Имплант под воздействием тока вырабатывает инсулин. Предложен новый метод лечения диабета
Если инсулин будут выделять имплантированные клетки по команде со смартфона, у многих людей, больных диабетом 1 типа, сильно упростится жизнь.
Генетики из Швейцарской высшей технической школы Цюриха создали человеческие клетки, вырабатывающие инсулин под действием небольшого электрического тока. В созданных клетках в ответ на реактивные формы кислорода (ROS) — нестабильные кислородсодержащие радикалы, образующиеся под действием тока, — происходит реакция, в результате которой включается ген, необходимый для выработки инсулина.
В ходе эксперимента ученые имплантировали сконструированные клетки мышам и показали, что клетки выделяют инсулин при подаче тока с помощью акупунктурных игл.
Электрический переключатель генов
Идея использования электричества для управления биологическими процессами возникла еще в 1980-х годах, когда исследователи начали разрабатывать эту концепцию на примере микробов. По словам соавтора работы Мартина Фуссенеггера, ученые работали на человеческих клетках с целью создания «интерфейса между электрическим и генетическим миром». Это может быть использовано для борьбы с генетическими заболеваниями путем включения или выключения определенных генов в имплантированных клетках, что позволит им экспрессировать важные белки.
Пора по-другому взглянуть на диабет
У людей с диабетом 1-го типа практически не вырабатывается инсулин — ключевой гормон, отвечающий за контроль уровня сахара в крови. Способность стимулировать клетки к выработке инсулина по требованию могла бы помочь больным избежать гипергликемии, когда уровень сахара в крови становится опасно высоким.
Фуссенеггер и его коллеги создали клетки, вырабатывающие инсулин, которые можно активировать электрическим током, управляя их реакцией на ROS. Эти токсичные молекулы образуются естественным образом в процессе клеточного метаболизма, но их образование можно индуцировать, подавая на клетки постоянный ток. Но во время окислительного стресса, когда ROS в избытке, они могут атаковать другие молекулы и нарушать нормальное функционирование. Чтобы избежать этого, клетки обычно вырабатывают антиоксидантные белки, нейтрализующие ROS.
В сконструированных клетках ученые «замаскировали» ген, вырабатывающий инсулин, таким образом, чтобы клетка включала его при повышении ROS. Схема работает так: в клетку подается слабый ток — увеличивается ROS — клетка включает ген, который считает антиоксидантным — этот ген вырабатывает инсулин.
Имплантация инсулина
Доказав работоспособность такого подхода, ученые включили перепрограммированные человеческие клетки в устройство, которое имплантировали мышам с гипергликемией. Ток к клеткам, находящимся в капсуле под кожей, подавался с помощью акупунктурных игл. При стимуляции устройства уровень инсулина в крови животных повышался, а уровень сахара в крови нормализовался. Количество выделяемого инсулина можно регулировать, изменяя длительность и силу тока.
Команда надеется, что в будущем эта система может быть адаптирована к носимым медицинским устройствам, управляемым с помощью компьютера или смартфона.