Wanneer u een grote maaltijd eet, geeft uw maag een signaal aan uw hersenen om een ​​vol gevoel te creëren, waardoor u beseft dat het tijd is om te stoppen met eten. Een maag vol vocht kan deze boodschappen ook overbrengen. Daarom wordt lijners vaak aangeraden een glas water te drinken voordat ze gaan eten. MIT-ingenieurs hebben nu een nieuwe manier bedacht om dit fenomeen te exploiteren, door een verteerbare capsule te consumeren die in de maag trilt. Deze trillingen activeren dezelfde rekreceptoren die ervoor zorgen dat de maag uitzet, waardoor een illusoir gevoel van volheid ontstaat.

De onderzoekers ontdekten dat het geven van de pillen aan dieren 20 minuten vóór het eten niet alleen de afgifte van hormonen stimuleerde die verzadiging signaleren, maar ook de voedselinname van de dieren met ongeveer 40 procent verminderde. Wetenschappers moeten nog veel leren over de mechanismen die het lichaamsgewicht beïnvloeden, maar als uit verder onderzoek blijkt dat de technologie veilig bij mensen kan worden gebruikt, zou de pil een minimaal invasieve manier kunnen bieden om obesitas te behandelen, aldus de onderzoekers.

"Voor mensen die willen afvallen of hun eetlust onder controle willen houden, kan het heel interessant zijn om het vóór elke maaltijd in te nemen, omdat het een optie zou bieden die de bijwerkingen die we zien bij andere medicamenteuze behandelingen minimaliseert", zegt Shriya Srinivasan, Ph.D., 20, assistent-professor bio-ingenieur aan de Harvard University.

Srinivasan is de hoofdauteur van de nieuwe studie, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances. Giovanni Traverso, universitair hoofddocent werktuigbouwkunde aan het MIT en gastro-enteroloog aan het Brigham and Women's Hospital, is de hoofdauteur van het artikel.

verzadiging

Wanneer de maag uitzet, voelen speciale cellen, mechanoreceptoren genaamd, de rek en sturen ze via de nervus vagus signalen naar de hersenen. Als gevolg hiervan stimuleren de hersenen de productie van insuline en hormonen zoals c-peptide, PyY en GLP-1. Al deze hormonen werken samen om mensen te helpen voedsel te verteren, zich vol te voelen en te stoppen met eten. Tegelijkertijd nemen de niveaus van ghreline, een hormoon dat honger bevordert, af.

Terwijl Srinivasan een afgestudeerde student was aan het MIT, raakte hij geïnteresseerd in het idee om dit proces te beheersen door de mechanoreceptoren in de maag kunstmatig uit te rekken door middel van trillingen. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat het toepassen van trillingen op een spier de indruk kan wekken dat de spier verder wordt uitgerekt dan hij in werkelijkheid is.

"Ik vroeg me af of we rekreceptoren in de maag konden activeren door ze te laten trillen, zodat ze voelen dat de hele maag uitzet, waardoor een illusie van uitzetting ontstaat die hormonen en eetpatronen zou kunnen moduleren," zei Srinivasan.

Als postdoc bij het Koch Institute for Integrative Cancer Research van MIT werkte Srinivasan nauw samen met het Traverso-laboratorium, dat veel nieuwe manieren ontwikkelde om orale medicijnen en elektronische apparaten in te nemen. In het onderzoek ontwierpen Srinivasan en een team van onderzoekers, waaronder Traverso, een capsule ter grootte van een multivitamine met een vibrerend element. Wanneer de pil, aangedreven door een kleine zilveroxidebatterij, de maag bereikt, lossen zure maagsappen het membraan op dat de capsule bedekt, waardoor het elektronische circuit wordt voltooid dat de trilmotor activeert.

In een dierstudie ontdekten onderzoekers dat zodra de pil begint te trillen, deze mechanoreceptoren activeert die signalen naar de hersenen sturen door de nervus vagus te stimuleren. De onderzoekers volgden de hormoonspiegels tijdens de trillingen van het apparaat en ontdekten dat ze de hormoonafgiftepatronen na het eten weerspiegelden, zelfs als de dieren aan het vasten waren.

Vervolgens testten de onderzoekers de effecten van deze stimulatie op de eetlust van de dieren. Ze ontdekten dat wanneer de pil ongeveer twintig minuten werd geactiveerd voordat de dieren voedsel kregen, ze gemiddeld 40 procent minder voedsel consumeerden dan wanneer de pil niet was geactiveerd. Ook kwamen de dieren langzamer aan in gewicht terwijl ze de trilpillen slikten.

"De gedragsveranderingen zijn indrukwekkend bij gebruik van endogene systemen in plaats van enige exogene behandeling. We hebben het potentieel om enkele van de uitdagingen en kosten die gepaard gaan met de toediening van biologische geneesmiddelen te overwinnen door het enterische zenuwstelsel te moduleren", aldus Traverso.

De pil is momenteel ontworpen om ongeveer 30 minuten te trillen nadat hij in de maag is gekomen, maar de onderzoekers zijn van plan de mogelijkheid te onderzoeken om hem langer in de maag te laten blijven, waar hij indien nodig draadloos kan worden in- en uitgeschakeld. Bij dierproeven passeerde de pil binnen vier tot vijf dagen het spijsverteringskanaal.

Uit het onderzoek bleek ook dat wanneer de pillen zich in de spijsverteringskanalen van de dieren bevonden, ze geen tekenen van obstructie, perforatie of andere negatieve effecten vertoonden.

een alternatief

Onderzoekers zeggen dat de pil een alternatief zou kunnen bieden voor de huidige behandelingen voor obesitas. Niet-medische interventies, zoals een dieet en lichaamsbeweging, zijn niet altijd effectief, en veel bestaande medische interventies zijn behoorlijk invasief en traumatisch. Deze omvatten maag-bypass-chirurgie en maagballonchirurgie, die vanwege veiligheidsoverwegingen niet langer op grote schaal worden gebruikt in de Verenigde Staten.

Medicijnen zoals GLP-1-agonisten kunnen ook helpen bij het afvallen, maar de meeste vereisen injecties, wat voor veel mensen onbetaalbaar is. Srinivasan zei dat de productiekosten van de capsules van MIT het toegankelijk maken voor mensen die geen toegang hebben tot duurdere behandelingsopties.

"Voor veel mensen zijn sommige van de effectievere behandelingen voor obesitas onbetaalbaar. Op grote schaal kan ons apparaat tegen een redelijk kosteneffectieve prijs worden geproduceerd, en ik ben benieuwd hoe dit de zorg en behandeling zal veranderen voor mensen in gezondheidszorginstellingen over de hele wereld die misschien geen toegang hebben tot enkele van de meer complexe en dure opties die vandaag de dag beschikbaar zijn."

De onderzoekers zijn nu van plan manieren te onderzoeken om de productie van de capsules voor klinische proeven bij mensen op te schalen. Dit soort onderzoeken zijn belangrijk om meer te weten te komen over de veiligheid van dit apparaat, maar ook om te bepalen wat het beste tijdstip is om de capsules vóór de maaltijd in te nemen en hoe vaak ze moeten worden ingenomen.

Andere auteurs van het artikel zijn onder meer Amro Alsshareef, Alexandria Hwang, Ceara Byrne, Johannes Kuosmann, Keiko Ishida, Joshua Jenkins, Sabrina Liu, Wiam Abdalla Mohammed Madani, Alison Hayward en Niora Fabian.

Het onderzoek werd gefinancierd door de National Institutes of Health, Novo Nordisk, de MIT Department of Mechanical Engineering, een Schmidt Science Fellowship en de National Science Foundation.