انقلابی در درمان دیابت: نانوذرات انسولین ممکن است به گزینه ای بجای تزریق انسولین برای بیماران دیابتی تبدیل شود

12ژانویه 2021- دانشمندان در دانشگاه فناوری Nanyang سنگاپور(NTU  سنگاپور)، نوعی نانوذرات حاوی انسولین تولید کرده اند که ممکن است روزی مبنای داروی خوراکی برای جایگزینی با انسولین تزریقی برای بیماران دیابتی شود.

محققان در یک مطالعه ی پیش بالینی، موش ها را با نانوذرات حاوی انسولین تغذیه کردند و دریافتند که انسولین در خون آنها دقایقی بعد از مصرف این نانوذرات افزایش می یابد.

انسولین درمانی اغلب بخش مهمی از درمان دیابت است، یک بیماری متابولیکی که 422 میلیون نفر را در سراسر جهان تحت تأثیر قرار داده است. رساندن انسولین به صورت خوراکی نسبت به تزریق انسولین برای بیماران ارجح است زیرا باعث درد کمتری می شود و در نتیجه می تواند منجر به بهبود انطباق بیمار با درمان گردد. اما دوزینگ انسولین خوراکی همچنان یک چالش است. از آنجایی که انسولین یک پروتئین است، قبل از رسیدن به جریان خون برای تنظیم قند خون، در دستگاه گوارش تجزیه می شود.

برای غلبه بر این چالش، یک تیم میان رشته ای متشکل از دانشمندان دانشکده علوم و مهندسی موادNTU  و دانشکده پزشکی لی کنگ چیان(پزشکی  LKCMedicine)نانوذره ای را طراحی کردند و در هسته آن مولکولهای انسولین را قرار دادند و سپس با لایه های متناوب انسولین و کیتوزان(یک نوع قند طبیعی) آن را پوشاندند. با کنترل تعداد لایه ها در نانوذره موفق به کنترل دوز انسولین شدند.

از طریق آزمایشات کشتهای سلولی و مدلهای موش صحرایی، تیم تحت هدایت محقق اصلیNTU ، دکتر هوانگ یینگینگ، دانشیار یوسف علی و سابو ونکاتامران استاد سابقNTU ، نشان دادند که این نانوذره پوشش داده شده با لایه های متوالی در هنگام عبور از معده به روده ی کوچک پایدار است و حداقل ترشح انسولین را دارد، و قادر است از دیواره ی روده به جریان خون منتقل شود.

نویسنده اصلی این مقاله، دکتر هوانگ یینگینگ از دانشکده علوم و مهندسی مواد درNTU ، گفت: تلاش برای تولید محصولات انسولین خوراکی با موفقیت چندانی همراه نبوده است زیرا این محصولات یا خطر ایمنی داشتند یا به دوزهای متعدد نیاز دارند زیرا قرص خوراکی انسولین تنها قابلیت حمل مقادیر بسیار کمی از انسولین را دارد. آزمایشات نانوذره ی حاوی انسولین ما در موش صحرایی نشان داد که این نانوذره می تواند مقدار کافی انسولین را برای اثر درمانی مطلوب حمل کند و در عین حال به اندازه کافی اندازه ی آن برای عبور از طریق دیواره های روده در جریان خون، کوچک باشد. این نشان دهنده کاربرد بالقوه ی آن برای تحویل انسولین خوراکی در انسان است. ما معتقدیم که همین مفهوم می تواند برای سایر داروهای پروتئینی که به طور معمول باید تزریق شوند، نیز بکار گرفته شود.

دکتر یوسف علی، یکی از نویسندگان این مقاله و دانشیار دانشگاه فناوری نانیانگ و دانشکده پزشکی لی کنگ چیان، گفت: انسولین در حال حاضر و بسته به فرمولاسیون آن، چندین بار در روز با یک سوزن ظریف در زیر پوست تزریق می شود. جدا از درد و ناراحتی، این تزریقات همچنین در کنار خطر عدم آگاهی بیماران از افت قند خون خود، ممکن است به یکی از عوارض بالقوه کشنده ی دیابت منجر شوند.  اکنون ما در دانشکده ی LKCMedicine، با تحقیقات پیش بالینی بیشتر، توسعه این نانوذره را پیش می بریم و امیدواریم که تحقیقات ما بتواند روزی تزریق دردناک انسولین را با یک قرص ساده و کوچک جایگزین کند.

یافته های این تحقیق در ماه نوامبر در مجله علمی Nanoscale منتشر شد.

رویکرد چند لایه برای تحویل انسولین خوراکی

انسولین یک هورمون طبیعی است که برای تنظیم سطح قند خون به ویژه بعد از غذا بسیار مهم است. در افراد سالم، انسولین تولید شده در لوزالمعده وارد جریان خون می شود و در اندام های متابولیک اصلی توزیع می شود. این ماده به کبد، عضلات و سلولهای چربی دستور می دهد که گلوکز بیشتری را از جریان خون گرفته و آن را برای استفاده های بعدی ذخیره کنند.در همان زمان، انسولین وارد شده به کبد، این اندام را مجبور به کاهش سرعت تولید گلوکز جدید می کند و در کل، این اثرات برای کاهش موثر سطح قند خون بطور موثر عمل می کنند.

در مقابل، بیماران دیابتی انسولین کافی برای تأمین نیازهای بدن خود تولید نمی کنند. در موارد جدی، انسولین باید از طریق سوزن وارد بافت چربی زیر پوست شود. از آنجا، انسولین قبل از سفر به کبد، وارد گردش خون عمومی در بدن می شود.

نانوذرات خوراکی انسولین ساخته شده توسطNTU ، دقیقاً مسیر عبور انسولین طبیعی از کبد( ارگان مهمی برای کنترل سطح گلوکز خون) به جریان خون را طی می کند، در حقیقت مسیر طبیعی را تقلید می کنند.

اندازه هر یک از این نانوذرات حدود 200 نانومتر است - حداقل 1000 برابر کوچکتر از دانه ی گرده. انسولین ابتدا در لیپوزوم، یک کره کوچک در هسته ی نانوذره ، بارگیری می شود. سپس لیپوزوم با 11 لایه ی متناوب از انسولین و کیتوزان با سه وزن مولکولی مختلف پوشانده می شود، رویکردی که باعث می شود انسولین بیشتری بارگیری گردد.

هنگامی که نانوذره انسولین وارد محیط اسیدی معده می شود، لایه های آن شروع به دفع یکدیگر می کنند و در نتیجه باعث آزاد شدن آهسته ی انسولین از بالاترین لایه به سمت داخل می شود.

در حالی که مقداری از انسولین در طول حرکت نانوذره از دستگاه گوارش از دست می رود، اما هنوز این نانوذرات دارای پوشش کافی هستند و هنگامی که از دیواره روده عبور کرده و وارد جریان خون می شود، انسولین در لایه های باقی مانده و در لیپوزوم ( هسته ی نانوذره) هنوز سالم و کافی است.

مطالعه ی اثبات مفهوم

برای بررسی امکان استفاده از نانو ذرات حاوی انسولین برای تحویل خوراکی، تیم NTU ابتدا یک سری آزمایشات را در آزمایشگاه برای تعیین ثبات نانوذره، توانایی عبور آن از دیواره روده و اثر انسولین موجود در نانوذرات که از طریق دیواره روده منتقل شده است، انجام داد.

پس از گذاشتن نانوذرات در مایعی که محیط معده را شبیه سازی می کرد، محققان دریافتند که 6 درصد انسولین موجود در نانوذره در طول یک ساعت آزاد می شود و 94 درصد آن به صورت اینکپسوله سالم باقی می ماند. حدود یک ساعت طول می کشد تا غذا از معده عبور کرده و به روده کوچک که محیط کمتر خشنی نسبت به معده دارد، وارد شود.

دانشمندان هنگام آزمایش روی رده سلول های انسانی Caco-2- مدلی که برای مطالعه ی انتقال مولکول ها از طریق دیواره روده به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد - دریافتند که مقدار انسولین منتقل شده در داخل این نوع از سلولها، هنگام استفاده از نانوذرات سه برابر بیشتر از "انسولین محلول بدون محافظ" است.

دانشمندان همچنین میزان جذب و پاکسازی انسولین نانوذرات را در جریان خون موش ها بررسی کردند. در موش هایی که از طریق خوراکی با نانوذرات انسولین تغذیه می شدند، غلظت انسولین در خون آنها در 30 دقیقه به اوج خود رسید و در عرض چهار ساعت کاملاً از بین رفت.

دکتر یوسف علی گفت: در مجموع، این تحقیقات آزمایشگاهی نشان داد که رویکرد لایه به لایه ی ما باعث محافظت از انسولین در محیط گوارشی می شود و از تخریب زودهنگام انسولین جلوگیری می کند. ما اکنون در حال بررسی این موضوع هستیم که آیا اوج عملکرد انسولین منتقل شده با نانوذرات به کمتر از 30 دقیقه می رسد، شاخصی که نشان می دهد انسولین ذرات نانو چقدر از الگوی فروکش نمودن و جریان یافتن انسولین تولید شده در بدن پیروی می کند.

دکتر هوانگ، گفت: جذب سریع و از بین رفتن سریع انسولین آزاد شده از این نانوذرات چند لایه، اثبات مفهومی تقلید پاسخهای متابولیکی مربوط به وعده غذایی در افراد بدون دیابت است. او همچنین افزود: برای افزایش غلظت انسولین می توان تعداد لایه های متناوب انسولین و کیتوزان در سطح نانوذره را افزایش داد.

تیم NTU اکنون در حال مذاکره با یک شرکت دارویی برای بهبود بیشتر عملکرد این نانوذرات هستند.

منبع:

https://www.news-medical.net/news/20210112/Insulin-nanoparticles-may-become-an-alternative-to-insulin-injections-for-diabetic-patients.aspx