많은 양의 식사를 하면 위장이 뇌에 신호를 보내 포만감을 느끼게 되고, 이는 이제 식사를 중단해야 할 때임을 깨닫는 데 도움이 된다. 위장에 액체가 가득 차 있는 경우에도 이러한 메시지가 전달될 수 있으므로 다이어트를 하는 사람들은 식사 전에 물 한 잔을 마시는 것이 좋다.

MIT 엔지니어들은 이제 위에서 진동하는 섭취 가능한 캡슐을 사용하여 이러한 현상을 활용하는 새로운 방법을 고안했다. 이러한 진동은 배가 팽창할 때를 감지하는 동일한 신장 수용체를 활성화하여 포만감이라는 환상을 만들어낸다.

연구진은 먹기 20분 전에 이 알약을 투여한 동물에게 이 치료법이 포만감을 나타내는 호르몬의 방출을 자극했을 뿐만 아니라 동물의 음식 섭취량을 약 40% 감소시켰다는 사실을 발견했다. 과학자들은 인체 체중에 영향을 미치는 메커니즘에 대해 더 많은 것을 알아야 하지만 추가 연구에서 이 기술이 인간에게 안전하게 사용될 수 있다고 제안한다면 그러한 알약은 비만을 치료하는 최소 침습적 방법을 제공할 수 있다고 연구진은 말한다.

"체중 감량이나 식욕 조절을 원하는 사람은 매 식사 전에 복용할 수 있다"고 전 MIT 대학원생이자 박사후 연구원이며 현재 하버드 대학교 생명공학 조교수인 슈리야 스리니바산 PhD '20은 말한다. "이것은 다른 약리학적 치료법에서 볼 수 있는 부작용을 최소화할 수 있는 옵션을 제공한다는 점에서 매우 흥미로울 수 있다."

스리니바산은 최근 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 게재된 새로운 연구의 주요 저자이다. MIT 기계공학 부교수이자 브리검 여성병원 위장병 전문의인 조반니 트라베르소가 이 논문의 수석 저자이다.

포만감

위가 팽창하면 기계 수용체라고 불리는 특수 세포가 늘어나는 것을 감지하고 미주 신경을 통해 뇌에 신호를 보낸다. 결과적으로 뇌는 인슐린뿐만 아니라 C-펩타이드, Pyy, GLP-1과 같은 호르몬의 생성을 자극한다. 이 모든 호르몬은 함께 작용하여 사람들이 음식을 소화하고, 포만감을 느끼고, 식사를 중단하도록 돕는다. 동시에 배고픔을 촉진하는 호르몬인 그렐린 수치도 감소한다.

현재 버전의 알약은 위장에 도달한 후 약 30분 동안 진동하도록 설계되어 있으나 연구자들은 필요에 따라 무선으로 켜고 끌 수 있는 더 오랜 시간 동안 위장에 남아 있도록 적응할 수 있는 가능성을 탐구할 계획이다. (제공: 연구원 제공, MIT 뉴스)

MIT 대학원생인 동안 스리니바산은 진동을 통해 위장에 있는 기계 수용체를 인위적으로 늘려 이 과정을 제어하는 아이디어에 관심을 갖게 되었다. 이전 연구에서는 근육에 진동을 가하면 근육이 실제보다 더 많이 늘어나는 느낌을 유발할 수 있다는 사실이 밝혀졌다.

스리니바산은 “위의 신장 수용체를 진동시켜 위 전체가 확장되었음을 인지하게 하여 호르몬과 식습관을 조절할 수 있는 환상적인 팽창감을 만들어냄으로써 위장의 신장 수용체를 활성화할 수 있는지 궁금했다.”라고 말한다.

MIT의 Koch 통합 암 연구 연구소의 박사후 연구원인 스리니바산은 약물 및 전자 장치의 경구 전달에 대한 많은 새로운 접근 방식을 개발한 트라베르소의 연구실과 긴밀히 협력했다. 이 연구를 위해 스리니바산, 트라베르소 및 연구진은 진동 요소가 포함된 종합 비타민제 크기의 캡슐을 설계했다. 작은 산화 은 배터리로 구동되는 알약이 위에 도달하면 산성 위액이 캡슐을 덮고 있는 젤라틴 막을 용해시켜 진동 모터를 활성화하는 전자 회로를 완성한다.

동물 연구에서 연구원들은 알약이 진동하기 시작하면 미주 신경의 자극을 통해 뇌에 신호를 보내는 기계 수용체를 활성화한다는 것을 보여주었다. 연구자들은 장치가 진동하는 동안 호르몬 수치를 추적한 결과, 동물이 금식했을 때에도 식사 후 나타나는 호르몬 방출 패턴이 반영된다는 사실을 발견했다.

그런 다음 연구자들은 이 자극이 동물의 식욕에 미치는 영향을 테스트했다. 그들은 알약이 활성화되기 전 약 20분 동안 동물에게 음식을 제공했을 때 알약이 활성화되지 않았을 때보다 평균적으로 40% 적은 양의 음식을 섭취한다는 사실을 발견했다. 또한 동물들은 진동 알약으로 치료를 받은 기간 동안 체중이 더 천천히 증가했다.

“행동 변화는 심오하며 이는 외인성 치료법이 아닌 내인성 시스템을 사용하는 것이다. 우리는 장신경계를 조절함으로써 생물학적 약물 전달과 관련된 일부 문제와 비용을 극복할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.”라고 트라베르소는 말한다.

현재 버전의 알약은 위장에 도착한 후 약 30분 동안 진동하도록 설계되었지만, 연구원들은 이 알약이 위장에 더 오랫동안 머물도록 적응하여 켜고 끌 수 있는 가능성을 탐색할 계획이다. 필요에 따라 무선으로. 동물 연구에서 알약은 4~5일 이내에 소화관을 통과했다.

이 연구는 또한 알약이 소화관에 있는 동안 동물이 막힘, 천공 또는 기타 부정적인 영향의 징후를 보이지 않는다는 것을 발견했다.

대체 접근 방식

이러한 유형의 알약은 비만 치료에 대한 현재 접근법에 대한 대안을 제공할 수 있다고 연구원들은 말한다. 다이어트 운동과 같은 비의료적 개입이 항상 효과가 있는 것은 아니며, 기존의 의학적 개입 중 다수는 상당히 침습적이다. 여기에는 위 우회 수술과 위 풍선이 포함되는데, 이는 안전 문제로 인해 미국에서는 더 이상 널리 사용되지 않는다.

GLP-1 작용제와 같은 약물도 체중 감량에 도움이 될 수 있지만, 대부분 주사를 맞아야 하고 많은 사람들이 감당할 수 없는 약물이다. 스리니바산에 따르면 MIT 캡슐은 더 비싼 치료 옵션을 이용할 수 없는 사람들이 사용할 수 있는 비용으로 제조될 수 있다.

“많은 인구의 경우 비만에 대한 보다 효과적인 치료법 중 일부는 비용이 매우 많이 든다. 규모에 따라 우리 장치는 매우 비용 효율적인 가격대로 제조될 수 있다.”라고 그녀는 말한다. "나는 이것이 오늘날 이용 가능한 보다 정교하거나 값비싼 옵션에 접근할 수 없는 전 세계 의료 환경의 사람들을 위한 치료와 치료를 어떻게 변화시킬 수 있는지 보고 싶다."

연구자들은 이제 인간을 대상으로 한 임상 시험을 가능하게 할 수 있는 캡슐 제조 규모를 확대하는 방법을 모색할 계획이다. 이러한 연구는 장치의 안전성에 대해 더 많이 배우고 식사 전에 캡슐을 삼키는 가장 좋은 시간과 투여 빈도를 결정하는 데 중요하다.