Лечение диабета 1 типа и некоторых случаев диабета 2 типа давно требует болезненных и частых инъекций инсулина или механической инсулиновой помпы для инфузии инсулина. Но исследователи из Университета Северной Каролины и штата Северная Каролина разработали то, что могло бы быть гораздо более удобным для пациента вариантом: искусственные клетки, которые автоматически выделяют инсулин в кровоток при повышении уровня глюкозы.
Эти "искусственные бета-клетки" (ABC) имитируют функции естественных регуляторов глюкозы в организме, бета-клеток поджелудочной железы, секретирующих инсулин. Утрата или дисфункция этих клеток вызывает диабет 1 типа и многие случаи диабета 2 типа. Идея состоит в том, что AβC можно вводить пациентам подкожно, которые будут заменяться каждые несколько дней, или с помощью безболезненного одноразового кожного пластыря.
Как сообщают исследователи в Nature Chemical Biology, однократная инъекция ABC мышам с диабетом, лишенным бета-клеток, быстро нормализовала уровни глюкозы в крови животных и поддерживала эти уровни в норме в течение пяти дней.
"В настоящее время наш план заключается в дальнейшей оптимизации и тестировании этих синтетических клеток на более крупных животных, разработке системы доставки для них кожных пластырей и, в конечном итоге, тестировании их на людях с диабетом," сказал главный исследователь Чжэнь Гу, доктор философии, профессор Объединенного государственного департамента биомедицинской инженерии UNC / NC. Гу также работает в Медицинской школе UNC, Фармацевтической школе UNC Eshelman и Центре лечения диабета UNC.
По крайней мере, шесть миллионов человек в Соединенных Штатах используют инсулин для лечения диабета путем инъекций или с помощью механической помпы. До сих пор доставлять инсулин в форме таблеток было сложно, потому что это большая молекула, которая будет разрушена пищеварительными ферментами и кислотами, прежде чем попадет в кровоток.
Однако основная проблема современных методов лечения инсулином заключается не в том, что их нельзя вводить в виде таблеток, а в том, что они не могут автоматически и эффективно контролировать уровень глюкозы в крови, как это делают нормальные секретирующие инсулин клетки поджелудочной железы. Трансплантация клеток поджелудочной железы может решить эту проблему в некоторых случаях. Однако такие клеточные трансплантаты дороги, требуют донорских клеток, которых часто не хватает, требуют иммунодепрессантов и часто не работают из-за разрушения трансплантированных клеток.
Гу и его коллеги исследовали решения проблемы доставки инсулина на протяжении большей части последнего десятилетия. Для этого проекта они использовали особенно амбициозный подход: создание искусственных клеток, которые в значительной степени делают то же самое, что и естественные бета-клетки поджелудочной железы.
ABC Гу сконструированы из упрощенной версии двухслойной липидной мембраны нормальной клетки. Ключевым нововведением является то, что содержат эти клетки: специально разработанные, наполненные инсулином везикулы. Повышение уровня глюкозы в крови приводит к химическим изменениям в покрытии везикул, в результате чего везикулы начинают сливаться с внешней мембраной ABC, высвобождая полезные нагрузки инсулина.
"Это первая демонстрация использования такого процесса слияния везикул для доставки инсулина, в котором используются инсулинсодержащие везикулы, подобные тем, которые обнаруживаются в бета-клетках, и которые могут воспроизводить функции бета-клеток по восприятию глюкозы и реагированию на «секрецию» инсулина," сказал Чжаовей Чен, доктор философии, ведущий автор и научный сотрудник лаборатории Гу.
ABC показали быструю реакцию на избыточный уровень глюкозы в лабораторных тестах и у мышей с диабетом без бета-клеток. "Мыши перешли от гипергликемии к нормогликемии в течение часа, и они оставались нормогликемическими в течение пяти дней после этого," Гу сказал.
Контрольные мыши, которым вводили ABC без инсулина, оставались гипергликемическими.
Гу и его коллеги планируют дальнейшие доклинические испытания и рассчитывают разработать метод безболезненной доставки клеток через кожный пластырь, который можно было бы просто заменить.
Соавтор Джон Буз, доктор медицины, доктор философии, Verne S. Заслуженный профессор Университета Северной Каролины, заведующий отделением эндокринологии и директор Центра лечения диабета Университета Южной Калифорнии, сказал:, "Еще предстоит проделать большую работу по оптимизации этого подхода с использованием искусственных клеток до того, как будут проведены исследования на людях, но эти результаты пока являются замечательным, творческим первым шагом к новому способу решения проблемы диабета с использованием химической инженерии, а не механических насосов или живых организмов. трансплантаты."Гу и его команда также работают отдельно над бесклеточным пластырем на коже "умный инсулиновый пластырь" который определяет уровень глюкозы в крови и выделяет инсулин в кровоток по мере необходимости.