محققان با مهندسی سلولهای سازنده ی انسولین توانستند آنها را برای درمان دیابت با نور فعال کنند

1نوامبر 2019- محققان سلولهای بتای پانکراس مهندسی شده ای را تولید کردند که پس از پیوند به موشهای دیابتی، با قرار گرفتن در معرض نور، بیش از دو تا سه برابر سطح معمولی، انسولین تولید کردند. سلولهای بتای قابل فعالسازی با نور، برای جبران کاهش تولید انسولین یا کاهش پاسخ به انسولین موجود در افراد دیابتی طراحی شده اند.این مطالعه که در ACS Synthetic Biology منتشر شده است، نشان می دهد که می توان سطح گلوکز را در یک مدل موش دیابتی بدون مداخله دارویی کنترل کرد.

انسولین هورمونی است که نقش مهمی در کنترل دقیق میزان گلوکز خون - سوخت اساسی مورد استفاده ی سلول ها - دارد. در دیابت نوعدو کهشایع ترین شکل این بیماری است، سلول های بدن در پاسخ به انسولین ناکارآمد می شوند و در نتیجه ، گلوکز موجود در گردش خون می تواند به شدت بالا رفته (هایپرگلیسمی) و خطرناک شود، در حالی که لوزالمعده نمی تواند انسولین کافی را برای جبران این وضعیت تولید کند. در دیابت نوعیک،سلولهای بتا که تنها سلولهای بدن برای تولید انسولین هستند توسط سیستم ایمنی بدن از بین می روند و در نتیجه فرد با فقدان کامل هورمون انسولین روبرو می شود.

درمانهای فعلی شامل استفاده از داروهایی برای افزایش تولید انسولین توسط سلولهای بتا لوزالمعده و یا تزریق مستقیم انسولین برای جبران مقدار پایین انسولین تولید شده ی طبیعی یا فقدان آن است. در هر دو مورد، تنظیم قند خون به یک روش دستی تبدیل می شود، که یا با مداخله دارویی و یا تزریق انسولین، پس از خوانش دوره ای مقدار قند خون، انجام می شود. این روش اغلب منجر به نوسانات قند خون( هیپو و هایپرگلایسمی) می شود که می تواند مضرات طولانی مدتی بهمراه داشته باشد.

محققان در پی ابداع راه جدیدی برای تقویت تولید انسولین و در عین حال مرتبط نمودن میزان انتشار انسولین بر اساس غلظت گلوکز در زمان واقعی در جریان خون، بودند. آنها این کار را با استفاده از یک رویکرد "فوتوژنتیکی" انجام دادند، رویکردی که به تولید پروتئینهایی وابسته است که فعالیت آنها بر اساس تقاضا، با تابش نور قابل تنظیم است. محققان سلولهای بتای لوزالمعده را با ژنی كه آنزیم آدنیلات سیكلاز قابل فعالسازی با نور((PAC[1] را رمزگذاری می كند، مهندسی کردند.هنگامی که PAC در معرض نور آبی قرار گیرد، مولکول آدنوزین مونوفسفات حلقوی (cAMP) را تولید می کند، که به نوبه خود باعث تولید انسولین توسط سلول بتا درتحریک با گلوکز می شود. بدین ترتیب تولید انسولین می تواند دو تا سه برابر افزایش یابد، اما فقط درصورتی که مقدار قند در خون افزایش یابد. هنگامیکه سطح گلوکز در خون پایین باشد، تولید انسولین کم است. این کار از یک نقص متداول و خطرناک در درمان دیابت یعنی افت شدید قند خون یا "هیپوگلایسمی" که در پاسخ به مقدار بیش از حد انسولین اتفاق می افتد، جلوگیری می کند.

محققان دریافتند که پیوند سلولهای بتای لوزالمعده مهندسی شده به زیر پوست موشهای دیابتی منجر به بهبود تحمل و تنظیم گلوکز، کاهش قند خون و انسولین پلاسما در هنگام قرار گرفتن در معرض نور آبی می شود.

پرفسور Tzanakakis، استاد مهندسی شیمی و بیولوژی از دانشکده مهندسی دانشگاه تافتز و نویسنده مسئول این مطالعه گفت: این یک تقلید از روند طبیعی تولید و انتشار انسولین است، اما ما در واقع از نور استفاده می کنیم تا یک سوئیچ بیولوژیکی را روشن و خاموش کنیم. وی ادامه داد: به این ترتیب، ما در زمینه ی دیابت می توانیم به کنترل بهتر و حفظ سطح مناسب تری از گلوکز بدون مداخله ی دارویی دست یابیم. سلولها کار تولید انسولین را به طور طبیعی انجام می دهند و مدارهای نظارتی در آنها به همان شکل کار می کنند. ما فقط مقدارcAMP را بطور موقت در سلول های بتا تقویت می کنیم تا آنها بتوانند در صورت نیاز انسولین بیشتری بسازند.

چراغ آبی به سادگی مانند یک سوئیچ عمل می کند، در حالت عادی، یعنی زمانی که قند خون طبیعی است، خاموش است و در حالت افزایش یا زمانی که قند خون افزایش می یابد، روشن می شود و بر عکس. چنین رویکردهای اپتوژنتیکی با استفاده از پروتئینهای فعال شده با نور برای تعدیل عملکرد سلولها ، در بسیاری از سیستمهای بیولوژیکی مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته اند، این تلاشها برای توسعه ی یک ژانر جدید از درمانها صورت گرفته است.

فن ژانگ، دانشجوی فارغ التحصیل آزمایشگاه پرفسورTzanakakis درTufts و نویسنده اول این مطالعه گفت: استفاده از نور برای كنترل درمان چندین مزیت دارد. بدیهی است که این پاسخ سریع است؛ و مزیت دیگر اینست که با وجود افزایش ترشح انسولین، میزان اکسیژن مصرف شده توسط سلول ها همانطور که مطالعه ما نشان می دهد تغییر قابل توجهی نمی کند، زیرا کمبود اکسیژن یک مشکل شایع در مطالعات مربوط به سلول های پیوندی لوزالمعده است.

منبع:

ACS Synthetic Biology, 2019; 8 (10): 2248 DOI: 10.1021/acssynbio.9b00262

www.sciencedaily.com/releases/2019/11/191101183424.htm