מדענים נאבקו זה מכבר כיצד ללמוד את מערכת העצבים העצומה של הבטן – המכונה לעתים קרובות 'המוח השני' של הגוף – מבלי לפגוע בו. שיטות המחקר הנוכחיות הן פולשניות ולעתים קרובות דורשות ניתוחים מורכבים המקשים על חקר תפקוד הבטן הרגיל.
"אם אתה מסתכל על איך אנו מבצעים כל מחקר שמנסה למפות את התפקוד העצבי במעיים, הכל גס ביותר", אמר חליל רמאדי, חוקר ניו יורק שפיתח גישה חדשה לאתגר זה. "פשוט אין לנו כלים טובים לזה."
צוות בהובלת רמאדי – עוזר פרופסור להנדסה ביולוגית בבית הספר להנדסה של NYU Tandon ומנהל המעבדה למצב הנדסה נוירו -הנדסה ותרגום מתקדמים ב- NYU Abu Dhabi (NYUAD) – יצר מכשירים בלתי ניתנים לבלום שנקרא ICOPS (גירוי אופטוגנטי מבוקר לשליטה) המספקים גירוי אור ישיר ישירות ל- GUT.
הטכנולוגיה מאפשרת לחוקרים להאיר במדויק אזורים ספציפיים בדרכי המעי, ולהפעיל תאי עצב ספציפיים. זה יכול לשמש כדי לצפות כיצד תאים אלה שולטים על העיכול, למשל, ולחשוף יעדים חדשים לטיפול במצבים כמו גסטרופרזיס, כאשר הקיבה מתרוקנת לאט מדי, או מחלות מטבוליות והפרעות אכילה. הגישה מייצגת שיפור דרמטי ביחס לשיטות הנוכחיות, הכרוכות בדרך כלל בהליכים כירורגיים פולשניים להשתלת סיבים אופטיים.
המכשיר מאפשר אופטוגנטיקה, טכניקה שהופכת תאים ספציפיים לרגישים לאור. מדענים משנים תחילה נוירוני יעד כדי להגיב לגירוי אור, ואז המטופל בולע את הגלולה המצוידת ב- LED.
אתה יכול להיכנס, להעביר תת קבוצה מסוימת של תאים כדי להיות רגישים לאור ואז לבלוע את הגלולה האור הזו בכל פעם שתרצה להפעיל את התאים האלה. "
חליל רמאדי, חוקר ניו יורק, עוזר פרופסור להנדסה ביולוגית בבית הספר להנדסה של ניו יורק טנדון
במאמר שפורסם ב טכנולוגיות חומרים מתקדמותהחוקרים מדגימים כיצד מכשירים אלה יכולים לשלוט במערכת העצבים האנטרית – רשת הנוירונים השולטת בתפקוד הבטן – ללא ניתוח.
אמנם אופטוגנטיקה משמשת למחקר מוחי מאז תחילת שנות האלפיים, אך הדבר מסמן את הפלטפורמה הראשונה הלא פולשנית לגירוי אופטי אלחוטי של המעיים, ופותח אפשרויות חדשות למיפוי מעגלים עצביים שהיו בעבר נגישים לחוקרים.
ICOPS מייצג את האחרון בתיק העבודות של רמאדי של טכנולוגיות בולטות, הכוללות פלאש, קפסולה המשתמשת בגירוי חשמלי להפעלת נוירוני מעי, ו- IMAGE, מכשיר מבוסס שדה מגנטי למעקב אחר מיקום הגלולה במעיים. בעוד שמכשירים אחרים אלה הראו כי הפעלה עצבית יכולה להוביל לשינויים הורמונליים המשפיעים על חילוף החומרים, ICOPS מוסיף שליטה אופטוגנטית לדיוק רב יותר.
חידוש מפתח הוא ש- ICOPS פועל ללא סוללה, במקום זאת מקבל כוח אלחוטי באמצעות אינדוקציה מגנטית ממשדר חיצוני. עיצוב נטול סוללות זה היה הכרחי כדי שהמכשיר יהיה קטן מספיק לבדיקה אצל חולדות.
"מה שמייחד את הקפסולה הזו הוא שהוא היה מפוברק כולו בבית באמצעות הדפסת תלת מימד, ללא צורך במתקני חדר נקי", אמר מוחמד אלשרש, מקורב לפוסט-דוקטורט במעבדה של רמאדי ובסופר הראשי של העיתון. "זה איפשר לנו לשלב מיקרו-שורות וסלילים בהתאמה אישית בצורה מדרגית, מה שהופך אותו לקפסולה הראשונה בהיקף המכרסמים הניתן לגירוי אופטי לא פולשני. באופן מכריע, היא יכולה לפעול באופן אלחוטי בבעלי חיים הנעים בחופשיות, מה שמאפשר מחקרים שלא היו אפשריים עם גישות קשורות מסורתיות או פולשניות."
ההשלכות נמשכות מעבר למחקר. הטכנולוגיה עשויה להוביל לטיפולים חדשים להפרעות במעיים. "אין לנו באמת סוכנים פרוקינטיים או אנטיקינטיים טובים במיוחד", אמר רמאדי בהתייחס לתרופות המזרזות או מאטות את תנועת הבטן. "יש לנו דברים שבסך הכל מאט או מאיץ את התנועתיות, אך לא ממוקדים."
הפעלה עצבית באזורי מעיים ספציפיים יכולה גם לעורר שינויים הורמונליים המשפיעים על חילוף החומרים, מה שעשוי להציע גישות חדשות לטיפול במחלות מטבוליות והפרעות אכילה.
המכשירים עוברים במערכת העיכול באופן טבעי במשך יומיים עד יומיים. מעבר לטיפול קל, הפלטפורמה יכולה לאפשר גירוי חשמלי ומסירת תרופות ממוקדות. אמנם יישומים קליניים ככל הנראה נותרו משם עשור, אך המחקר מייצג צעד משמעותי להבנת הרשתות העצביות המורכבות של הבטן.
בנוסף לרמדי ואלשרף, מחברי העיתון הם רואן באדר אל-דין, ז'אנסאיה מחמבטובה, העבה נאזר, רחול סינג, קונגהואן אוה, ורוואתי סוקסן מחלוקת ההנדסה של ניו יורק; Maylis Boitet מפעילות הפלטפורמות הטכנולוגיות של NYUAD; ו- Sohmyung HA מחטיבת ההנדסה של NYUAD ו- NYU Tandon.
