Ingenieure entwickeln eine vibrierende, einnehmbare Kapsel, die bei der Behandlung von Fettleibigkeit helfen könnte

Wenn Sie eine große Mahlzeit zu sich nehmen, sendet Ihr Magen Signale an Ihr Gehirn, die ein Sättigungsgefühl erzeugen, das Ihnen hilft, zu erkennen, dass es Zeit ist, mit dem Essen aufzuhören. Auch ein mit Flüssigkeit gefüllter Magen kann diese Signale senden, weshalb Diätetikern oft empfohlen wird, vor dem Essen ein Glas Wasser zu trinken.

MIT-Ingenieure haben nun einen neuen Weg gefunden, dieses Phänomen auszunutzen, indem sie eine einnehmbare Kapsel verwenden, die im Magen vibriert. Diese Vibrationen aktivieren dieselben Dehnungsrezeptoren, die erkennen, wann der Magen aufgebläht ist, und erzeugen so ein illusorisches Völlegefühl.

Die Arbeit des Teams wird in veröffentlicht Wissenschaftliche Fortschritte.

Bei Tieren, denen diese Pille 20 Minuten vor dem Essen verabreicht wurde, stellten die Forscher fest, dass diese Behandlung nicht nur die Ausschüttung von Hormonen stimulierte, die ein Sättigungsgefühl signalisieren, sondern auch die Nahrungsaufnahme der Tiere um etwa 40 % reduzierte. Wissenschaftler müssen noch viel mehr über die Mechanismen lernen, die das menschliche Körpergewicht beeinflussen, aber wenn weitere Untersuchungen darauf hindeuten, dass diese Technologie sicher beim Menschen eingesetzt werden könnte, könnte eine solche Pille eine minimalinvasive Möglichkeit zur Behandlung von Fettleibigkeit bieten, sagen die Forscher.

„Jemand, der abnehmen oder seinen Appetit kontrollieren möchte, könnte es vor jeder Mahlzeit einnehmen“, sagt Shriya Srinivasan Ph.D., ein ehemaliger MIT-Doktorand und Postdoktorand, der jetzt Assistenzprofessor für Bioingenieurwesen an der Harvard University ist. „Dies könnte insofern wirklich interessant sein, als es eine Option wäre, die die Nebenwirkungen minimieren könnte, die wir bei anderen pharmakologischen Behandlungen auf dem Markt sehen.“

Srinivasan ist der Hauptautor der neuen Studie. Giovanni Traverso, außerordentlicher Professor für Maschinenbau am MIT und Gastroenterologe am Brigham and Women's Hospital, ist der leitende Autor des Artikels.

Ein Gefühl der Fülle

Wenn sich der Magen ausdehnt, spüren spezialisierte Zellen, sogenannte Mechanorezeptoren, diese Dehnung und senden über den Vagusnerv Signale an das Gehirn. Dadurch stimuliert das Gehirn die Produktion von Insulin sowie von Hormonen wie C-Peptid, Pyy und GLP-1. Alle diese Hormone wirken zusammen, um den Menschen dabei zu helfen, ihre Nahrung zu verdauen, sich satt zu fühlen und mit dem Essen aufzuhören. Gleichzeitig sinkt der Spiegel von Ghrelin, einem hungerfördernden Hormon.

Als Doktorand am MIT interessierte sich Srinivasan für die Idee, diesen Prozess durch Vibration zu steuern, indem er die Mechanorezeptoren, die den Magen auskleiden, künstlich dehnt. Frühere Untersuchungen hatten gezeigt, dass Vibrationen, die auf einen Muskel ausgeübt werden, das Gefühl hervorrufen können, dass sich der Muskel weiter gedehnt hat, als er tatsächlich ist.

„Ich habe mich gefragt, ob wir Dehnungsrezeptoren im Magen aktivieren könnten, indem wir sie vibrieren lassen und sie spüren lassen, dass sich der gesamte Magen ausgedehnt hat, um ein illusorisches Gefühl der Ausdehnung zu erzeugen, das Hormone und Essgewohnheiten modulieren könnte“, sagt Srinivasan.

Als Postdoc am Koch Institute for Integrative Cancer Research des MIT arbeitete Srinivasan eng mit Traversos Labor zusammen, das viele neuartige Ansätze für die orale Verabreichung von Medikamenten und elektronischen Geräten entwickelt hat. Für diese Studie haben Srinivasan, Traverso und ein Forscherteam eine Kapsel von der Größe eines Multivitaminpräparats entwickelt, die ein vibrierendes Element enthält. Wenn die Pille, die von einer kleinen Silberoxidbatterie angetrieben wird, den Magen erreicht, lösen saure Magenflüssigkeiten eine gallertartige Membran auf, die die Kapsel bedeckt, und schließen so den elektronischen Schaltkreis, der den Vibrationsmotor aktiviert.

In einer Tierstudie zeigten die Forscher, dass die Pille, sobald sie zu vibrieren beginnt, Mechanorezeptoren aktiviert, die durch Stimulation des Vagusnervs Signale an das Gehirn senden. Die Forscher verfolgten die Hormonspiegel während der Zeiträume, in denen das Gerät vibrierte, und stellten fest, dass sie die Hormonausschüttungsmuster widerspiegelten, die nach einer Mahlzeit beobachtet wurden, selbst wenn die Tiere gefastet hatten.

Anschließend testeten die Forscher die Auswirkungen dieser Stimulation auf den Appetit der Tiere. Sie fanden heraus, dass die Tiere, wenn die Pille etwa 20 Minuten lang aktiviert wurde, bevor ihnen Futter angeboten wurde, im Durchschnitt 40 Prozent weniger fraßen als wenn die Pille nicht aktiviert war. Auch während der Behandlung mit der Vibrationspille nahmen die Tiere langsamer an Gewicht zu.

„Die Verhaltensänderung ist tiefgreifend, und zwar durch die Nutzung des endogenen Systems statt eines exogenen Therapeutikums. Wir haben das Potenzial, einige der Herausforderungen und Kosten, die mit der Verabreichung biologischer Arzneimittel verbunden sind, durch die Modulation des enterischen Nervensystems zu überwinden“, sagt Traverso.

Die aktuelle Version der Pille ist so konzipiert, dass sie nach ihrer Ankunft im Magen etwa 30 Minuten lang vibriert. Die Forscher planen jedoch, die Möglichkeit zu prüfen, sie so anzupassen, dass sie für längere Zeiträume im Magen verbleibt und dort ein- und ausgeschaltet werden könnte drahtlos nach Bedarf. Im Tierversuch passierten die Pillen den Verdauungstrakt innerhalb von vier bis fünf Tagen.

Die Studie ergab außerdem, dass die Tiere keine Anzeichen von Verstopfung, Perforation oder anderen negativen Auswirkungen zeigten, während sich die Pille in ihrem Verdauungstrakt befand.

Ein alternativer Ansatz

Diese Art von Pille könnte eine Alternative zu den aktuellen Ansätzen zur Behandlung von Fettleibigkeit darstellen, sagen die Forscher. Nichtmedizinische Eingriffe wie Diät und Bewegung funktionieren nicht immer und viele der bestehenden medizinischen Eingriffe sind ziemlich invasiv. Dazu gehören Magenbypass-Operationen sowie Magenballons, die in den USA aus Sicherheitsgründen nicht mehr weit verbreitet sind.

Auch Medikamente wie GLP-1-Agonisten können beim Abnehmen helfen, die meisten davon müssen jedoch gespritzt werden und sind für viele Menschen unerschwinglich. Laut Srinivasan könnten die MIT-Kapseln zu einem Preis hergestellt werden, der sie auch Menschen zugänglich machen würde, die keinen Zugang zu teureren Behandlungsmöglichkeiten haben.

„Für viele Bevölkerungsgruppen sind einige der wirksameren Therapien gegen Fettleibigkeit sehr kostspielig. Im Maßstab könnte unser Gerät zu einem recht kostengünstigen Preis hergestellt werden“, sagt sie. „Ich würde gerne sehen, wie sich dadurch die Pflege und Therapie von Menschen in globalen Gesundheitseinrichtungen verändern würde, die möglicherweise keinen Zugang zu einigen der anspruchsvolleren oder teureren Optionen haben, die heute verfügbar sind.“

Die Forscher planen nun, Möglichkeiten zu erkunden, die Herstellung der Kapseln zu steigern, was klinische Studien am Menschen ermöglichen könnte. Solche Studien wären wichtig, um mehr über die Sicherheit der Geräte zu erfahren und um zu bestimmen, wann die Kapsel am besten vor einer Mahlzeit geschluckt werden sollte und wie oft sie verabreicht werden müsste.

Weitere Autoren des Artikels sind Amro Alshareef, Alexandria Hwang, Ceara Byrne, Johannes Kuosmann, Keiko Ishida, Joshua Jenkins, Sabrina Liu, Wiam Abdalla Mohammed Madani, Alison Hayward und Niora Fabian.

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von MIT News (web.mit.edu/newsoffice/) erneut veröffentlicht, einer beliebten Website, die Neuigkeiten über Forschung, Innovation und Lehre des MIT berichtet.