Желудочная виброкапсула поможет меньше есть

Американские исследователи разработали вибрирующую капсулу для перорального приема, которая стимулирует механорецепторы желудка и вызывает чувство насыщения. В эксперименте на свиньях она снизила потребление пищи почти на 40 процентов. Отчет о работе опубликован в журнале Science Advances.

Избыточная масса тела и ожирение имеют масштаб глобальной эпидемии, и их распространенность продолжает расти. Для лечения существуют разные методы, каждый из которых обладает своими недостатками. Лекарственные средства обладают побочными эффектами и противопоказаниями, при этом не всегда достаточно эффективны, а хирургические операции инвазивны, требуют серьезных модификаций образа жизни и доступны далеко не всем. Альтернативу им может представлять механическое воздействие на желудок. Его растяжение возбуждает механорецепторные интраганглионарные ламинарные нервные окончания, которые по афферентным волокнам блуждающего нерва отправляют сигналы в ядро одиночного пути в продолговатом мозге и модулируют чувство голода и насыщения. Для этих целей используют внутрижелудочные баллоны, однако они причиняют дискомфорт, при этом хроническое растяжение желудка вызывает физиологическую адаптацию, снижающую эффект.

В поисках более простого и рационального решения сотрудники Массачусетского технологического института под руководством Джованни Траверсо (Giovanni Traverso) решили стимулировать механорецепторы вибрацией, создающей иллюзию растяжения желудка. Для этого они создали трехсекционную полимерную капсулу стандартного размера 000 (такие часто используют для биодобавок и мультивитаминов), в которую поместили вибромоторчик с настраиваемой амплитудой 2–4 миллиметра и элемент питания на основе оксида серебра с напряжением 1,55 вольт и емкостью 80 миллиампер-часов. Электрическую цепь устройства замыкает пружинный контакт, который помещен в отдельную секцию с желатиновой мембраной, куда проникает желудочный сок и растворяет изолирующую контакт глюкозную перемычку. Капсула получила название VIBES (Vibrating Ingestible BioElectronic Stimulator, вибрирующий проглатываемый биоэлектронный стимулятор).

В ходе тестирования устройство включалось через 4,3 ± 1,2 минуты после проглатывания и продолжало работать 38,3 ± 1,83 минуты. Учитывая, что прием пищи занимает в среднем 20–30 минут, а ее первичное перемешивание в желудке занимает около часа, такое время действия авторы сочли оптимальным. Серия экспериментов in vitro продемонстрировала длительную уcтойчивость капсулы к средам с разной температурой и кислотностью.

Для пилотных испытаний VIBES использовали свиней йоркширской породы, поскольку по анатомо-физиологическим параметрам их желудок близок к человеческому. Независимые эндоскописты вводили случайным образом функциональные и имитированные капсулы десяти животным массой 50–80 килограмм и в течение получаса проводили их мониторинг. Во всех случаях устройство входило в контакт со слизистой оболочкой желудка и не выводилось из него в течение всего времени работы. Электрофизиологическое исследование показало, что вибрация капсулы стимулирует желудочные мышцы в радиусе до 30 сантиметров и вызывает афферентную импульсацию в волокнах блуждающего нерва, близкую по параметрам к той, что возникала при механическом растяжении органа накачиванием воздуха. В ходе экспериментов оптимальную частоту вибрации установили на уровне 80 герц.

Образцы крови для биохимического анализа забирали в основной и контрольной группах через 0, 15, 30, 45, 60, 90 и 150 минут после введения VIBES. При активной стимуляции значительно снижался уровень «гормона голода» грелина, при этом повышались уровни инсулина, C-пептида, глюкагоноподобного пептида 1 (GLP-1) и пептида YY; уровень глюкагона не изменялся (в контрольной группе он повышался), что соответствует динамике при приеме пищи; для всех перечисленных показателей p < 0,01. Гипогликемии у животных не наблюдалось.

Для оценки эффективности VIBES стимуляцию с их помощью проводили два раза в день по 30 минут непосредственно перед кормлением и на протяжении примерно 100 приемов пищи измеряли порцию, съеденную в первые 30 минут. В основной группе она составила 58,1 ± 10,7 процента против 78,4 ± 4,5 в контрольной (p < 10⁻²⁰). При активной стимуляции все животные начинали меньше есть (p < 0,001) — в среднем на 31 процент по сравнению с обычным уровнем. В перекрестном исследовании свиньям проводили стимуляцию в течение трех приемов пищи, отменяли на следующие три и возобновляли еще на три. В окне без стимуляции доля потребляемой пищи оказалась на 38 процентов выше (89 против 51 процента, p < 0,0001). В ходе терапии привыкания и адаптации к VIBES не наблюдалось, как и долгосрочных и нежелательных эффектов — капсулы выводились естественным путем через 4–5 дней, не раздражая желудочно-кишечный тракт. При этом скорость набора массы значительно снижалась по сравнению с контрольным периодом (p < 0,03) и контрольной группой (p < 0,01).

На основании полученных результатов авторы работы заключают, что прикладное использование биологии механорецепторов может значительно расширить возможности помощи пациентам с расстройствами питания.

В 2019 году команда Траверсо представила капсулы, которые доставляют лекарственные препараты (в эксперименте это был инсулин) в желудок, после чего инъекционно вводят их в стенку органа.