Цукровий діабет: шляхи лікування
Фармакологічна індукція стимульованої глюкозою секреції інсуліну, наприклад для подолання резистентності при цукровому діабеті 2-го типу, відрізняється недостатньо фізіологічним ритмом регуляції глікемії. В експериментах із культурами β-клітин, які експресують фоточутливу аденілатциклазу, раніше було доведено можливість глюкозостимульованої секреції інсуліну внаслідок потенціації клітинної активності світловими імпульсами. Однак донині залишалися невідомим можливості фотоактивації аденілатциклази з подальшим підсиленням секреції інсуліну в регуляції діабетичних станів та інсулінорезистентності.
У нещодавньому дослідженні наукові співробітники кафедри хімічної та біологічної інженерії Університету Тафтса (Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University), США, повідомили про результати успішної трансплантації генетично модифікованих β-клітин лабораторним тваринам із модельованим цукровим діабетом з подальшою індукцією синтезу ними інсуліну під впливом фотостимулів. Регуляція ендокринної активності панкреатичних клітин світловими імпульсами дозволила підвищити рівень секреції інсуліну в 2–3 рази, не вдаючись до методів фармакологічного втручання. Перші висновки доклінічних експериментів дозволили вченим висловити припущення про можливість майбутнього застосування такого методу для компенсації зниженої інсулінової реакції у осіб з предіабетичними станами та цукровим діабетом.
Результати дослідження опубліковані у виданні «ACS Synthetic Biology» 13 вересня 2019 р.
Інсулін — гормон, який відіграє центральну роль в регуляції глікемії. За даними Центрів контролю та профілактики захворювань (Centers for Disease Control and Prevention), США, нині близько 30 млн американців мають підтверджений діагноз цукрового діабету. Цукровий діабет 2-го типу — найпоширеніша форма захворювання — спостерігається нечутливість клітин організму до впливів інсуліну, внаслідок чого рівень глюкози у крові може сягати небезпечно високих показників, при цьому компенсаторні можливості підшлункової залози прогресивно знижуються. Натомість за умов цукрового діабету 1-го типу спостерігаються процеси аутоімунної деструкції панкреатичних β-клітин , що призводить до абсолютної інсулінової недостатності.
Сучасні методи лікування передбачають застосування лікарських засобів, які підсилюють продукцію інсуліну β-клітинами підшлункової залози, або пряму замісну терапію інсуліном, що доповнює фізіологічний синтез гормону. В кожному з можливих варіантів регуляція вмісту глюкози крові є механічним процесом, за якого фармакологічне втручання із застосуванням пероральних лікарських засобів чи введенням інсуліну відбувається після періодичних вимірювань глікемії. Водночас саме механічний підхід є основним джерелом неконтрольованих коливань рівня глюкози у крові з подальшим розвитком довготривалих негативних наслідків.
Оптогенетика – новий терапевтичний напрям у лікуванні цукрового діабету
У представленому дослідному проекті автори мали на меті розроблення нового способу активації синтезу інсуліну, зберігаючи при цьому важливий зв’язок у режимі реального часу між вивільненням інсуліну та концентрацією глюкози в крові. Досягнення цього стало можливим завдяки можливостям оптогенетики — генетичного підходу з використанням протеїнів, які змінюють свою активність на вимогу, реагуючи на світлові імпульси. Враховуючи цей аспект, дослідники сконструювали β-клітини з геном, який експресує фоточутливу аденілатциклазу. Активність аденілатциклази зумовлює підвищення рівня циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ) при дії синього світла, вплив якого, у свою чергу, сприяє стимульованому глюкозою синтезу інсуліну в β-клітинах. Встановлено, що синтез інсуліну може зростати до 2–3 разів, але лише за умов високих рівнів глюкози крові. При незначній глікемії продукція інсуліну залишається низькою. Такий вплив дозволяє запобігти та уникнути загальних недоліків лікування при цукровому діабеті за рахунок передозування інсуліну та подальшого зниження рівня глюкози крові до небезпечно низьких значень.
Клінічне значення
За результатами експериментального дослідження встановлено, що проведення підшкірної трансплантації модифікованих β-клітин лабораторним гризунам із модельованим цукровим діабетом сприяє покращенню толерантності та регуляції рівня глюкози, зниженню показників глікемії та підвищенню рівня інсуліну в плазмі крові при впливі імпульсів синього світла. Представлений метод демонструє можливості кращого контролю та підтримки належних показників глікемії без додаткових фармакологічних втручань. У такий спосіб клітини синтезують інсулін природнім шляхом, підтримуючи сталий ритм функціональної активності регуляторних контурів.
Запропонований спосіб дозволяє лише тимчасово підвищувати вміст внутрішньоклітинного цАМФ з метою стимуляції продукції ними інсуліну на фізіологічну вимогу. Вплив імпульсів синього світла, за словами дослідників, чинить просту оборотну дію, тимчасово переключаючи фізіологічний ритм β-клітин у режим посиленої функціональності. Акцентуючи увагу на значенні проведеного дослідження, автори вказали на те, що можливості оптогенетичних підходів, заснованих на активності світлочутливих протеїнів, нині вивчаються у багатьох фізіологічних системах та ефективно стимулюють зусилля щодо розроблення терапевтичних напрямків нового покоління.
Долучайтеся до нас у Viber-спільноті, Telegram-каналі, Instagram, на сторінці Facebook, а також Twitter, щоб першими отримувати найсвіжіші та найактуальніші новини зі світу медицини.
- Zhang F., Tzanakakis E.S. (2019) Amelioration of diabetes in a murine model upon transplantation of pancreatic β-Cells with optogenetic control of cyclic adenosine monophosphate. ACS Synth. Biol., 8 (10): 2248–2255. DOI: 10.1021/acssynbio.9b00262.
Наталія Савельєва-Кулик
