تحقیقات بر روی انسولین حلزون مخروطی می تواند شروعی برای تولید یک انسولین انسانی بهتر باشد

اول ژوئن 2020 - تقریباً یک قرن پس از کشف انسولین، یک تیم بین المللی از محققان از جمله دانشمندان دانشگاه علوم بهداشتی یوتا گزارش دادند که آنها کوچکترین، نسخه کاملاً کاربردی این هورمون در جهان را تولید کرده اند، که دارای قدرت انسولین انسانی و سرعت عمل انسولین حلزون مخروطی است. این یافته ها که حاصل مطالعات حیوانی است، می تواند آغازی برای پیشرفت درمانها و بهبود انسولین با توانایی بهبود زندگی مبتلایان به دیابت باشد.

پرفسور Chou، استاد بیوشیمی دانشکده یبهداشت یوتا و یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: اکنون ما توانایی ایجاد یک نسخه ترکیبی و جدید از انسولین را داریم که برای انسان کار می کند و به نظر می رسد بسیاری از خصوصیات مثبت انسولین حلزون مخروطی را نیز دارد. این یک قدم مهم در تلاش ما برای ایمن تر و اثربخش تر نمودن انسولین تراپی است.

این تحقیق در Nature Structural and Molecular Biology منتشر گردید.

در حالی که حلزون های مخروطی بر روی صخره های مرجانی به اهستگی حرکت می کنند، دائماً در انتظار شکار طعمه هستند. برخی از گونه های آن مانندConus geographus ، سمی را در آب های اطراف منتشر می کنند که حاوی شکل منحصر به فردی از انسولین است. انسولین باعث کاهش سطح قند خون ماهیانی می شود که در این منطقه از آب هستند و به طور موقت فلج می شوند. هنگامی که ماهی در این وضعیت قرار می گیرد، حلزون از پوسته خود بیرون می آید تا قربانی مقهور خود را قورت دهد.

در تحقیقات قبلی Chouو همکارانش دریافتند که این انسولین سمی، در بسیاری از خصوصیات بیوشیمیایی با انسولین انسانی مشابه است. به علاوه، به نظر می رسد که انسولین حلزون مخروطی از سریعترین انسولینهای انسانی موجود، سریعتر کار می کند.

پرفسور هلنا صفوی می گوید: انسولینهایی با عملکرد سریعتر می توانند خطر ابتلا به هایپرگلیسمی و سایر عوارض جدی دیابت را کاهش دهند. همچنین می توانند عملکرد پمپ های انسولین یا دستگاه های پانکراس مصنوعی را- که به طور خودکار انسولین را در صورت نیاز به بدن تحویل می دهند-، بهبود بخشند. وی می گوید: ما می خواهیم به افراد دیابتی کمک کنیم تا قند خون خود را دقیقتر و سریعتر کنترل کنند.

محققان در پی دستیابی به هدف خود دریافتند که انسولین حاصل از زهر حلزون مخروطی، فاقد قسمتی است که مانند "لولا یا hinge" عمل کرده و باعث می شود مولکولهای انسولین انسانی بتوانند دور هم جمع شوند و به این ترتیب بتوانند در لوزالمعده ذخیره شوند. این تجمع مولکولی قبل از شروع کار انسولین بر روی قند خون، باید شکسته شده و انسولین ها به صورت مولکولهای منفرد درآیند، فرآیندی که می تواند تا یک ساعت بطول بیانجامد. از آنجایی که مولکولهای انسولین حلزون مخروطی دور هم جمع نمی شوند، در اصل مرحله ی آماده سازی را ندارند و تقریباً بلافاصله آماده ی کار بر روی ماشین های بیوشیمیایی بدن هستند.

محققان بر روی تبدیل انسولین حلزون مخروطی که به عنوان سلاح عمل می کند، به یك انسولین مفید و کاربردی کار كردند تا به افراد مبتلا به دیابت نوع 1 کمک کنند که به سرعت تعادل قند خون را در بدن خود ایجاد کنند.

پرفسور صفوی، می گوید: ما این ایده را داشتیم که انسولین انسانی را بیشتر شبیه به انسولین حلزون کنیم. بنابراین، ما به دنبال این بودیم که اساساً برخی از خواص مفید انسولین حلزون را گرفته و به ترکیب انسولین انسانی پیوند بزنیم.

محققان فکر می کردند که این امکان پذیر است زیرا انسولین حلزون مخروطی اساساً دارای همان ساختار اساسی یا "ستون فقرات" انسولین انسانی است. با این حال، آنها با یک معضل روبرو شدند: انسولین حلزون به مراتب از انسولین انسانی کم قدرت تر بود. در حقیقت، محققان گمان می كنند كه انسان به 20 تا 30 برابر بیشتر انسولین حلزون مخروطی نیاز دارد تا قند خون خود را پایین بیاورد.

در این مطالعه ی جدید، پرفسور Chouو همکارانش سعی کردند تا این مشکل را برطرف کنند. ابتدا آنها از تکنیک های زیست شناسی ساختاری و شیمی دارویی برای جداسازی چهار اسید آمینه ای که به انسولین حلزون کمک می کند تا به گیرنده ی انسولین متصل شود، استفاده کردند. سپس، آنها یک نسخه ی کوتاه شده از یک مولکول انسولین انسانی بدون بخش لولا را تولید کردند.

این تیم به امید ایجاد هیبریدی که جمع نشود و به گیرنده ی انسولین انسانی با قدرت زیاد متصل شود، نسخه های اصلاح شده این اسیدهای آمینه را در مولکول انسولین انسانی ادغام کرد.

در آزمایشات بر روی موشهای صحرایی در آزمایشگاه، این مولکول انسولین ترکیبی، که دانشمندان آن را "مینی انسولین" می نامند، با گیرنده های انسولین بطور محکم و پر قدرت متصل شدند. در حالیکه انسولین حلزونی نمی تواند، چنین اتصال محکم و پرقدرتی را برقرار کرد. این فعل و انفعالات جدید، مینی انسولین را به گیرنده های انسولین موجود در بدن موش صحرایی دقیقاً با قدرتی به اندازه انسولین طبیعی انسان متصل کرد. در نتیجه، مینی انسولین همان قدرت انسولین انسانی را داشت اما با سرعت بمراتب بالاتری عمل می کرد.

پرفسور Chouمی گوید: مینی انسولین پتانسیل فوق العاده ای دارد. فقط با چند جایگزین استراتژیک، ما یک ساختار مولکولی سریع و پر قدرت تولید کرده ایم که کوچکترین انسولین کاملاً فعالی است که تا به امروز ساخته شده است. از آنجایی که این انسولین بسیار کوچک است، باید سنتز آن آسان تر باشد، که آن را به عنوان نامزد اصلی برای توسعه ی نسل جدیدی از انسولین برای درمان بیماران مبتلا به دیابت تبدیل می کند.

منبع:

https://www.news-medical.net/news/20200601/Cone-snail-insulin-research-could-jumpstart-the-development-of-better-diabetes-treatments.aspx