Leczenie otyłości neuromodulacją
Otyłość jest jedną z wiodących przyczyn śmierci. Stała się wręcz globalną pandemią. Obecnie ponad 1,9 mld dorosłych oraz 42 mln dzieci cierpią na nadwagę lub otyłość, a liczby te stale wzrastają. W rzeczywistości po stałym wzroście odnotowywanym przez wiele lat przewidywana długość życia w UE spadła w 2017 r., a kluczowym czynnikiem, który to spowodował, była otyłość. „Jako że otyłość to problem złożony, systemowy i obejmujący wiele czynników, profilaktyka, kontrolowanie choroby i leczenie zazwyczaj nie są proste”, stwierdza Konstantin Nikolic, koordynator projektu i2MOVE (An Intelligent Implantable MOdulator of Vagus nervE function for treatment of Obesity) sfinansowanego przez ERBN. „Mimo że obecnie dostępne są różne podejścia, od delikatnego nakłaniania po agresywne wszczepialne stymulatory elektryczne i operacje bariatryczne, większość z nich ma ograniczoną skuteczność lub wiąże się ze znacznym ryzykiem”. Projekt i2MOVE proponuje inne podejście do otyłości: opracowanie innowacyjnego rozwiązania technologicznego, to jest – implantu inspirowanego biologią. „Celem jest zadziałanie na nerw błędny, który przesyła informacje pomiędzy jelitami a mózgiem”, wyjaśnia Nikolic. „Pozwoli nam to stymulować nerwy w brzuchu, by imitować sytuację po spożyciu posiłku, dzięki czemu będziemy mogli kontrolować apetyt”. Oś jelitowo-mózgowa W ramach projektu opracowano mikrochip, który umieszcza się w jelitach i który informuje mózg, czy żołądek jest pełny, czy pusty. Jest to proste rozwiązanie technologiczne. „W przeciwieństwie do urządzeń stymulujących nerw błędny (VNS) dostępnych obecnie na rynku i wykorzystywanych do leczenia padaczki, rozwiązanie i2MOVE łączy fizjologiczne informacje zwrotne (w formie aktywności nerwu błędnego) oraz sztuczną inteligencję, by powiązać przyjmowanie pożywienia ze stymulacją”, opowiada Nikolic. Urządzenie i2MOVE opiera się na nowatorskim, zintegrowanym chipie System-on-Chip (SoC), który zaprojektowano od zera i przetestowano w ramach projektu. SoC składa się z wielokanałowego wejścia służącego do elektrycznej i chemicznej rejestracji aktywności neuronalnej. Funkcje przetwarzania w chipie umożliwiają stosowanie miejscowych algorytmów uczenia maszynowego, które decydują o tym, kiedy dokonać stymulacji i w jakim stopniu. Opracowując SoC, badacze pracujący nad projektem osiągnęli istotny kamień milowy – przewodzenie czucia chemicznego in vivo z wykorzystaniem wszczepionego czujnika i2MOVE. Podczas testów badaczom udało się wykryć zmiany w neuronowym zewnątrzkomórkowym pH związanym zarówno z hormonem zwanym cholecystokininą, jak i z rozdęciem żołądka. Co więcej, algorytmy systemu skutecznie wykorzystywały i wykrywały zmiany w pH, by automatycznie uruchamiać wszczepione urządzenie VNS. „Zgodnie z moją wiedzą jest to pierwsze urządzenie do neuromodulacji w zamkniętej pętli, które wykorzystuje wielosygnałową modalność, by umożliwić podejmowanie decyzji oraz wyznaczanie dawki stymulującej w implancie z zamkniętą pętlą”, dodaje Nikolic. Przyszłe urządzenia do neuromodulacji Na kolejnych etapach urządzenie przejdzie testy przedkliniczne, w trakcie których zostanie ono wszczepione przytomnemu, poruszającemu się zwierzęciu i uruchomione. „Jest to niezbędny etap przed planowaniem badania klinicznego na ludziach”, wyjaśnia Nikolic. Technologia opracowana w projekcie okazała się użyteczna również w innych dziedzinach, w tym w leczeniu nowotworów układu pokarmowego, powstrzymywaniu kaszlu, wykrywaniu niedokrwienia serca oraz tak zwanym „miękkim” podejściu do otyłości polegającym na zmianie behawioralnej opartej na spersonalizowanych zaleceniach co do produktów spożywczych. „Jeśli chodzi o ogólną spuściznę projektu, przewiduję, że czucie neurochemiczne stanie się kluczową modalnością sygnałową służącą do monitorowania szeregu aktywności neuronalnych”, dodaje Nikolic.
Słowa kluczowe
i2MOVE, otyłość, otyły, nadwaga, nerw błędny, System-on-Chip, SoC, urządzenie do neuromodulacji
