La capsule ingérable utilise l’électricité pour stimuler la production d’hormone régulatrice de la faim

Les hormones libérées par l’estomac, comme la ghréline, jouent un rôle clé dans la stimulation de l’appétit. Ces hormones sont produites par des cellules endocrines qui font partie du système nerveux entérique, qui contrôle la faim, les nausées et la sensation de satiété.

Les ingénieurs du MIT ont maintenant montré qu’ils pouvaient stimuler ces cellules endocrines pour produire de la ghréline, en utilisant une capsule ingérable qui délivre un courant électrique aux cellules. Cette approche pourrait s’avérer utile pour traiter des maladies qui impliquent des nausées ou une perte d’appétit, telles que la cachexie (perte de masse corporelle pouvant survenir chez les patients atteints de cancer ou d’autres maladies chroniques).

Lors de tests sur des animaux, les chercheurs ont montré que cette gélule “électroceutique” pouvait booster significativement la production de ghréline dans l’estomac. Ils pensent que cette approche pourrait également être adaptée pour délivrer une stimulation électrique à d’autres parties du tractus gastro-intestinal.

Cette étude aide à établir la stimulation électrique par des électroceutiques ingérables comme mode de déclenchement de la libération d’hormones via le tractus gastro-intestinal. Nous montrons un exemple de la façon dont nous sommes capables de nous engager avec la muqueuse de l’estomac et de libérer des hormones, et nous prévoyons que cela pourrait être utilisé dans d’autres sites du tractus gastro-intestinal que nous n’avons pas explorés ici.

Giovanni Traverso, professeur agrégé de génie mécanique au MIT, gastro-entérologue au Brigham and Women’s Hospital et auteur principal de l’étude

Khalil Ramadi SM ’16, PhD ’19, diplômé du Département de génie mécanique et du programme Harvard-MIT en sciences et technologies de la santé, qui est maintenant professeur adjoint de bio-ingénierie à la NYU Tandon School of Engineering et directeur du laboratoire pour la neuroingénierie avancée et la médecine translationnelle à NYU Abu Dhabi, et James McRae, étudiant diplômé du MIT, sont les principaux auteurs de l’article, qui paraît aujourd’hui dans Robotique scientifique.

Stimulation électrique

Le système nerveux entérique contrôle tous les aspects de la digestion, y compris le mouvement des aliments dans le tractus gastro-intestinal. Certains patients atteints de gastroparésie, un trouble des nerfs de l’estomac qui entraîne un mouvement très lent des aliments, ont montré une amélioration symptomatique après une stimulation électrique générée par un dispositif de type stimulateur cardiaque qui peut être implanté chirurgicalement dans l’estomac.

Les médecins avaient émis l’hypothèse que la stimulation électrique provoquerait la contraction de l’estomac, ce qui aiderait à faire avancer les aliments. Cependant, il a été découvert plus tard que si le traitement aidait les patients à se sentir mieux, il affectait la motilité dans une moindre mesure. L’équipe du MIT a émis l’hypothèse que la stimulation électrique de l’estomac pourrait entraîner la libération de ghréline, connue pour favoriser la faim et réduire les sensations de nausée.

Pour tester cette hypothèse, les chercheurs ont utilisé une sonde électrique pour délivrer une stimulation électrique dans l’estomac des animaux. Ils ont constaté qu’après 20 minutes de stimulation, les niveaux de ghréline dans le sang étaient considérablement élevés. Ils ont également constaté que la stimulation électrique n’entraînait aucune inflammation significative ni aucun autre effet indésirable.

Une fois qu’ils ont établi que la stimulation électrique provoquait la libération de ghréline, les chercheurs ont cherché à voir s’ils pouvaient obtenir le même résultat en utilisant un appareil pouvant être avalé et résider temporairement dans l’estomac. L’un des principaux défis dans la conception d’un tel dispositif est de s’assurer que les électrodes de la capsule peuvent entrer en contact avec les tissus de l’estomac, qui sont recouverts de liquide.

Pour créer une surface plus sèche avec laquelle les électrodes peuvent interagir, les chercheurs ont donné à leur capsule une surface rainurée qui évacue le fluide des électrodes. La surface qu’ils ont conçue est inspirée de la peau du lézard épineux australien, qui utilise des écailles striées pour recueillir l’eau. Lorsque le lézard touche l’eau avec n’importe quelle partie de sa peau, l’eau est transportée par capillarité le long des canaux jusqu’à la bouche du lézard.

“Nous nous sommes inspirés de cela pour incorporer des textures et des motifs de surface à l’extérieur de cette capsule”, a déclaré McRae. “Cette surface peut gérer le fluide qui pourrait potentiellement empêcher les électrodes de toucher les tissus de l’estomac, de sorte qu’elle peut fournir une stimulation électrique de manière fiable.”

La surface de la capsule est constituée de rainures avec un revêtement hydrophile. Ces rainures fonctionnent comme des canaux qui évacuent le liquide du tissu de l’estomac. À l’intérieur de l’appareil se trouvent des composants électroniques alimentés par batterie qui produisent un courant électrique qui circule à travers les électrodes à la surface de la capsule. Dans le prototype utilisé dans cette étude, le courant fonctionne en permanence, mais les futures versions pourraient être conçues de manière à ce que le courant puisse être activé et désactivé sans fil, selon les chercheurs.

Stimulation hormonale

Les chercheurs ont testé leur capsule en l’administrant dans l’estomac de gros animaux, et ils ont découvert que la capsule produisait une augmentation substantielle des niveaux de ghréline dans le sang.

“Pour autant que nous sachions, il s’agit du premier exemple d’utilisation de stimuli électriques via un appareil ingérable pour augmenter les niveaux endogènes d’hormones dans le corps, comme la ghréline. Et donc, cela a pour effet d’utiliser les propres systèmes du corps plutôt que d’introduire des substances externes. agents », dit Ramadi.

Les chercheurs ont découvert que pour que cette stimulation fonctionne, le nerf vague, qui contrôle la digestion, doit être intact. Ils théorisent que les impulsions électriques sont transmises au cerveau via le nerf vague, qui stimule ensuite les cellules endocrines de l’estomac pour produire de la ghréline.

Le laboratoire de Traverso prévoit maintenant d’explorer l’utilisation de cette approche dans d’autres parties du tractus gastro-intestinal, et les chercheurs espèrent tester le dispositif chez des patients humains dans les trois prochaines années. S’il est développé pour être utilisé chez des patients humains, ce type de traitement pourrait potentiellement remplacer ou compléter certains des médicaments existants utilisés pour prévenir les nausées et stimuler l’appétit chez les personnes atteintes de cachexie ou d’anorexie, selon les chercheurs.

“C’est un appareil relativement simple, nous pensons donc que c’est quelque chose que nous pouvons introduire chez l’homme sur une échelle de temps relativement rapide”, a déclaré Traverso.

La recherche a été financée par la subvention de soutien (de base) de l’Institut Koch du National Cancer Institute, du National Institute for Diabetes and Digestive and Kidney Diseases, de la Division of Engineering de l’Université de New York à Abu Dhabi, d’une bourse de recherche de troisième cycle de la National Science Foundation, Novo Nordisk et le département de génie mécanique du MIT.