飢えをオンにするスイッチの探求

マギー・チェン

実を言うと、食事はとても楽しいものです。カリカリのポテトチップスを一掴み食べたり、大盛りのシチューをすすったりして、満腹の喜びの霞の中でソファに横たわるのはとても楽しいことです。しかし、食事の時間に常に恐怖を感じている人たちのことは考えてみましょう。人によっては、食べることは非常に苦痛です。消化器系が正常に機能しない場合、ほんの数口食べただけで吐き気や嘔吐が起こることがあります。または、消化不良の食事は、便秘、膨満感、および長引く不快感を引き起こす可能性があります。消化の問題は、あなたが思っているよりもはるかに一般的です。米国の約 6,000 ～ 7,000 万人が、何らかの胃腸疾患を患っていると考えられています。

特に不快な状態の 1 つは胃不全麻痺であり、胃を通る食物の通過が劇的に遅くなります。米国人口の 2% 弱が罹患しており、その症状は食欲減退、吐き気、嘔吐など重篤になる場合があります。ほとんどの患者は何らかの食事制限で症状を管理しますが、重篤な場合には、経管栄養、埋め込み型器具、または手術などの侵襲的治療が必要になります。カリフォルニア大学サンフランシスコ校の内分泌学者スニール・コリワド氏は、「この領域は非常に効果的な治療法が存在しない、本当に必要な分野だ」と語る。

マサチューセッツ工科大学の研究者は、より良い解決策の開発に取り組んでいます。彼らは、飲み込むと胃の内壁に電気パルスを送り、物事を動かすことができる小さな錠剤を開発しました。 Science Roboticsに最近掲載された研究で、研究チームは、錠剤が食欲を増加させ、吐き気を軽減するホルモンのレベルを上昇させることを示しました。研究者らは、これがいつか、胃不全麻痺やその他の摂食障害を経験している人にとって効果的な非侵襲的治療法として機能することを期待している。本質的には、空腹感と消化を促進するために作動させることができる一時的なスイッチである。

空腹感と食べ物の通過は、腸脳軸として知られる体内のホルモンと神経の混合物によって制御されます。「腸には脳に次いで2番目に多くのニューロンが存在します」とニューヨーク大学の生物工学者であり、研究の共著者の1人であるハリル・ラマディ氏は言う。この腸と脳の軸が摂食障害や糖尿病によって破壊されると、胃不全麻痺のようなことが起こる可能性があると仮説が立てられています。消化器系の問題を解決するには、この軸に焦点を当てます。

ここからチームが始まりました。重度の胃不全麻痺に対するより侵襲的な治療法の 1 つは胃電気刺激と呼ばれるもので、腹部の皮下に電極を外科的に埋め込んで胃内に電気パルスを発生させます。ブタを使った研究では、これにより、空腹感を引き起こし、吐き気を軽減することに関連するホルモンであるグレリンのレベルが増加することが示されています。マサチューセッツ工科大学の機械工学者で研究リーダーのジョバンニ・トラヴェルソ氏は、治療の侵襲性を低くし、手術の必要性を最小限に抑える方法はないだろうかと考えた。

Traverso、Ramadi、およびチームは、胃の電気刺激の効果を模倣できる摂取可能なものを作成することにしました。彼らは、飲み込むと胃の中で電気パルスを発生させるための一連の電極でコーティングされた数ミリメートルの大きさのカプセルの上に落ち着いた。カプセル内にバッテリーとタイマーを組み込むことで、この小さな錠剤は設定された時間枠で電気パルスを送信し、その後電源が切れて消化器系の残りの部分を通過し、最終的にはトイレに行き着きます。

ローレン・グッド

ジュリアン・チョッカトゥ

ウィル・ナイト

胃の湿ったベタベタした環境に何か電気を入れるのは、かなりの設計作業であることが判明しました。トラヴェルソ研究室の大学院生で、この研究のもう一人の共著者でもあるジェームズ・マクレー氏によると、電気刺激をうまく通過させるためには、電極が胃の粘液層に張り付く必要があるという。問題は、粘液の内層が大量の液体を分泌し、通常は電気伝導性を妨げる層を形成することです。

これを克服するために、科学者たちは、オーストラリアの「とげのある悪魔」トカゲという、ありそうもないインスピレーションの源に目を向けました。この爬虫類には、水を逃がすためのとげのある溝が皮膚にあり、見た目はラッフルズポテトチップスの盛り上がった尾根に似ています。トカゲの凹凸のある皮膚に基づいて、科学者らは「粘膜上のこの層をカプセルの電極から引き離すことができる溝をカプセルに組み込みました」とマクレー氏は言う。

カプセルが胃に向かう途中で他の場所にくっついて、目的地に到着する前に脈動し始めないようにするために、科学者らは胃内の液体に触れると溶けて消える保護殻でカプセルをコーティングした。「基本的に、そのシェルは劣化して脱落し、電極と表面の溝が適切な領域に露出します」とマクレー氏は言う。

小さな溝付きカプセルが実際に機能するかどうかを確認するために、研究チームは豚に目を向けました。各豚に錠剤を 1 錠ずつ与えた後、内視鏡カメラと X 線撮影を使用してカプセルの通過を追跡しました。研究者らは、錠剤が胃に付着し、粘液の内層を約20分間刺激し、胃の中に約1日滞在することを発見した。研究チームが豚の血液中のグレリン濃度を測定したところ、電気錠剤を摂取した豚は対照と比べてグレリンが増加していることが判明した。「いくつかの肯定的な結果を見ることができてやりがいがありました」とラマディは笑顔で言います。

2週間以内に、科学者たちは豚の糞から丸薬全体を回収することができた。マクレー氏は、これは「これらの機器が危害を加えることなく安全に通過でき、ずっと無傷のままでいられるという、非常に心強い安全性データだった」と述べた。

興味深いことに、迷走神経を切断した（脳から腸を切り離した）ブタでこの実験を繰り返したところ、錠剤の電気刺激によってグレリンは増加しなかった。これは脳が胃内でのホルモンシグナル伝達に重要な役割を果たしていることを示している。 ; 腸と脳の軸全体が働いていました。「胃を刺激すると、このホルモン（グレリン）が胃から放出されます」とラマディ氏は言う。「しかし実際には、神経の関与があるようです。」

錠剤がグレリンを増加させる可能性があるという事実は有望です。ただし、これが食欲の増加や吐き気の軽減につながるかどうかを確認するには、さらなる検査が必要です。「人々はグレリンホルモンと生物学的変化の一部を測定することができます」と、この研究には関与していないブリガム・アンド・ウィメンズ病院の消化器内科医であるブレーデン・クオ氏は言う（ただしトラヴェルソ氏は以前、クオ氏の下で臨床研究員として研究していた）。「しかし、そのような操作が人間の行動を変える可能性があることを証明するには、まだ長い道のりがあると思います。」

それにもかかわらず、クオ氏もコリワド氏も、この錠剤が胃不全麻痺の治療をより低侵襲にする進歩であることに同意している。現在埋め込まれている胃電気刺激装置は、「手術を受けることを恐れる多くの患者を躊躇させている」とコリワド氏は言う。この飲み込み可能な装置は「患者にとってより美味しく、受け入れられるかもしれない」と彼は付け加えた。

トラヴェルソ氏、ラマディ氏、マクレー氏は近い将来、この薬の臨床試験を推進したいと考えている。彼らは、この装置がいつか消化管のさまざまな部分をターゲットにして刺激し、吐き気を和らげたり食欲を制御したりするホルモンを調節できるものになると構想している。彼らによれば、これは胃不全麻痺だけでなく、化学療法による吐き気などのさまざまな疾患に役立つ可能性があるという。「臨床医である私にとって、薬を投与せずにホルモンプロファイルを強化できることは、本当に変革的なことだと思います」とトラヴェルソ氏は言う。「多くの分野で支援できる素晴らしい機会があります。」

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