محققان انسولین جدید فوق سریعی را تولید کرده اند

1 ژوئیه2020 - محققان دانشگاه استنفورد یک فرمول جدید انسولین را تولید نموده اند که تقریبا بلافاصله پس از تزریق شروع به کار می کند، و به طور بالقوه چهار برابر سریع تر از فرمولاسیون های انسولین های سریع الاثر تجاری موجود، عمل می کند.

محققان بر روی انسولین "مونومریک" تمرکز کردند که ساختار مولکولی اش، بر طبق تئوری، باید به آن اجازه دهد سریعتر از سایر اشکال انسولین عمل کند. اما نتیجه ی این سرعت بالا اینست که انسولین مونومر برای استفاده عملی بیش از حد ناپایدار است. بنابراین، برای تحقق پتانسیل فوق سریع این انسولین، محققان به جادوی علم مواد اعتماد کردند.

دکتر Eric Appel ، استادیار مهندسی مواد در استنفورد گفت: مولکول های انسولین بسیار ظریف و ناپایدار هستند، بنابراین ما می خواستیم یک " عامل جادویی" را به آن بیافزاییم که مشکل ثبات آن را برطرف کند. محققان غالباً بر روی عوامل درمانی در فرمولاسیون دارو تمرکز می کنند، اما با تمرکز بر قسمتهای افزایش دهنده ی عملکرد - قسمت هایی که قبلاً به عنوان" اجزای غیرفعال "خوانده می شدند- می توانیم پیشرفتهای بزرگی را در عملکرد کلی دارو بدست آوریم.

محققان پس از غربالگری و آزمایش یک کتابخانه ی بزرگ از پلیمرهای افزودنی، پلیمری را یافتند که می تواند انسولین مونومر را برای بیش از 24 ساعت در شرایط استرس، پایدار نگه دارد. در مقایسه، انسولین سریع العمل کنونی به مدت شش تا ده ساعت تحت شرایطی مشابه پایدار می ماند. سپس محققان عملکرد این فورمولاسیون از انسولین فوق سریع را در خوک های دیابتی تأیید کردند. نتایج آنها در اول ژوئیه در Science Translational Medicine ، منتشر شد. اکنون، محققان در حال انجام آزمایشات بیشتر برای کسب تاییدیه برای آزمایشات بالینی در انسان هستند.

یک قدم به عقب، دو قدم به جلو

فرمول های تجاری فعلی انسولین حاوی ترکیبی از سه شکل است: مونومر، دیمر و هگزامر، هستند. دانشمندان تصور می كنند كه مونومرها به آسانی در بدن قابل استفاده هستند اما در داخل ویال، مولكول های انسولین به سطح مایع كشیده می شوند و دور هم  جمع شده و به هم می چسبند که در نتیجه غیرفعال می شوند. هگزامرها در ویال پایدارتر هستند اما برای شروع فعالیت خود در بدن به زمان بیشتری نیاز دارند زیرا ابتدا باید به مونومرها شکسته شوند. در اینجا است که "عامل جادویی"  یعنی همان پلیمر سفارشی که به اینترفیس هوا / آب  می چسبد، وارد عمل می شود.

جوزف مان، دانشجوی فارغ التحصیل از آزمایشگاه Appel و یکی از نویسندگان ارشد این مقاله، گفت: ما روی پلیمرهایی متمرکز شدیم که ترجیحاً به سطح تماس مایع و هوا می روند و به عنوان مانعی بین هر یک از مولکولهای انسولین که سعی دارند به دور هم در سطح مایع جمع شوند، عمل کنند. این پلیمر بطور فوق العاده ای می تواند این کار را بدون تعامل با ساختار مولکول های انسولین انجام دهد، و به دارو اجازه می دهد بدون هیچ ممانعتی عمل کند.

فقط پیدا کردن پلیمر مناسب با خصوصیات موردنظر، یک پروسه طولانی بود که منجر به یک سفر سه هفته ای به استرالیا شد، جایی که یک ربات سریع العمل تقریباً 1500 نامزد اولیه را ایجاد می کرد. سپس کار با پردازش و آزمایش هر یک از این کاندیدها به صورت جداگانه بطور دستی در استنفورد انجام شد تا پلیمرهایی که رفتار سد کننده ی مورد نظر را با موفقیت به نمایش می گذارند، را شناسایی کنند. 100 کاندیدای اول، انسولین تجاری را در آزمایشات تثبیت نکردند، اما محققان به کار خود ادامه دادند و پلیمر جادویی خود را تنها چند هفته قبل از برنامه ریزی برای آزمایش این انسولین بر روی خوک های دیابتی پیدا کردند.

انسولینی که با سرعت فوق العاده ای جذب می شود متشکل از مولکولهای مونومر ساده ی انسولین است که به مراتب سریعتر از دیمرهای پیچیده تر و هگزامرهای مورد استفاده در آنالوگهای سریع الاثر انسولین تجاری جذب می شوند.

مدت زمان پایداری انسولینهای تجاری موجود- که به طور معمول در تست های پیری تسریع شده، در حدود 10 ساعت پایدار هستند-، با اضافه نمودن این پلیمر، به طور چشمگیری به یک ماه افزایش یافت. در مرحله بعدی محققان تاثیر این پلیمر را بر پایداری انسولین مونومر بررسی کردند. انسولین های مونومر در حالت خالص در طی 1-2 ساعت بهم چسبیده و غیر فعال می شوند، اما محققان تأیید کردند که فرمول بندی آنها می تواند در حضور این پلیمر برای بیش از 24 ساعت تحت استرس پایدار بماند و این یک پیروزی بزرگ محسوب می شد.

کیتلین مایاکاوا ، دانشجوی کارشناسی ارشد آزمایشگاه Appel ، گفت: از نظر ثبات، ما با ساختن انسولین مونومر، یک قدم بزرگ به عقب برداشتیم. اما با اضافه کردن این پلیمر، ثبات این فورمولاسیون را نسبت به استاندارد تجاری فعلی بیش از دو برابر افزایش دادیم که قدم بسیار بزرگی رو به جلو است.

محققان با کمک هزینه ای که از طرف مرکز تحقیقات دیابت استنفورد و پژوهشکده تحقیقات بهداشتی مادر و کودک استنفورد به آنها پرداخت شد، توانستند فرمول جدید انسولین مونومر خود را در خوک های دیابتی - پیشرفته ترین مدل حیوانی غیر انسانی- ارزیابی کنند. آنها نشان دادند که انسولین فوق سریع جدید آنها، طی پنج دقیقه پس از تزریق به 90 درصد از اوج فعالیت خود می رسد. در مقایسه، انسولین سریع الاثر تجاری موجود تنها پس از 10 دقیقه ، فعالیت قابل توجهی را نشان می دهد. علاوه بر این، زمان رسیدن به اوج فعالیت انسولین مونومر در حدود 10 دقیقه می باشد، در حالی که انسولین تجاری 25 دقیقه زمان نیاز دارد. در انسان، این تفاوت می تواند به معنای کاهش چهار برابری زمان رسیدن به اوج فعالیت انسولین باشد.

مایكاوا گفت: وقتی من نمونه های خونی خوکها را آزمایش کردم و نتایج را بر روی نمودار ترسیم کردم، تقریباً نمی توانستم باور كنم كه چقدر این نتایج خوب به نظر می رسند.

دکتر اپل، که نویسنده ارشد این مقاله است، گفت: این نتایج واقعاً بی سابقه هستند، دستیابی به این موفقیت، هدف چندین شرکت بزرگ دارویی برای چندین دهه بوده است.

انسولین مونومر همچنین زودتر عمل خود را به پایان می رساند. شروع و پایان فعالیت زودتر باعث می شود افراد بتوانند انسولین را با هماهنگی سطح قند خون خود در وعده های غذایی به طور مناسبی مدیریت کرده و کنترل قند خون خود را بهبود بخشند.

موفقیت چند وجهی

محققان قصد دارند درخواست خود را برای کسب تأییدیه ی آزمایش بالینی این فرمولاسیون انسولین بر روی مشارکت کنندگان انسانی به سازمان غذا و دارو ارسال کنند(هرچند که هنوز هیچ آزمایشی برنامه ریزی نشده است و در حال حاضر به دنبال یافتن شرکت کنندگان داوطلب نیستند). آنها همچنین با توجه به تاثیر این پلیمر در افزایش پایداری انسولین تجاری موجود، سایر موارد استفاده را برای پلیمر خود در نظر گرفته اند.

از آنجایی که فرمولاسیون انسولین آنها خیلی سریع فعال می شود- و به همین دلیل بیشتر شبیه به انسولین طبیعی در افراد سالم است- محققان از این احتمال که این نوع از انسولین می تواند به پیشرفت دستگاه لوزالمعده مصنوعی کمک کند تا بدون نیاز به مداخله ی بیمار در وعده های غذایی عملکردی مناسب داشته باشد، هیجان زده هستند.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2020-07-ultrafast-insulin.html