Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Tufts στις ΗΠΑ μεταμόσχευσαν ειδικά τροποποιημένα βήτα κύτταρα σε διαβητικά ποντίκια, τα οποία στη συνέχεια εξέθεσαν σε φως, αναγκάζοντάς τα να παράγουν δύο με τρεις φορές περισσότερη ινσουλίνη. Τα κύτταρα αυτά που τροποποιούνται με τη χρήση φωτός έχουν σχεδιαστεί ώστε να αντισταθμίζουν τη μειωμένη αντίδραση στην ινσουλίνη που παρουσιάζουν οι άνθρωποι που πάσχουν από διαβήτη. Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στο ACS Synthetic Biology, δείχνει ότι τα επίπεδα γλυκόζης μπορούν να ελεγχθούν στα ποντίκια χωρίς τη χρήση φαρμάκων.
Με αυτόν τον τρόπο, οι ερευνητές προσπάθησαν να βρουν έναν νέο τρόπο να ενισχύσουν την παραγωγή ινσουλίνης διατηρώντας ταυτόχρονα την πραγματική συσχέτιση χρόνου μεταξύ της έκχυσης της ινσουλίνης και της συγκέντρωσης γλυκόζης στο αίμα. Αυτό το πέτυχαν με την εκμετάλλευση της “οπτογενετικής” μιας προσέγγισης που βασίζεται σε πρωτεΐνες που αλλάζουν δραστηριότητα ανάλογα με το φως. Τα παγκρεατικά κύτταρα τροποποιήθηκαν με ένα γονίδιο που κωδικοποιεί ένα ένζυμο αδενυλικής κυκλάσης που ενεργοποιείται με το φως (Photoactivatable Adenylate Cyclase – PAC). Το ένζυμο αυτό όταν εκτεθεί σε μπλε φως παράγει το μόριο κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη (cyclic adenosine monophosphate – cAMP), και αυτό με τη σειρά του αυξάνει την παραγωγή ινσουλίνης στα βήτα κύτταρα.
Η παραγωγή της ινσουλίνης μπορεί να αυξηθεί δύο με τρεις φορές, μονάχα όμως όταν η ποσότητα της γλυκόζης είναι υψηλή. Όταν τα επίπεδα της γλυκόζης είναι χαμηλά, και η παραγωγή της ινσουλίνης παραμένει χαμηλή. Έτσι αποφεύγεται ένα συνηθισμένο πρόβλημα που δημιουργούν οι θεραπείες του διαβήτη όταν λαμβάνεται υπερβολικά μεγάλη ποσότητα ινσουλίνης και ως αποτέλεσμα προκαλείται επεισόδιο υπογλυκαιμίας.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι με τη μεταμόσχευση των τροποποιημένων παγκρεατικών βήτα κυττάρων κάτω από το δέρμα διαβητικών ποντικιών και με την έκθεση τους σε μπλε φως, παρατηρήθηκε βελτίωση στην ανοχή και τη ρύθμιση της γλυκόζης, μειώθηκαν τα περιστατικά υπογλυκαιμίας και ανέβηκαν τα επίπεδα ινσουλίνης πλάσματος.
“Η αναλογία είναι αντίστροφη, χρησιμοποιούμε φως για να ανοιγοκλείσουμε έναν βιολογικό διακόπτη”, είπε ο Εμμανουήλ Τζανακάκης, καθηγητής χημικής και βιολογικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Tufts και συγγραφέας της έκθεσης. “Έτσι μπορούμε να βοηθήσουμε στον καλύτερο έλεγχο και στη διατήρηση κατάλληλων επιπέδων γλυκόζης χωρίς φαρμακολογική επέμβαση. Τα κύτταρα παράγουν την ινσουλίνη φυσικά και τα ελεγκτικά τους κυκλώματα λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο. Εμείς απλά ενισχύουμε περιστασιακά την ποσότητα των CAMP στα βήτα κύτταρα ώστε να τα ωθήσουμε να παράγουν περισσότερη ινσουλίνη μόνο όταν χρειάζεται.”
Το μπλε φως απλώς αλλάζει τη λειτουργία από απλή σε ενισχυμένη. Τέτοιου είδους οπτογενετικές προσεγγίσεις που εκμεταλλεύονται πρωτεΐνες που ενεργοποιούνται με το φως για την τροποποίηση της λειτουργίας των κυττάρων διερευνώνται σε πολλά βιολογικά συστήματα και έχουν δώσει δώσει ώθηση σε προσπάθειες που γίνονται για την ανάπτυξη μιας νέας γενιάς θεραπειών.
“Υπάρχουν πολλά προτερήματα στη χρήση φωτός για τον έλεγχο της θεραπείας,” είπε ο Fan Zhang, απόφοιτος του εργαστηρίου του Τζανακάκη στο Tufts και επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας. “Προφανώς η απόκριση είναι άμεση. Και, όπως αποδεικνύει η έρευνά μας, παρά την αυξημένη έγχυση ινσουλίνης, η ποσότητα του οξυγόνου που καταναλώνουν τα κύτταρα δεν μεταβάλλεται σημαντικά. Η έλλειψη οξυγόνου είναι ένα σύνηθες πρόβλημα που αντιμετωπίζεται σε έρευνες που σχετίζονται με τη μεταμόσχευση παργκρεατικών κυττάρων.”
Πηγή: phys.org
