Dublura digitală a axei intestin-creier își propune să îmbunătățească terapiile de neurostimulare
Intestinul și creierul sunt într-o continuă interacțiune, schimbând semnale care reglează senzația de foame și digestia, precum și reacția organismului la stres.
Când această comunicare se întrerupe, consecințele pot include tulburări digestive cronice, ce afectează milioane de oameni la nivel mondial.
Cercetătorii de la Universitatea Lehigh au dezvoltat unul dintre primele modele matematice cuprinzătoare ale circuitului neural ce leagă intestinul de creier pentru a regla funcția stomacului. Această dublură digitală, descrisă într-un articol recent publicat în Frontiers in Physiology, ar putea ajuta cercetătorii să înțeleagă mai bine tulburările ce implică comunicarea afectată între intestin și creier și să accelereze dezvoltarea terapiilor, cum ar fi stimularea nervului vag.
Axul intestin-creier reprezintă o zonă de mare interes în comunitatea medicală, însă până în prezent nu a existat un model matematic clar definit care să capteze funcționarea cantitativă a acestui circuit de comunicare. „Lucrarea noastră reprezintă una dintre primele abordări sistematice pentru construirea unei dubluri digitale care permite cercetătorilor să simuleze acest comportament”, a declarat Mayuresh Kothare.
Axul intestin-creier constituie o autostradă bidirecțională prin care semnalele electrice circulă în ambele direcții, transportând mesaje. Semnalele din intestin ajută creierul să monitorizeze stările fizice precum foamea și sațietatea, în timp ce cele din creier influențează digestia și răspund la factori precum stresul și emoțiile. Comunicarea constantă între aceste sisteme reglează funcția digestivă sănătoasă.
Când comunicarea intestin-creier este întreruptă, tulburările de interacțiune intestin-creier (DGBI) – inclusiv sindromul intestinului iritabil, gastropareza și dispepsia funcțională – pot provoca greață cronică, balonare și dureri abdominale, afectând semnificativ calitatea vieții. Institutele Naționale de Sănătate estimează că, la nivel global, până la 40% dintre adulți experimentează cel puțin una dintre aceste tulburări, dar tratamentele oferite adesea oferă o ușurare limitată.
Pentru că nervul vag servește drept una dintre principalele căi de comunicare între creier și sistemul digestiv, acesta a devenit un obiectiv pentru terapia de stimulare neurală. Prin livrarea de impulsuri electrice controlate pentru a activa nervii, cercetătorii speră să restabilească tiparele sănătoase de semnalizare.
„Dublura noastră digitală este ca un stomac virtual care ne ajută să înțelegem ce se întâmplă atunci când semnalizarea este întreruptă și de ce”, afirmă Shannon Q. Fernandes. „În cele din urmă, aceasta ar putea ajuta cercetătorii să dezvolte terapii de stimulare neurală mai eficiente.”
Proiectul a fost finanțat de NIH prin programul său Stimulating Peripheral Activity to Reduce Conditions (SPARC), care susține software-ul și instrumentele de modelare destinate optimizării terapiilor de neurostimulare. Acest domeniu în expansiune, cunoscut sub numele de medicină bioelectronică, urmărește tratarea bolilor prin utilizarea stimulării electrice țintite a nervilor periferici.
Un tratament potențial de neurostimulare ar putea implica, de exemplu, electrozi alimentați de baterii. Chirurgii i-ar implanta pe un nerv și apoi ar injecta un curent pentru a schimba semnalizarea acelui nerv.
„Studiul acestuia ar necesita studii ample pe animale, urmate de teste pe oameni, care sunt atât costisitoare, cât și consumatoare de timp”, spune Kothare. „Dacă aveți o dublură digitală care reprezintă cu acuratețe sistemul biologic, puteți testa diferite strategii virtual înainte de a trece la experimente. Modelele ca al nostru ajută cercetătorii să se concentreze pe abordările cele mai susceptibile de succes, reducând numărul de experimente necesare.”
Kothare și colaboratorii săi explorează acum direcții suplimentare pentru cercetare. Un obiectiv este dezvoltarea de algoritmi care să determine nivelul precis de stimulare electrică necesar pentru a restabili funcția sănătoasă a semnalelor. Un altul este investigarea unei metode de terapie nonchirurgicale.
„O abordare promițătoare implică un dispozitiv mic purtat în ureche care livrează stimulare electrică”, afirmă acesta. „Aceste semnale activează sistemul auditiv, care este conectat la axa intestin-creier. Aceasta ar putea fi o modalitate noninvazivă de a trata aceste condiții gastrointestinale și de a îmbunătăți calitatea vieții.”
