Диабет второго типа: Использование кофе для контроля уровня глюкозы

Диабет второго типа: Использование кофе для контроля уровня глюкозы

Диабет второго типа: Использование кофе для контроля уровня глюкозы

Ученые ETH Цюриха в Швейцарии разработали и протестировали синтетическую генную цепь, которая реагирует на концентрацию кофеина в напитках.

Исследователи вставили схему в клетки и имплантировали их в диабетических мышей.

Они показали, что потребление кофе снижает уровень глюкозы в крови в соответствии с различными дозами кофеина.

Как только кофеин попал в кровоток мышей, он активировал синтетическую цепь генов, что привело к высвобождению этого соединения для снижения уровня глюкозы.

Исследователи сообщают о своих выводах в исследовательском докладе, опубликованном недавно в журнале Nature Communications.

Бремя диабета растет во всем мире

Диабет — это растущая проблема здравоохранения, от которой страдают сотни миллионов людей во всем мире.

Эпидемия в первую очередь обусловлена ростом заболеваемости диабетом 2-го типа, которое возникает, когда клетки теряют способность использовать инсулин для преобразования глюкозы, или сахара в крови, в энергию.

В Соединенных Штатах диагностировано около 23,1 миллиона случаев диабета, подавляющее большинство из которых относится к категории 2. По оценкам, ежегодные расходы на это бремя превышают 245 млрд. долл.

Но даже несмотря на то, что за последние годы лечение значительно продвинулось вперед и может значительно снизить риск осложнений, диабет по-прежнему является седьмой по значимости причиной смерти в США.

Это бремя можно было бы уменьшить, если бы большее число людей достигало целевых показателей лечения, рекомендованных врачами. Эксперты считают, что для решения этой проблемы нам нужны более совершенные «модели оказания помощи».

В настоящее время пациенты должны контролировать уровень глюкозы в крови после каждого приема пищи и оперативно реагировать на любое повышение уровня глюкозы с помощью назначенного лечения.

Синтетическая биология и генные цепи

Исследователи описывают синтетическую биологию как «слияние техники и биологии», которое в последние годы позволило ученым разработать генетические схемы для биомедицинского использования.

Синтетические генные цепи перепрограммируют клетки для использования их существующих механизмов определенным образом.

Одним из примеров этого является разработка «молекулярных переключателей», которые позволяют жестко контролировать иммунные клетки в стремлении сделать лечение рака более безопасным и точным.

При проектировании синтетических генных схем ученые сталкиваются с рядом проблем. К ним относится выбор правильного триггера, чтобы цепь не активировалась по ошибке, и обеспечение того, чтобы реакция была ограничена тем, что требуется, и не вызывала побочных эффектов.

Выработка пептидов, вызванная кофеином

В статье ученые описывают, как они создали «полностью синтетические рецепторы, которые чувствуют кофеин» на уровне, эквивалентном уровню, присутствующему в типичной чашке кофе.

Рецепторы — это белки, которые находятся на поверхности клеток и реагируют только тогда, когда они сталкиваются с определенной молекулой, как уникальный ключ, вставленный в замок. Этот акт связывания вызывает специфическую реакцию внутри клетки.

Здесь триггером является кофеин, а реакцией является производство «синтетического человеческого глюкагоноподобного пептида 1», который представляет собой соединение, используемое при лечении диабета 2-го типа для снижения уровня глюкозы в крови.

Авторы исследования называют генетическую цепь «усовершенствованным регулятором, смоделированным кофеином (C-STAR)». Они протестировали C-STAR, вставив его в «дизайнерские ячейки».

Исследователи протестировали реакцию клеток С-ТАР на различные источники и дозы кофеина в лаборатории, включая коммерческие марки напитков. Они также имплантировали клетки в мышей, которые были выведены для развития диабета 2-го типа.

«Улучшенный контроль глюкозы

Как в клеточных тестах, так и у мышей, имплантированных в клетки C-STAR, присутствие кофеина вызывало обратимое и дозозависимое изменение экспрессии генов.

Сначала команда только что проверила действие триггера, связав его с «геном репортера», который кодировался для протеина, который они могли бы протестировать.

Затем исследовательская группа заменила ген репортера геном, кодирующим «инженерный белок, клинически лицензированный» для лечения диабета 2-го типа, который представляет собой синтетический человеческий пептид глюкагона 1.

После срабатывания цепи клетки вырабатывали пептид 1, похожий на глюкагон. Обработанные мыши показали «существенное улучшение» контроля глюкозы по сравнению с необработанными.

«Терапия, интегрированная с образом жизни

Команда считает, что одним из преимуществ использования кофеина в качестве триггера является то, что он «нетоксичен, недорог и присутствует только в определенных напитках».

Новое исследование показывает, что можно «тонко настроить» лечение на основе синтетических генных схем, чтобы реагировать на повседневные напитки, «такие как чай и кофе, без добавления каких-либо дополнительных химических веществ», отмечают авторы.

Более того, «интегрируя терапию с образом жизни», исследователи предполагают, что такой подход может стать способом заставить пациентов более строго соблюдать схемы лечения, как они делают выводы:

«Основываясь на повседневных культурных привычках, терапия, основанная на таких системах, должна органично вписываться в образ жизни людей и, следовательно, стать ключевым элементом, на котором может строиться новое поколение персонализированной медицины».