مدلی برای پیش بینی عملکرد انسولین پاسخگو به گلوکز

محققان یک مدل کامیپوتری طراحی کرده‌اند که می‌تواند تأثیر انسولین پاسخگو به گلوکز را بر مقدار قند خون بیماران بر اساس ویژگیهای شیمیایی آن نظیر سرعت فعال شدن آن در مواجهه با  گلوکز، پیش بینی کند. این مدل می‌تواند به دانشمندان در طراحی انسولینی که در جریان خون بیمار باقی می‌ماند و تنها زمانی فعال می‌شود که به آن نیاز باشد- مانند زمان پس از صرف غذا-، کمک کند.

افراد مبتلا به دیابت نوع 1 باید قندخون خود را چندین بار در روز چک کرده و با تزریق انسولین مقدار آن را در محدوده‌ی سالم نگهدارند. یک جایگزین بهتر که دانشمندان از دیر باز به دنبال آن بودند، انسولینی است که مهندسی شده تا در جریان خون باقی بماند و تنها زمانی فعال ‌شود که به آن نیاز باشد.

یکی از موانع تولید این انسولین پاسخگو به گلوکز، درک چگونگی تأثیر این نوع انسولین بدون آزمایش آن بر روی حیوانات است. محققان MITهم اکنون یک مدل کامیپوتری ابداع کرده‌اند که فرایند توسعه‌ی این نوع داروها را ساده می‌کند. این مدل جدید می‌تواند تأثیر انسولین پاسخگو به گلوکز را (GRI) بر قندخون بیماران بر اساس ویژ‌گیهای شیمیایی آن از جمله چگونگی فعال شدن GRI در حضور گلوکز پیش بینی کند.

پرفسور Michael Stranoاستاد مهندسی شیمی در MIT گفت: مفهوم GRI یک هدف دیرینه در زمینه‌ی دیابت است، چنانچه این مدل بدرستی عمل کند، می‌توانید تعداد دفعات تزریق انسولین را کاهش دهید و نگرانی بیماران در مورد مقدار قندخونشان را برطرف سازید.

 این مدل جدید به محققان در شناسایی چندین کاندید قوی GRI کمک کرد و دانشمندان هم اکنون قصد دارند این نوع از انسولین‌های پاسخگو به گلوکز را بر روی حیوانات آزمایش کنند.

پرفسور استرانو اخیراً دو مقاله درمورد GRI را در مجله‌ی Nature Chemistry و Advanced Healthcare Materials منتشر نموده است، نویسنده‌ی اول هر دوی این مقالات، دانشجوی کارشناسی ارشد MIT، نوید باخ بوده است.

یک طراحی منطقی

در سالهای اخیر، دانشمندان چندین نوع GRI را آزمایش کرده‌اند. در مقاله‌ی اخیرNature Chemistry پرفسور استرانو و همکارانش پیشرفت‌ها و مجموعه‌ای از رویکردهای خاص سنتتیک را ارائه داده‌اند که می‌تواند GRI را به یک واقعیت عملی تبدیل کند. اینها شامل استفاده از مدلهای ریاضی بدن انسان برای پیش بینی نحوه‌ی رفتار GRI‌ها در بدن و طراحی ساده‌تر و آزمایش این داروها است.

 در مقاله‌ی منتشر شده در مجله‌ی Advanced Healthcare Materials، تیم MIT از این نوع مدل برای آنالیز انسولینی که بتواند با گلوکز اندرکنش دهد، استفاده نمودند. این نوع انسولین به مولکولهایی بنام PBA متصل است، مولکولهای PBA می‌توانند به گلوکز متصل شوند که این اتصال موجب  فعال شدن انسولین می‌گردد.

سایر رویکردهای GRI که دانشمندان آنرا امتحان کردند شامل انسولینی بود که در هیدروژلهایی قرار داده شده اند که می‌توانند در موقع مواجه شدن با گلوکز از هیدروژل آزاد شوند، ذرات حامل انسولین از پلی مرهایی ساخته شده اند که درهنگام اتصال با گلوکز در بدن تجزیه می‌شوند، درتمام این موارد مهم این بود که دانشمندان بدانند که گلوکز با چه قدرتی  به انسولین پاسخگو یا GRI متصل می‌شود و سرعت فعال شدن انسولین چقدر است؟

محققان MIT معادلاتی بدست آورند که رفتار انسولین اصلاح شده با PBA را بر اساس پارامترهایی نظیر قدرت اتصال گلوکز به GRI و سرعت فعال شدن انسولین توضیح می‌دهد. آنها این معاملات را با مدلهای موجود در مورد چگونگی رفتار گلوکز و انسولین در بخش‌های مختلف بدن مانند رگهای خونی، عضلات و بافت چربی ترکیب کردند.

دکتر استرانو گفت: ما در ابتدا فکر کردن در مورد GRI را با مجموعه‌ای از معادلات آغاز کردیم، این نتایج نشان دهنده‌ی اولین طراحی منطقی برای  GRI است.

به عنوان نتیجه‌، محققان هم اکنون می‌توانند با وارد کردن ویژ‌گیهای خاص GRI به این مدل، رفتار GRI را در بدن انسان در طول یک دوره‌ی 24 ساعته با مصرف غذا در فواصل مشخص در طول روز پیش بینی کنند. این مدل پیش بینی می‌کند که مقدار قندخون پس از صرف غذا به چه میزان افزایش می‌يابد، قدرت پاسخ انسولین در تحریک با گلوکز چه قدر است و در نتیجه پیش بینی می‌کند که مقدار قندخون فرد چه مقدار خواهد بود.

محققان محدوده‌های پیشنهاد شده برای مقدار قندخون سالم را بر اساس توصیه‌های انجمن دیابت آمریکا به این مدل افزودند این کار به آنها اجازه داد که بتوانند پارامترهای GRI را که می‌تواند قندخون را بر اساس مقادیر توصیه شده در این دستورالعمل‌ها کنترل کند، تعیین نمایند. درحالیکه این مدل برای یک دسته از GRI خاص طراحی شده است، محققان قصد دارند از این رویکرد برای ساخت مدلهای مشابه برای سایر انواع GRI‌ها استفاده کنند.

کاندیدهای جدید

 پرفسور استرانو گفت: من امیدوارم سایر محققان بویژه شیمیدانان داروساز از مدلهای جدید برای هدایت تحقیقات خود برای ساخت کاندیدهای جدیدGRI  استفاده کنند. تیم MIT همچنان درحال بررسی چندین کاندید شاخص با استفاده از پیش بینی این مدل هستند. آنها قصد دارند با پرفسور مایکل وایس استاد بیوشیمی در دانشگاه Case  Western Reserveهمکاری کرده و این کاندیدهای جدید را بر روی موشها امتحان کنند.

 محققان بر این باورند که از این رویکرد می‌توان برای سایر داروهایی که به تغییرات در شرایط فیزیولوژیک واکنش نشان می‌دهند، مانند عوامل ضد انعقادی (که درهنگام افزایش پروتئین‌های منعقد کننده‌ی خون فعال می‌شوند) استفاده نمود. پرفسور استرانو می‌گوید: ما می‌توانیم آینده‌ای را تصور کنیم که این رویکرد به یک رویکرد عادی در درمانها تبدیل شده است، ما می‌توانیم داروها را با این مدلها  بررسی کرده و توانایی آنها را بر اساس نیاز فوری به آنها در زمان واقعی مشخص کنیم. این چشم انداز ممکن است درحال حاضر دست نیافتنی بنظر آید اما تحقیقات ما نقطه‌ی شروعی برای این مفهوم است.

 منبع و سایت خبر:

Nature Chemistry, 2017; 9 (10): 937 DOI: 10.1038/nchem.2857

www.sciencedaily.com/releases/2017/09/170926115930.htm