لولای مصنوعی می تواند کلید انسولین درمانی «هوشمند» باشد

2اوت 2021- برای افراد مبتلا به دیابت وابسته به انسولین، کنترل قند خون یک کار تمام وقت است. اما چه می شود اگر داروهای آنها بتواند بطور هوشمند عمل کرده و بطور خودکار سطح قند خون آنها را کنترل کند؟ برای مثال انسولینی ساخته شود که فعالیت آن به مقدار گلوکز موجود در خون بستگی داشته باشد و بر این اساس قند خون را تنظیم کند. حال محققان دانشکده پزشکی دانشگاه ایندیانا به رهبری پرفسور Michael A. Weiss، توانسته اند با یک اختراع جدید یک قدم به تولید چنین انسولینی نزدیکتر شوند.

در یک مطالعه موفقیت آمیز، پرفسور Weiss و تیمش از یک "سوئیچ مصنوعی" در ساختار انسولین استفاده کردند که می تواند با استفاده از یک سنسور قند ساده، ساختار انسولین را باز یا بسته کند. بخشی از این مطالعه با همکاری شرکتThermalin ، یک شرکت کوچک بیوتکنولوژی که پرفسور Weiss در سال 2008 راه اندازی کرد، انجام شد.

این مفهوم برگرفته از یک مکانیسم طبیعی، با عنوان "لولای محافظ" است که در انسولین مهره داران وجود دارد. این لولای محافظ یک ویژگی ساختاری طبیعی است که بیش از نیم میلیارد سال پیش تکامل یافت تا هورمون را در حالت بسته پایدار و بدون عملکرد نگه دارد اما در حالت باز، قابل تاخوردگی باشد و وظیفه ی خود را انجام دهد.

پرفسور Weiss، که همچنین مدیر گروه بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی است، گفت: دلیل اهمیت تولید انسولین پاسخگو به گلوکز، این است که بزرگترین مانع برای استفاده ی موثر از انسولین، به ویژه در دیابت نوع 1 ، ترس از افتهای شدید و مکرر قند خون است.

 پیامدهای فوری کاهش شدید قند خون (هیپوگلایسمی) می تواند شامل هذیان، تشنج یا از دست دادن هوشیاری باشد و دوره های مکرر هیپوگلیسمی شدید می تواند سبب کاهش توانایی های شناختی شود.

از طرف دیگر، قند خون بالا در طولانی مدت (هایپرگلایسمی مزمن) می تواند منجر به نابینایی، سکته مغزی یا قطع عضو شود. ماندن در محدوده قند خون مطلوب یا هدف، تعادل ظریفی است که بیماران دیابتی وابسته به انسولین، هر روز با آن در چالش هستند.

اما پرفسور Weiss، گفت که او آینده ای را تصور می کند که مردم مجبور نیستند سلامتی طولانی مدت خود را برای جلوگیری از خطرات فوری هیپوگلیسمی شدید، به خطر بیاندازند.

او گفت: وعده ای که این نوع "انسولین هوشمند " می دهد، این است که مراقبت از دیابت را متحول کند، بنابراین مردم دیگر نگران نوسانات قند خون خود نخواهند بود. با این اختراع ما تصور می کنیم که وقتی قند خون پایین می آید، لولا بسته می شود و مولکول انسولین دیگر کار نمی کند و زمانی که قند خون بالاتر از حد مطلوب می رود لولا باز می شود و انسولین قند خون را تا حدی کاهش می دهد که به محدوده ی مطلوب برسد. اما همچنان کارهای زیادی برای تبدیل این مفهوم به یک محصول مورد تأییدFDA  باید انجام شود.

در صدمین سال از کشف انسولین، استفاده از آاین دارو به عنوان درمانی برای دیابت تغییرات قابل توجهی را پشت سر گذاشته است، دکترC. Ronald Kahn ، مدیر ارشد آکادمیک در مرکز دیابت Joslin در دانشکده پزشکی هاروارد، گفت: "انسولین پاسخگو به گلوکز" می تواند مورد بعدی از این تغییرات باشد.

دکتر Kahn، گفت: در مطالعه اخیر آزمایشگاه پرفسور Weiss، نمونه ای از مرحله هیجان انگیز بعدی توسعه انسولین را می بینیم، یعنی توسعه آنالوگ انسولین که از طریق اصلاح شیمیایی می تواند سطح قند موجود در خون را حس کند. در حالی که آنالوگ فعلی برای درک فروکتوز طراحی شده است، به نظر می رسد که این رویکرد مشابه را می توان برای توسعه آنالوگ ها برای درک گلوکز استفاده کرد. این که آیا آنها می توانند به اندازه کافی حساس باشند تا با تغییرات در محدوده فیزیولوژیکی تعدیل شوند، هنوز مشخص نیست، اما اگر چنین باشد، این انسولین به یک ابزار جدید مهم در مدیریت دیابت تبدیل خواهد شد.

انواع دیگری از انسولین های پاسخگو به گلوکز در جاهای دیگر در حال توسعه هستند. چیزی که اختراع پرفسور Weiss را منحصر به فرد می کند سادگی آن است. لولای مصنوعی از فرایندهای طبیعی تقلید می کند و عناصر خارجی یا مصنوعی کمتری را در مقایسه با سایر رویکردها معرفی می کند.

در حالی که مطالعه آنها از فروکتوز به عنوان مدل (نماینده یک مونوساکارید مانند گلوکز) استفاده می کند، ثابت می کند که مفهوم لولای مصنوعی پرفسور Weiss، کار می کند. تیم او در حال کار بر روی نامزدهای انسولین پاسخگو به گلوکز هستند که در آستانه ی مطلوب گلوکز بالا و پایین- که به ترتیب 70 تا 180 میلی گرم در دسی لیتر است-، باز و بسته می شوند. با جایگزینی سنسورهای فروکتوز با سنسورهای گلوکز، انقلاب در انسولین درمانی ممکن است از آنچه فکر می کنیم نزدیکتر باشد.

این مطالعه با عنوان "قرار دادن سوئیچ مصنوعی در انسولین، تنظیم وابسته به متابولیت، را برای فعال شدن گیرنده ی این هورمون ممکن می کند" در مجله معتبر PNAS منتشر شد.

منبع:

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210802160640.htm