Behandlung von Adipositas mit Neuromodulation
Bei Adipositas als einer der häufigsten Todesursachen kann man inzwischen von einer weltweiten Pandemie sprechen. Heute sind über 1,9 Milliarden Erwachsene und 42 Millionen Kinder entweder übergewichtig oder adipös, und diese Zahlen wachsen stetig weiter. Es ist sogar so, dass die Lebenserwartung in der EU nach einem langjährigen konstanten Anstieg im Jahr 2017 plötzlich abfiel – und Adipositas dabei einer der Hauptgründe war. „Adipositas ist komplex, multifaktoriell und systemisch, darum sind Prävention, Management und Behandlung normalerweise nicht einfach“, so Konstantin Nikolic, Koordinator des Projekts i2MOVE, das vom Europäischen Forschungsrat gefördert wurde. „Es gibt zwar aktuell mehrere Ansätze, von sanfter Motivation bis hin zu implantierbaren elektrischen Stimulatoren und bariatrischer Chirurgie, doch die meisten davon sind entweder nur begrenzt erfolgreich oder bringen signifikante Risiken mit sich.“ Das Projekt i2MOVE entwickelt nun eine innovative technische Lösung gegen Adipositas, genauer gesagt ein biologisch inspiriertes Implantat. „Wir wollen mit dem Vagusnerv arbeiten, der Informationen zwischen Bauch und Gehirn überträgt“, erklärt Nikolic. „Über ihn wollen wir die Nerven im Abdomen stimulieren, um das Gefühl nachzuahmen, das nach Einnahme einer Mahlzeit entsteht. So können wir den Appetit kontrollieren.“ Die Bauch-Hirn-Achse Im Projekt wurde ein Mikrochip entwickelt, der im Bauch befestigt wird und dem Gehirn mit Hilfe einfacher Mikrochiptechnologie mitteilen kann, ob der Magen voll oder leer ist. „Anders als bei Vagusnervstimulatoren (VNS), die derzeit auf dem Markt sind und für die Behandlung von Epilepsie eingesetzt werden, verbindet die Lösung von i2MOVE physiologisches Feedback (in Form der Aktivität des Vagusnervs) und künstliche Intelligenz, um Nahrungsaufnahme mit Stimulation zu verknüpfen“, sagt Nikolic. Kern des i2MOVE-Geräts ist ein neuartiges integriertes System-on-Chip (SoC), das im Rahmen des Projekts von Grund auf gestaltet und vollständig getestet wurde. Das SoC besteht aus einem Multikanal-Frontend für die elektrische und chemische Aufzeichnung neuronaler Aktivität. Zu seiner Rechenkapazität gehören lokale maschinelle Lernalgorithmen auf dem Chip, die bestimmen wann und wie stark stimuliert werden muss. Diese Entwicklung des SoC ist für die Forscher ein bedeutsamer Meilenstein für die chemische in-vivo-Abtastung mit Hilfe eines implantierten i2MOVE-Sensors. In dem Test konnten die Forscher erfolgreich Veränderungen im extrazellulären pH-Wert der Nervenzellen ausmachen, der sowohl mit dem Hormon Cholecystokinin als auch mit einer Ausdehnung des Magens zusammenhängt. Außerdem konnten die Systemalgorithmen sämtliche entdeckten Veränderungen des pH-Werts erfolgreich nutzen, um das implantierte VNS-Gerät automatisch auszulösen. „Meines Wissens ist das der erste Neuromodulator mit einem geschlossenen Kreislauf, der multimodale Signale nutzt, um Entscheidungen zu treffen und die Titration der Stimulationsdosis in einem in sich geschlossenen Implantat zu bestimmen“, so Nikolic weiter. Neuromodulatoren von morgen In der nächsten Entwicklungsphase wird das Gerät in präklinischen Studien untersucht. Dabei wird das Gerät in ein waches, sich bewegendes Tier implantiert, um dort zu arbeiten. „Bevor wir eine klinische Studie an Menschen planen können, muss erst diese Phase abgeschlossen sein“, erklärt Nikolic. Die im Projekt entwickelte Technologie wurde bereits in anderen Bereichen übernommen, wie beispielsweise für Magenkrebstherapie, Hustenunterdrückung, bei der Diagnose kardialer Ischämie sowie für einen sogenannten „weichen“ Ansatz gegen Adipositas, bei dem durch personalisierte Lebensmittelempfehlungen Verhaltensänderungen erreicht werden sollen. „Das Gesamtergebnis des Projekts liegt meiner Meinung nach darin, dass der Einsatz neurochemischer Sensoren für die Überwachung vieler Arten neuronaler Aktivität nun eine der wichtigsten Signalmodalitäten werden wird“, so Nikolic.
Schlüsselbegriffe
i2MOVE, Adipositas, adipös, Übergewicht, übergewichtig, Vagusnerv, System-on-Chip, SoC, Neuromodulator
