Инсулин - это гормон, который играет центральную роль в контроле уровня циркулирующей глюкозы. По данным Всемирной федерации диабета (IDF), около 463 миллионов людей имеют сахарный диабет, самой распространенной формой которого является диабет 2 типа. При диабете 2 типа клетки действие инсулина становится менее эффективным (инсулинорезистентность) и, как следствие, уровень глюкозы в крови может повышаться, в то время как поджелудочная железа не может вырабатывать достаточно инсулина для компенсации. При диабете I типа бета-клетки, которые являются единственными клетками в организме, вырабатывающими инсулин, разрушаются иммунной системой, что приводит к полному дефициту гормона.

Современные способы лечения сахарного диабета 2 типа включают введение лекарств, которые увеличивают выработку инсулина бета-клетками поджелудочной железы, или заместительную инсулинотерапию для дополнения собственной секреции производства. В обоих случаях уровень глюкозы регулируется вручную, что часто сопровождается значительными колебаниями уровня глюкозы, которые могут иметь неблагоприятные долгосрочные последствия.

Исследователи стремились разработать новый способ усиления выработки инсулина, сохраняя при этом важную обратную связь в режиме реального времени между секрецией инсулина и уровнем глюкозы в крови. Они достигли этого, используя преимущества «оптогенетики», подхода, основанного на белках, которые изменяют свою активность под воздействием света. В сконструированные методом клеточной инженерии бета-клетки поджелудочной железы был встроен ген, который кодирует фотоактивируемый фермент аденилатциклазу (PAC). При воздействии синего света PAC вырабатывает молекулу циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) который запускает стимулируемую глюкозой выработку инсулина в бета-клетке. Производство инсулина может увеличиться в два-три раза, но только при высоком уровне глюкозы в крови. При низких уровнях глюкозы выработка инсулина остается низкой. Это позволяет избежать общего недостатка лечения диабета, избыточного инсулина, что может привести к опасному снижению уровня глюкозы крови.

Исследователи обнаружили, что пересадка сконструированных бета-клеток поджелудочной железы под кожу мышей с диабетом приводила к улучшению толерантности и регуляции уровня глюкозы, снижению гипергликемии и повышению уровня инсулина в плазме при воздействии синего света.

«Это обратная аналогия, но мы на самом деле используем свет для включения и выключения биологического переключателя», - сказал Эммануэль Цанакакис, профессор химической и биологической инженерии в Школе инженерии в Университете Тафтса и автор исследования. «Таким образом, мы можем помочь лучше контролировать и поддерживать надлежащие уровни глюкозы без фармакологического вмешательства. Клетки выполняют работу по производству инсулина естественным образом, и регуляторные контуры в них работают одинаково; мы просто временно увеличиваем количество цАМФ в бета-клетках, чтобы заставить их вырабатывать больше инсулина только тогда, когда это необходимо".

Синий свет просто включает режим усиления. Такие оптогенетические подходы, использующие активируемые светом белки для модуляции функции клеток, изучаются во многих биологических системах и способствуют разработке новых методов лечения.

«Есть несколько преимуществ использования света для контроля лечения», - сказал Фан Чжан, аспирант лаборатории Цанакакиса в Тафтсе и первый автор исследования. «Очевидно, что реакция является немедленной и, несмотря на повышенную секрецию инсулина, количество кислорода, потребляемого клетками, существенно не изменяется, как показывает наше исследование. Кислородное голодание является распространенной проблемой в исследованиях с участием трансплантированных клеток поджелудочной железы».

---

Источник:Tufts University. "Researchers engineer insulin-producing cells activated by light for diabetes." ScienceDaily. ScienceDaily, 1 November 2019. <www.sciencedaily.com/releases/2019/11/191101183424.htm>.