Cukrovka typu 2: Používání kávy pro „kontrolu glukózy“
Jednoho dne mohou lidé s diabetem typu 2 díky syntetické biologii regulovat hladinu cukru v krvi pitím čaje nebo kávy.
Vědci z ETH Curych ve Švýcarsku navrhli a otestovali syntetický genový obvod, který reaguje na koncentrace kofeinu v nápojích.
Toho dosahuje uvolněním sloučeniny ke kontrole glukózy používané k léčbě cukrovky typu 2.
Vědci vložili obvod do buněk a implantovali je do diabetických myší.
Ukázali, že konzumace kávy snížila hladinu glukózy v krvi v souladu s různými dávkami kofeinu.
Jakmile kofein vstoupil do krevního oběhu myší, aktivoval syntetický genový obvod, což způsobilo, že uvolnil sloučeninu a snížil hladinu glukózy.
Vědci uvádějí svá zjištění ve studijním článku publikovaném nedávno v časopise Příroda komunikace.
Celosvětově roste zátěž cukrovky
Cukrovka je rostoucí problém veřejného zdraví, který postihuje stovky milionů lidí na celém světě.
Epidemie je primárně způsobena rostoucí rychlostí diabetu 2. typu, což je stav, který se vyvíjí, když buňky ztrácejí schopnost využívat inzulín k přeměně glukózy nebo krevního cukru na energii.
Ve Spojených státech bylo diagnostikováno přibližně 23,1 milionu případů cukrovky - převážná většina z nich typu 2. Odhadované roční náklady na tuto zátěž přesahují 245 miliard dolarů.
Přestože léčba v posledních letech významně pokročila a může významně snížit riziko komplikací, cukrovka je v USA stále sedmou nejčastější příčinou úmrtí.
Tuto zátěž lze snížit, pokud více jedinců dosáhne cílů léčby doporučených jejich lékaři. Odborníci naznačují, že k řešení problému potřebujeme lepší „modely péče“.
V současné době musí pacienti sledovat hladinu glukózy v krvi po každém jídle a okamžitě reagovat na jakékoli zvýšení předepsanou léčbou.
Syntetická biologie a genové obvody
Vědci popisují syntetickou biologii jako „fúzi mezi inženýrstvím a biologií“, která v posledních letech umožnila vědcům navrhnout genové obvody pro biomedicínské použití.
Syntetické genové obvody přeprogramují buňky tak, aby konkrétním způsobem využívaly své stávající stroje.
Jedním z příkladů je vývoj „molekulárních přepínačů“, které mohou přísně kontrolovat imunitní buňky ve snaze zajistit bezpečnější a přesnější léčbu rakoviny.
Vědci čelí při navrhování syntetických genových obvodů řadě výzev. Mezi nimi je výběr správného spouštěče, aby se obvod omylem neaktivoval, a zajištění, že odezva je omezena na to, co je požadováno, a nepřináší vedlejší účinky.
Produkce peptidu vyvolaná kofeinem
V článku vědci popisují, jak vytvořili „plně syntetické receptory, které vnímají kofein“ na úrovních ekvivalentních hladinám přítomným v typickém šálku kávy.
Receptory jsou proteiny, které sedí na povrchu buněk a reagují pouze tehdy, když narazí na konkrétní molekulu, jako je jedinečný klíč vložený do zámku. Tato vazba spouští specifickou reakci uvnitř buňky.
Zde je spouštěč kofein a reakcí je produkce „syntetického lidského glukagonu podobného peptidu 1“, což je sloučenina používaná při léčbě cukrovky typu 2 ke snížení hladiny glukózy v krvi.
Autoři studie nazývají genetický obvod „kofeinem stimulovaným pokročilým regulátorem (C-STAR)“. Testovali C-STAR vložením do „návrhářských buněk“.
Vědci testovali v laboratoři reakci buněk C-STAR na různé zdroje a dávky kofeinu, včetně komerčních značek nápojů. Také implantovali buňky do myší, které byly chovány pro vývoj diabetu 2. typu.
„Vylepšená kontrola glukózy“
V buněčných testech i u myší implantovaných do buněk C-STAR spustila přítomnost kofeinu reverzibilní a na dávce závislou změnu genové exprese.
Nejprve tým testoval účinek spouště pomocí propojení s „reportérovým genem“, který kódoval protein, který mohli testovat.
Poté výzkumný tým nahradil reportérový gen genem, který kóduje „geneticky upravený protein s klinickou licencí“ pro léčbu cukrovky typu 2, což je syntetický lidský glukagonový peptid 1.
Po spuštění obvod způsobil, že buňky produkovaly peptid podobný glukagonu 1. Ošetřené myši vykazovaly „podstatně zlepšenou“ kontrolu glukózy ve srovnání s neošetřenými kontrolami.
„Terapie integrovaná do životního stylu“
Tým naznačuje, že jednou z výhod používání kofeinu jako spouštěče je, že je „netoxický, levný a je přítomen pouze ve specifických nápojích.“
Nová studie ukazuje, že je možné „vyladit“ léčbu založenou na syntetických genových okruzích tak, aby reagovala na každodenní nápoje „jako čaj a káva“ bez doplňování jakýchkoli dalších chemikálií, “poznamenávají autoři.
Kromě toho „integrací terapie s životním stylem“ vědci naznačují, že přístup by mohl být způsobem, jak přimět pacienty k snadnějšímu dodržování léčebných režimů, jak uzavírají:
„Terapie založené na těchto systémech, vydělávající na rutinních kulturních návycích, by se měly bezproblémově integrovat do životního stylu lidí, a proto by mohly být klíčovým pilířem, na kterém může stavět nová generace personalizované medicíny.“
