2020年1月11日消息,近日,德州农工大学、华盛顿大学的研究团队在 Nature 子刊 Nature Communications 杂志发表了题为:Organ-specific, multimodal, wireless optoelectronics for high-throughput phenotyping of peripheral neural pathways 的研究论文。研究开发了一种厘米大小的无线设备,仅需最简单的手术植入,使用远程射频源进行外部控制,通过光刺激胃中迷走神经末梢,让人产生饱腹感,从而帮助减肥。


减肥好方法!美德研制出一种厘米级的无线植入设备 能通过光刺激胃神经


肥胖已经成为一种全球大流行疾病,仅仅在美国,肥胖带来的健康问题每年要花费1470亿美元。此外,肥胖会大大增加糖尿病、心脏病甚至某些癌症等慢性疾病的风险。


迷走神经提供了从胃壁到大脑的饱腹感信息,近年来,迷走神经成为了广受关注的治疗肥胖靶标。而且已经有了一些医疗设备可以通过刺激迷走神经末梢帮助抑制饥饿感。但这些设备都被设计的跟起搏器类似,通过连接电线,产生电流刺激来激活迷走神经末梢。


如今,无线技术及先进的遗传学和光学工具的应用,可能给神经刺激设备带来革命性改变,让操作不再那么麻烦,同时患者的体验也更舒服。


尽管无线设备具有许多临床益处,但迄今为止,还没有任何一种设备能够对除大脑以外的其他器官内部的神经元活动进行长期且持久的细胞类型特异性操纵。


为了突破这一难题,研究团队想到了光遗传学方法,首先通过AAV病毒载体向胃中特定迷走神经末端导入ChR2光敏感蛋白基因。


光遗传学,是将外源光敏感蛋白基因导入活细胞中,在细胞膜结构上表达了光敏感通道蛋白,然后通过特定波长光的照射,控制细胞膜结构上的光敏感通道蛋白的激活与关闭。这种技术,可以通过光学方法无损伤或低损伤地控制特异神经元的活动。


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研究团队设计了一个微型的桨状装置,并在其固定于胃部的柔性轴末端附近插入了微型LED。在设备的头部(接收器)中,装有与外部射频源进行无线通信所需的微芯片,接收器还配备了产生微小电流以为LED供电的功能。


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研究人员表明,当打开射频源时,来自LED的光可以有效地抑制饥饿感。


在这项研究中,研究团队惊讶地发现,协调饥饿抑制的生物学机制与传统知识不同。之前人们普遍认为,当胃部被装满时,胃壁会扩张,胃壁扩张的信息会由迷走神经上的机械感受器传递到大脑,让大脑产生饱腹感,从而抑制饥饿。


这项研究则表明,刺激那些对食物中的化学物质有反应的非伸展性受体,即使在胃部没有扩张的情况下,也可能会产生饱腹感。


研究团队开发的这个装置在几乎不进行任何改动的情况下,就可以操纵整个胃肠道的神经末梢。


这种基于无线光遗传学的微型设备,能够通过控制食欲,从而帮助减肥,而且该设备还能实现低成本,高通量和精确控制外周神经回路,实现对行为和生理的长期监测。


研究背景


在当今社会,随着经济发展和生活水平的提高,在全世界范围内,肥胖已经成为了一个主要公共健康问题。据世界卫生组织(WHO)统计,全球有近20亿人超重或肥胖,从1975到2016年,全球肥胖率翻了近3倍,每年因超重或肥胖导致的死亡高达280万。


实际上,肥胖既是一种特征,也是一种疾病,肥胖的人不仅生活不便、运动能力下降,还更易患代谢性疾病和心脑血管疾病,此外,许多研究表明,肥胖与十多种癌症的发病风险增加和预后及生存率降低有关。


对于那些由于肥胖导致严重健康问题的人,胃旁路手术往往成了最后的选择,该手术将患者的胃分成上下两部分,用于容纳食物的只有原来胃部的1/6-1/10,然后在小胃的切口处开一条“岔路”,接上截取的一段小肠,重新排列小肠的位置,改变食物经过消化道的途径,减缓胃排空速度,缩短小肠,降低吸收,从而达到减肥的目的。


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胃旁路手术涉及对胃和小肠结构的改变,手术复杂,具有很大的侵入性,且患者术后需要很长的回复时间。


文章来源: Bio生物世界

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