Нанопластырь помог мышам избавиться от локального жира
Columbia University Medical Center
Группа ученых разработала нанопластырь, который помогает превращать белый жир в бурый и, таким образом, способствовать похудению. Исследования проведены на мышах, результаты опубликованы в журнале ACS Nano.
В борьбе с ожиренем ученые предлагают разные способы, но оптимального решения на данный момент не найдено. Диеты и физические упражнения не достаточно эффективны, а расщепление жира при помощи разработанных для этого препаратов имеет побочные эффекты, так как действует на весь организм, а не локально. Действие некоторых препаратов, в том числе гормонов, направлено на превращение белого жира, который встречается у взрослых, в бурый, который встречается у маленьких детей. Последний гораздо быстрее переходит в энергию, а вот извлечь пользу из белого довольно трудно. Помимо белого и бурого, различают и бежевый жир, который во многом похож на бурый, в частности, он тоже сжигает избытки липидов с образованием тепла. Идея перевода белого жира в бурый с помощью препаратов показалась перспективной группе ученых из США и Китая, и они придумали, как избавиться от побочных эффектов: агенты должны действовать локально, и если поместить их прямо на «проблемные зоны», они не затронут органы, и не принесут вреда.
Для этого они разработали нанопластырь, в крошечных наночастицах (NP) которого можно поместить нужный препарат. В рамках исследовании ученые проверили действия гипогликемического препарата росиглитазона (Rosi). Он стимулирует отклик рецепторов PPARγ, регулирующих метаболизм, и агониста бета-3 адренорецепторов, CL 316243, который также помогает запустить процесс расщепления жира. Пластырь с десятками крошечных микроигл (MN) крепится на кожу, игры проникают в ткани, разлагаются и постепенно высвобождают препарат в кожу.
Схема действия пластыря. Иглы содержат частицы препараты (розовые шарики), связанные между собой матрицей. По мере разрушения игл, препарат высвобождается в ткани (желтые маленькие круги), действуют на белые жировые клетки (слева внизу), способствуя их превращению в бежевые клетки (справа внизу).
Yuqi Zhang et. al., ACS Nano, 2017
Сперва работу изобретения проверили в натрий-фосфатном буфере, где игла разложилась в течение трех дней, высвободив препарат. Затем наступала экспериментальная стадия, которая проходила в два этапа: ученые протестировали пластырь на обычных здоровых мышах и на мышах с ожирением. Здоровых мышей разделили на три группы: по шесть особей в каждой, и прикрепили пластырь в паховой области. Пластырь либо содержал один из препаратов, либо был пустым (в контрольной группе). Дизайн эксперимента у мышей с ожирением немного отличался: на каждую особь крепилось по два пластыря, один из которых был пустым, а другой содержал препарат. Контрольная группа носила два пустых пластыря. За три дня пластырь высвобождал свое содержимое в ткани, и тогда его меняли на новый. Это повторялось на протяжении четырех недель.
В это время ученые следили за метаболизмом животных, оценивали их вес, аппетит, физическую активность. После лечения ученые проверили уровень глюкозы в крови, провели гистологический анализ, и РНК-анализ тканей.
Изменения в организме мышей с ожирением после приема препарата. Синим цветом обозначены результаты контрольной группы. (а) Красным пунктиром выделена область, на которой был пластырь, содержащий препарат. Синим — область с пустым пластырем. (b) Нормализованный вес тела (ось y) по дням (ось x), (с) изменения уровня глюкозы в ответ на глюкозотолерантный тест, проведенный спустя две недели после лечения. (d) уровень глюкозы в крови натощак (e) содержание висцеральной эпидидимальной белой жировой ткани в процентах к массе тела (ось y), (f) содержание межплоскостной жировой прокладки к массе тела, (g) содержание жира на стороне, которая получала лекарство, по отношению к стороне, которая не получала лекарство, (h) объемы паховых жировых тканей у контрольной группы, у росиглитазоновой группы, и у CL 316243 (слева направо). Сверху — стороны, которые не поулчали лекарство, снизу — получали.
Yuqi Zhang et. al., ACS Nano, 2017
Метаболизм у здоровых мышей после приема препаратов. Синим обозначена контрольная группа. (а) Изменение веса тела после шестидневного курса лечения, (b) содержание пахового жира в процентах к массе тела, (с) содержание эпидидимального жира, (d) среднее количество принимаемой в день пищи, (e) физическая активность в течение суточного цикла (слева — ночью, справа — днем), (f) потребление кислорода
Yuqi Zhang et. al., ACS Nano, 2017
Экспрессия генов в паховой жировой ткани у здоровых мышей после приема препарата. Гены Ucp1, Dio2, Elovl3, Cidea, Pgc-1α, Cox7a1, и Cox8b участвуют в митохондриальной активности и в использовании липидов.
Yuqi Zhang et. al., ACS Nano, 2017
В «здоровых» группах, принимавших препараты, обнаружили сокращение белых жировых клеток, и появление клеток, характерных для бежевого жира. Генетический анализ также подтвердил трансформацию пахового белого жира, характерную для процесса «побурения». Также в обеих группах произошло снижение веса и объемов жировой ткани. Препараты никак не повлияли на аппетит животных: все три группы съедали примерно равное количество пищи в день. При этом росиглитазон способствовал увеличению потребления кислорода (P = 0.07). Еще сильнее потребление кислорода увеличилось у группы, принимавшей CL 316243 (P < 0.05).
У мышей с ожирением значительно уменьшился вес (P < 0.01). Уровень глюкозы в крови снизился со 140 до 110 миллиграммов в децилитре, и быстрее нормализовался в глюкозотолерантном тесте. Уменьшился и белый жир в паховой области (около 30% по сравнению с противоположной стороной, на которую крепился пустой пластырь), клетки в белом жире были меньше, но лишь на обработанной стороне, а гены бурых адипоцитов оказались более выраженны (значимость эффекта зависела от препарата). В частности, у мышей с ожирением повысилась выраженность адипонектина на областях с лекарством (особенно с росиглитазоном, P < 0.05), а это свидетельствует о хорошем состоянии здоровья жировой ткани. Также экспериментаторы отметили, что за месяц ношения пластырей не произошло значительных повреждений кожного покрова животных.
Данные результаты говорят о том, что такая форма применения лекарств более эффективна в борьбе с ожирением и диабетом, так как его действие распространяется строго на обработанный участок. В то же время лечение снижает уровень глюкозы и улучшает метаболизм. В будущем этот метод могут одобрить для людей, а пока авторы испытывают разные препараты и ищут наиболее эффективный.
Это не первый случай, когда диабет пытаются контролировать при помощи пластыря: мы писали об устройстве, которое способно автоматически вводить сахароснижающий препарат. Также диабет лечили инъекцией в мозг, содержанием в холоде и пересадкой микробиома, и отключением обоняния.
Анна Зинина
