Ερευνητές του Tufts University (ΗΠΑ), μεταξύ των οποίων και ένας Έλληνας επιστήμονας, μεταμόσχευσαν ειδικά τροποποιημένα παγκρεατικά β’ κύτταρα σε διαβητικά ποντίκια, και μετά τα έκαναν να παράγουν πάνω από δύο με τρεις φορές περισσότερη ινσουλίνη από ό,τι κανονικά, εκθέτοντάς τα σε φως. Τα συγκεκριμένα αυτά κύτταρα είναι σχεδιασμένα να αντισταθμίζουν τη μικρότερη παραγωγή ινσουλίνης ή τη μειωμένη αντίδραση στην ινσουλίνη που παρατηρείται στους διαβητικούς, ανοίγοντας πιθανώς νέους ορίζοντες στην αντιμετώπιση του διαβήτη.
Η μελέτη αυτή, που δημοσιεύτηκε στο ACS Synthetic Biology, δείχνει πως τα επίπεδα γλυκόζης μπορούν να ελεγχθούν στο «μοντέλο» του διαβήτη στα ποντίκια χωρίς φαρμακολογική παρέμβαση.
Η ινσουλίνη είναι μια ορμόνη που παίζει σημαντικό ρόλο στον έλεγχο των επιπέδων της γλυκόζης στον οργανισμό. Στον διαβήτη τύπου 2- που θεωρείται η πιο κοινή μορφή του- τα κύτταρα του σώματος γίνονται αναποτελεσματικά ως προς την ανταπόκρισή τους στην ινσουλίνη, και, ως εκ τούτου, τα επίπεδα της γλυκόζης μπορούν να φτάσουν σε επικίνδυνα ύψη (υπεργλυκαιμία) ενώ το πάγκρεας δεν μπορεί να παράγει επαρκή ινσουλίνη για να το αντισταθμίσει αυτό. Στον διαβήτη τύπου 1, τα β’ κύτταρα, τα οποία είναι τα μόνα κύτταρα στο σώμα που παράγουν ινσουλίνη, καταστρέφονται από το ανοσοποιητικό σύστημα, με αποτέλεσμα την πλήρη έλλειψη της ορμόνης.
Οι ερευνητές επιδίωξαν να αναπτύξουν έναν νέο τρόπο ενίσχυσης της παραγωγής ινσουλίνης, διατηρώντας παράλληλα σύνδεση σε πραγματικό χρόνο μεταξύ της απελευθέρωσης ινσουλίνης και της συγκέντρωσης γλυκόζης στο αίμα. Το πέτυχαν αυτό αξιοποιώντας την οπτογενετική, με μια προσέγγιση η οποία βασίζεται σε πρωτεΐνες που αλλάζουν κατά βούληση τη δραστηριότητά τους, μέσω φωτός.
Παγκρεατικά β’ κύτταρα τροποποιήθηκαν με ένα γονίδιο το οποίο κωδικοποιεί ένα ένζυμο (PAC- photoactivatable adenylate cyclase). Το PAC παράγει το μόριο cAMP (molecule cyclic adenosine monophosphate) όταν εκτίθεται σε μπλε φως, που με τη σειρά του αυξάνει την παραγωγή ινσουλίνης στα β’ κύτταρα. Η παραγωγή μπορεί να αυξηθεί δύο με τρεις φορές, αλλά μόνο όταν η ποσότητα γλυκόζης στο αίμα είναι υψηλή. Σε χαμηλά επίπεδα γλυκόζης, η παραγωγή ινσουλίνης παραμένει χαμηλά. Αυτό αποφεύγει ένα κοινό πρόβλημα σε τρόπους θεραπείας/ αντιμετώπισης διαβήτη, που παρουσιάζουν την τάση να «υπερβάλλουν» ως προς την έκθεση σε ινσουλίνη και αφήνουν τον ασθενή με υπογλυκαιμία.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν πως η μεταμόσχευση των τροποποιημένων αυτών κυττάρων κάτω από το δέρμα των ποντικιών οδήγησε σε καλύτερη ανοχή και ρύθμιση της γλυκόζης, μείωση της υπεργλυκαιμίας και υψηλότερα επίπεδα ινσουλίνης πλάσματος, όταν υποβάλλονται σε φωτισμό με μπλε φως.
«Πρακτικά χρησιμοποιούμε φως για να ανοίγουμε και να κλείνουμε έναν βιολογικό διακόπτη» είπε ο Εμμανουήλ Τζανακάκης, καθηγητής χημικής και βιολογικής μηχανικής στο Tufts University και corresponding author της μελέτης. «Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να βοηθήσουμε, ως προς τον διαβήτη, στον καλύτερο έλεγχο και τη διατήρηση κατάλληλων επιπέδων γλυκόζης, χωρίς φαρμακολογική παρέμβαση. Τα κύτταρα κάνουν τη δουλειά της παραγωγής ινσουλίνης φυσικά και τα ρυθμιστικά κυκλώματα εντός τους κάνουν το ίδιο, εμείς απλά ενισχύουμε την ποσότητα του cAMP προσωρινά στα β’ κύτταρα για να τα βάζουμε να παράγουν περισσότερη ινσουλίνη, μόνο όταν χρειάζεται».
Το μπλε φως απλά «γυρνά τον διακόπτη» από την κανονική κατάσταση σε κατάσταση «ενίσχυσης». Τέτοιου είδους οπτογενετικές προσεγγίσεις, που χρησιμοποιούν ενεργοποιούμενες μέσω φωτός πρωτεΐνες για τη ρύθμιση της λειτουργίας των κυττάρων διερευνώνται σε πολλά βιολογικά συστήματα, και έχουν βοηθήσει τις προσπάθειες προς την κατεύθυνση της ανάπτυξης μιας νέας γενιάς θεραπειών.
