Stimulation of the hepatoportal nerve plexus with focused ultrasound restores glucose homoeostasis in diabetic mice, rats and swine

平衡 葡萄糖稳态 内分泌学 内科学 刺激 神经刺激 糖尿病 医学 胰岛素抵抗
作者
Victoria Cotero,John Graf,Hiromi Miwa,Zall Hirschstein,Khaled Qanud,Tomás Huerta,Ningwen Tai,Yuyan Ding,Kevin Jimenez-Cowell,Jacquelyn N. Tomaio,Weiguo Song,Alex Devarajan,Téa Tsaava,Radhika Madhavan,Kirk Wallace,Evelina Loghin,Christine A. Morton,Ying Fan,Tzu‐Jen Kao,Kainat Akhtar
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Springer Nature]
卷期号:6 (6): 683-705 被引量:54
标识
DOI:10.1038/s41551-022-00870-w
摘要

Peripheral neurons that sense glucose relay signals of glucose availability to integrative clusters of neurons in the brain. However, the roles of such signalling pathways in the maintenance of glucose homoeostasis and their contribution to disease are unknown. Here we show that the selective activation of the nerve plexus of the hepatic portal system via peripheral focused ultrasound stimulation (pFUS) improves glucose homoeostasis in mice and rats with insulin-resistant diabetes and in swine subject to hyperinsulinemic-euglycaemic clamps. pFUS modulated the activity of sensory projections to the hypothalamus, altered the concentrations of metabolism-regulating neurotransmitters, and enhanced glucose tolerance and utilization in the three species, whereas physical transection or chemical blocking of the liver–brain nerve pathway abolished the effect of pFUS on glucose tolerance. Longitudinal multi-omic profiling of metabolic tissues from the treated animals confirmed pFUS-induced modifications of key metabolic functions in liver, pancreas, muscle, adipose, kidney and intestinal tissues. Non-invasive ultrasound activation of afferent autonomic nerves may represent a non-pharmacologic therapy for the restoration of glucose homoeostasis in type-2 diabetes and other metabolic diseases. Selective activation of the hepatoportal nerve plexus via peripheral focused ultrasound stimulation improves glucose homoeostasis and enhances glucose tolerance and utilization in rodent models of diabetes and in swine.
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