撰文 | 王聰

在當今社會，隨著經濟發展和生活水平的提高，在全世界範圍內，肥胖已經成為了一個主要公共健康問題。據世界衛生組織（WHO）統計，全球有近20億人超重或肥胖，從1975到2016年，全球肥胖率翻了近3倍，每年因超重或肥胖導致的死亡高達280萬。

實際上，肥胖既是一種特徵，也是一種疾病，肥胖的人不僅生活不便、運動能力下降，還更易患代謝性疾病和心腦血管疾病，此外，許多研究表明，肥胖與十多種癌症的發病風險增加和預後及生存率降低有關。

對於那些由於肥胖導致嚴重健康問題的人，胃旁路手術往往成了最後的選擇，該手術將患者的胃分成上下兩部分，用於容納食物的只有原來胃部的1/6-1/10，然後在小胃的切口處開一條“岔路”，接上擷取的一段小腸，重新排列小腸的位置，改變食物經過消化道的途徑，減緩胃排空速度，縮短小腸，降低吸收，從而達到減肥的目的。

胃旁路手術涉及對胃和小腸結構的改變，手術複雜，具有很大的侵入性，且患者術後需要很長的恢復時間。

近日，德州農工大學、華盛頓大學的研究團隊在 Nature 子刊 Nature Communications 雜誌發表了題為：Organ-specific, multimodal, wireless optoelectronics for high-throughput phenotyping of peripheral neural pathways 的研究論文。

研究開發了一種釐米大小的無線裝置，僅需最簡單的手術植入，使用遠端射頻源進行外部控制，透過光刺激胃中迷走神經末梢，讓人產生飽腹感，從而幫助減肥。

肥胖已經成為一種全球大流行疾病，僅僅在美國，肥胖帶來的健康問題每年要花費1470億美元。此外，肥胖會大大增加糖尿病、心臟病甚至某些癌症等慢性疾病的風險。

迷走神經提供了從胃壁到大腦的飽腹感資訊，近年來，迷走神經成為了廣受關注的治療肥胖靶標。而且已經有了一些醫療裝置可以透過刺激迷走神經末梢幫助抑制飢餓感。但這些裝置都被設計的跟起搏器類似，透過連線電線，產生電流刺激來啟用迷走神經末梢。

如今，無線技術及先進的遺傳學和光學工具的應用，可能給神經刺激裝置帶來革命性改變，讓操作不再那麼麻煩，同時患者的體驗也更舒服。

儘管無線裝置具有許多臨床益處，但迄今為止，還沒有任何一種裝置能夠對除大腦以外的其他器官內部的神經元活動進行長期且持久的細胞型別特異性操縱。

為了突破這一難題，研究團隊想到了光遺傳學方法，首先透過AAV病毒載體向胃中特定迷走神經末端匯入ChR2光敏感蛋白基因。

光遺傳學，是將外源光敏感蛋白基因匯入活細胞中，在細胞膜結構上表達了光敏感通道蛋白，然後透過特定波長光的照射，控制細胞膜結構上的光敏感通道蛋白的啟用與關閉。這種技術，可以透過光學方法無損傷或低損傷地控制特異神經元的活動。

研究團隊設計了一個微型的槳狀裝置，並在其固定於胃部的柔性軸末端附近插入了微型LED。在裝置的頭部（接收器）中，裝有與外部射頻源進行無線通訊所需的微晶片，接收器還配備了產生微小電流以為LED供電的功能。

研究人員表明，當開啟射頻源時，來自LED的光可以有效地抑制飢餓感。

在這項研究中，研究團隊驚訝地發現，協調飢餓抑制的生物學機制與傳統知識不同。之前人們普遍認為，當胃部被裝滿時，胃壁會擴張，胃壁擴張的資訊會由迷走神經上的機械感受器傳遞到大腦，讓大腦產生飽腹感，從而抑制飢餓。

這項研究則表明，刺激那些對食物中的化學物質有反應的非伸展性受體，即使在胃部沒有擴張的情況下，也可能會產生飽腹感。

研究團隊開發的這個裝置在幾乎不進行任何改動的情況下，就可以操縱整個胃腸道的神經末梢。

這種基於無線光遺傳學的微型裝置，能夠透過控制食慾，從而幫助減肥，而且該裝置還能實現低成本，高通量和精確控制外周神經迴路，實現對行為和生理的長期監測。

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41467-020-20421-8