en la piel del lagarto diablo espinoso australiano, que usa escamas acanaladas para recolectar agua. Cuando la lagartija toca el agua con cualquier parte de su piel, el agua es transportada por capilaridad a lo largo de los canales hasta la boca de la lagartija.
“Nos inspiramos en eso para incorporar texturas y patrones superficiales en el exterior de esta cápsula”, dice McRae. “Esa superficie puede manejar el líquido que podría evitar que los electrodos toquen el tejido en el estómago, por lo que puede proporcionar estimulación eléctrica de manera confiable”.
La superficie de la cápsula consta de ranuras con un revestimiento hidrofílico. Estos surcos funcionan como canales que extraen líquido del tejido estomacal. Dentro del dispositivo hay componentes electrónicos alimentados por baterías que producen una corriente eléctrica que fluye a través de los electrodos en la superficie de la cápsula.
En el prototipo utilizado en este estudio, la corriente funciona constantemente, pero las versiones futuras podrían diseñarse para que la corriente pueda encenderse y apagarse de forma inalámbrica, según los investigadores.
Impulso hormonal
Los investigadores probaron su cápsula administrándola en el estómago de animales grandes y descubrieron que la cápsula producía un aumento sustancial en los niveles de grelina en el torrente sanguíneo.
“Hasta donde sabemos, este es el primer ejemplo del uso de estímulos eléctricos a través de un dispositivo ingerible para aumentar los niveles endógenos de hormonas en el cuerpo, como la grelina. Y así, tiene el efecto de utilizar los propios sistemas del cuerpo en lugar de introducir agentes externos”, dice Ramadi.
Los investigadores encontraron que para que esta estimulación funcione, el nervio vago, que controla la digestión, debe estar intacto. Ellos teorizan que los pulsos eléctricos se transmiten al cerebro a través del nervio vago, que luego estimula las células endocrinas en el estómago para producir grelina.
El laboratorio de Traverso ahora planea explorar el uso de este enfoque en otras partes del tracto GI, y los investigadores esperan probar el dispositivo en pacientes humanos dentro de los próximos tres años. Si se desarrolla para su uso en pacientes humanos, este tipo de tratamiento podría potencialmente reemplazar o complementar algunos de los medicamentos existentes que se usan para prevenir las náuseas y estimular el apetito en personas con caquexia o anorexia, dicen los investigadores.
“Es un dispositivo relativamente simple, por lo que creemos que es algo que podemos introducir en humanos en una escala de tiempo relativamente rápida”, dice Traverso.
La investigación fue financiada por la subvención de apoyo (básico) del Instituto Koch del Instituto Nacional del Cáncer, el Instituto Nacional para la Diabetes y las Enfermedades Digestivas y Renales, la División de Ingeniería de la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi, una beca de investigación para graduados de la Fundación Nacional de Ciencias, Novo Nordisk y el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.
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