Саморегулирующаяся суспензия дала животным-диабетикам нужное количество инсулина
Комплекс инсулина и катионного полимера способен высвобождать нужное количество этого гормона в зависимости от текущего уровня глюкозы в крови. Ученые опробовали новую систему доставки инсулина на мышах и свиньях с сахарным диабетом: после одной инъекции разработанная ими суспензия обеспечивала нормальный уровень глюкозы в крови животных-диабетиков гораздо дольше, чем обычный инсулин. Работа опубликована в журнале Science Advances.
По данным диабетического атласа, составляемого Международной федерацией диабета, от сахарного диабета в мире страдает около 425 миллионов человек. На диабет первого типа (инсулинозависимый) приходится примерно пять процентов (более 20 миллионов случаев). Терапия инсулином может потребоваться при любом типе болезни.
В настоящее время для контроля диабета людям приходится самостоятельно вводить препараты инсулина под кожу, учитывая показатели мониторирования уровня глюкозы в крови. Болезненность этой процедуры – не единственное затруднение, среди других проблем можно отметить сложность выбора правильной дозы и не всегда стопроцентное соблюдение графика лечения. Кроме этого, развитие гипогликемии в случае введения чрезмерной дозы может угрожать жизни.
Ученые работают над методами доставки инсулина, которые могли бы самостоятельно реагировать на уровень глюкозы в крови. В основе экспериментальных методов лечения лежат реакции глюкозы с глюкозооксидазой (1, 2), связывающим глюкозу белком (1, 2) и фенилборной кислотой. Например, окисление глюкозы, катализируемое глюкозооксидазой, может приводить к изменению кислотности или к гипоксии, что может стимулировать высвобождение инсулина из определенного состава. Но существующие в настоящее время системы медленно реагируют на изменение уровня глюкозы, их способность высвобождать инсулин и биологическая совместимость недостаточны, а процесс производства сложен.
Цзинцян Вонг (Jinqiang Wang) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и соавторы предложили новую концепцию саморегулирующейся системы доставки инсулина, которая реагирует на концентрацию глюкозы в крови, и испытали ее in vitro и in vivo.
Ученые синтезировали катионный (с положительным зарядом) полимер трет-бутилкарбамата с боковыми аминогруппами и группами фенилборной кислоты. Он может образовывать стабильную микроразмерную суспензию с инсулином в физрастворе с фосфатным буфером при pH 7,4. Глюкоза способна связываться с группами фенилборной кислоты полимера, что приводит к уменьшению его положительного заряда и ослаблению его связи с инсулином, который начинает высвобождаться из суспензии. По мере нормализации уровня глюкозы изменение заряда подавляется, выделение инсулина останавливается.
В начале работы авторы создали три варианта полимера: один с использованием 2,4-карбокси-3-фторфенилборной кислоты, второй – с 4-карбоксифторфенилборной кислотой, третий – без их добавления. Комплексы инсулина с этим полимерами они соответственно назвали F-инсулин, B-инсулин и N-инсулин. In vitro ученые проверили способность полимеров связываться с глюкозой, уточнили их способность изменять заряд и выпускать инсулин. В этих экспериментах F-инсулин продемонстрировал наиболее выразительную способность связывания с глюкозой, а также быстрее высвобождал инсулин.
Первый этап исследования in vivo проводился на мышах с сахарным диабетом первого типа, вызванным стрептозотоцином. Животных разделили на четыре группы: первой подкожно вводили F-инсулин, второй - B-инсулин, третей – нативный (обычный) инсулин, четвертой – фосфатно-солевой буфер (контроль). Уровень глюкозы в крови у всех мышей, получавших лечение, снизился до нормы. В группе F-инсулина нормальный уровень глюкозы сохранялся в течение восьми часов, в группах нативного инсулина и B-инсулина он не продержался в норме и двух с половиной часов. Всплеск уровня инсулина после введения F-инсулина наблюдался уже через 30 минут, через полтора часа он снижался и сохранялся на уровне, достаточном для поддержания нормогликемии на протяжении указанного времени.
Далее ученые провели внутрибрюшинный тест толерантности к глюкозе в трех группах: для мышей, получавших F-инсулин, нативный инсулин (нагрузка проводилась через три часа после введения препаратов) и для здоровых мышей, которые не получали лечения. Уровень глюкозы быстро нормализовался только у мышей, получавших F-инсулин и у здоровых мышей. Эксперименты на карликовых свиньях (геттингенских минипигах) принципиально повторили результаты, полученные на мышах: F-инсулин действовал значительно дольше обычного инсулина и высвобождался по мере надобности.
Также авторы испытали на мышах применение F-инсулина при его совместном введении со специальным гелем (Pluronic F-127) и в пластыре с микроиглами. В смеси с гелем он обеспечивал контроль глюкозы в крови в течение 30 часов, в пластыре – 6 часов. Авторы указывают на перспективность таких методов введения этого комплекса.
Ранее уже проводились подобные эксперименты на мышах: инсулин высвобождался из геля при повышении уровня глюкозы в крови. Также ученые опробовали другие способы транспорта инсулина. Например, они смогли доставить его в капсуле с микроиглой в желудок свиньи и получить удовлетворительную концентрацию гормона в крови.
За это оказался ответственен фактор транскрипции BACH1
Шведские и китайские ученые выяснили, что экспрессия генов, ответственных за образование новых сосудов — ангиогенез — в клетках рака легкого существенно повышается после обработки их антиоксидантами — витаминами С и Е и N-ацетилцистеином. Наиболее чувствительным к их антиоксидантным эффектам оказался фактор транскрипции BACH1, который непосредственно активировал гены ангиогенеза. Исследование опубликовано в Journal of Clinical Investigation. Рост опухоли легкого непосредственно связан с ангиогенезом — образованием новых кровеносных сосудов, — который обычно запускается гипоксией. Она опосредует транскрипцию генов факторов роста эндотелия сосудов, их рецепторов, эпидермальных факторов роста и ангиопоэтинов. Существуют препараты, которые направлены на снижение активности ангиогенеза (в том числе, за счет воздействия на перечисленные факторы), однако их эффективность остается неоднозначной. При этом появляется все больше свидетельств того, что ангиогенез в опухолях может контролироваться транскрипционными механизмами, не связанными с гипоксией. В основном эти механизмы основаны на реакции факторов транскрипции, чувствительных к изменениям окислительно-восстановительного баланса (редокс-чувствительные), на колебания уровней активных форм кислорода. К таким факторам относится, например, BACH1. Коллаборация шведских и китайских ученых под руководством Мартина Берго (Martin Bergo) из Каролинского института изучили, как антиоксиданты, влияющие на окислительно-восстановительный баланс, опосредуют процессы ангиогенеза. Они выяснили, что редокс-чувствительный фактор транскрипции BACH1 в линиях человеческих клеток рака легкого и экспериментальных опухолях у мышей контролирует васкуляризацию опухоли за счет ангиогенеза (воздействуя на гены, ответственные за него) и делает опухоль чувствительной к антиангиогенной терапии. Кроме того, BACH1 активируется в опухолевых клетках во время гипоксии и в ответ на введение антиоксидантов — витамина C, аналога витамина E и ацетилцистеина, — причем эта активация происходит как за счет транскрипционных, так и посттрансляционных механизмов. В частности, посттрансляционная стабилизация BACH1 в условиях гипоксии, вероятно, опосредуется снижением деградации, зависящей от пролилгидроксилирования, а его в восстановительных условиях — после введения антиоксиданта — опосредуется снижением гемозависимой деградации. По словам ученых, открытие того, что BACH1 стимулирует ангиогенез опухоли легкого и коррелирует с экспрессией генов ангиогенеза и белков в опухолях легких человека, делает его потенциальным биомаркером для оценки антиангиогенной терапии: в исследовании такая терапия останавливала рост опухолей с высокой экспрессией BACH1, но не рост опухолей с низкой экспрессией BACH1. Будущие исследования должны оценить связь этого биомаркера с другими опухолями — раком молочной железы и почек. Недавно мы рассказывали про то, что потеря Y-хромосомы по-разному повлияла на исходы рака. Так, в случае с колоректальным раком исходы улучшились, а в случае с раком мочевого пузыря — ухудшились.