Достижение генной инженерии в лечении при сахарном диабете

Сахарный диабет: пути лечения

Фармакологическая индукция стимулированной глюкозой секреции инсулина, например для преодоления резистентности при сахарном диабете 2-го типа, отличается недостаточно физиологическим ритмом регуляции гликемии.В экспериментах с культурами β-клеток, экспрессирующих фоточувствительную аденилатциклазу, ранее была доказана возможность глюкозостимулированной секреции инсулина в результате потенциации клеточной активности световыми импульсами. Однако до сих пор оставались неизвестными возможности фотоактивации аденилатциклазы с последующим усилением секреции инсулина в регуляции диабетических состояний и инсулинорезистентности.

В недавнем исследовании научные сотрудники кафедры химической и биологической инженерии Университета Тафтса (Department of Chemical and Biological Engineering, Tufts University), США, сообщили о результатах успешной трансплантации генетически модифицированных β-клеток лабораторным животным с моделированным сахарным диабетом. инсулина под влиянием фотостимулов. Регуляция эндокринной активности панкреатических клеток световыми импульсами позволила повысить уровень секреции инсулина в 2–3 раза, не прибегая к методам фармакологического вмешательства. Первые выводы доклинических экспериментов позволили ученым предположить возможность будущего применения такого метода для компенсации сниженной инсулиновой реакции у лиц с предиабетическими состояниями и сахарным диабетом.

Результаты исследования опубликованы в издании «ACS Synthetic Biology» 13 сентября 2019 г.

Инсулин — гормон, играющий центральную роль в регуляции гликемии. По данным Центров контроля и профилактики заболеваний (Centers for Disease Control and Prevention), в США в настоящее время около 30 млн американцев имеют подтвержденный диагноз сахарного диабета. Сахарный диабет 2-го типа – наиболее распространенная форма заболевания – наблюдается нечувствительность клеток организма к воздействиям инсулина, вследствие чего уровень глюкозы в крови может достигать опасно высоких показателей, при этом компенсаторные возможности поджелудочной железы прогрессивно снижаются. При сахарном диабете 1-го типа наблюдаются процессы аутоиммунной деструкции панкреатических β-клеток, что приводит к абсолютной инсулиновой недостаточности.

Современные методы лечения предполагают применение лекарственных средств, усиливающих продукцию инсулина β-клетками поджелудочной железы, или прямую заместительную терапию инсулином, что дополняет физиологический синтез гормона. В каждом из возможных вариантов регуляция содержания глюкозы крови является механическим процессом, при котором фармакологическое вмешательство с применением пероральных лекарственных средств или введением инсулина происходит после периодических измерений гликемии. В то же время, именно механический подход является основным источником неконтролируемых колебаний уровня глюкозы в крови с дальнейшим развитием долговременных негативных последствий.

Оптогенетика – новое терапевтическое направление в лечении сахарного диабета

В представленном опытном проекте авторы имели целью разработку нового способа активации синтеза инсулина, сохраняя при этом важную связь в режиме реального времени между высвобождением инсулина и концентрацией глюкозы в крови. Достижение этого стало возможным благодаря возможностям опптогенетики — генетического подхода с использованием протеинов, которые изменяют свою активность по требованию, реагируя на световые импульсы. Учитывая этот аспект, исследователи сконструировали β-клетки с геном, экспрессирующим фоточувствительную аденилатциклазу. Активность аденилатциклазы обуславливает повышение уровня циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) при действии синего света, влияние которого, в свою очередь, способствует стимулированному глюкозой синтеза инсулина в β-клетках. Установлено, что синтез инсулина может возрастать до 2–3 раз, но только при высоких уровнях глюкозы крови. При незначительной гликемии продукция инсулина остается низкой. Такое влияние позволяет предотвратить и избежать общих недостатков лечения при сахарном диабете за счет передозировки инсулина и дальнейшего снижения уровня глюкозы крови до опасно низких значений.

Клиническое значение

По результатам экспериментального исследования установлено, что проведение подкожной трансплантации модифицированных β-клеток лабораторным грызунам с моделированным сахарным диабетом способствует улучшению толерантности и регуляции уровня глюкозы, снижению показателей гликемии и повышению уровня инсулина в плазме крови при воздействии импульсов синего света. Представленный метод демонстрирует возможности лучшего контроля и поддержания надлежащих показателей гликемии без дополнительных фармакологических вмешательств. Таким образом, клетки синтезируют инсулин естественным путем, поддерживая устойчивый ритм функциональной активности регуляторных контуров.

Предлагаемый способ позволяет лишь временно повышать содержание внутриклеточного цАМФ с целью стимуляции продукции ими инсулина по физиологическому требованию. Воздействие импульсов синего света, по словам исследователей, оказывает простое обратимое действие, временно переключая физиологический ритм β-клеток в режим усиленной функциональности. Акцентируя внимание на значении проведенного исследования, авторы указали на то, что возможности оптогенетических подходов, основанных на активности светочувствительных протеинов, сейчас изучаются во многих физиологических системах и эффективно стимулируют усилия по разработке терапевтических направлений нового поколения.

Присоединяйтесь к нам вViber-сообществу, Telegram-каналы, Instagram, на страницеFacebook , а такжеTwitter, чтобы первыми получать самые свежие и самые актуальные новости из мира медицины.

• Zhang F., Tzanakakis E.S. (2019) Amelioration diabetes in murine model upon transplantation pancreatic β-Cells with optogenetic control cyclic adenosin monophosphate. ACS Synth. Biol., 8 (10): 2248-2255. DOI: 10.1021/acssynbio.9b00262.

Наталья Савельева-Кулик