17.02.2015

Умный инсулин

Новый модифицированный инсулин, способный к саморегуляции, изобрели ученые из США. Он способен самостоятельно активироваться при повышении уровня сахара в крови. Статья об «умном инсулине» опубликована в журнале PNAS.

Диабет первого типа – это, если его не лечить, смертельная болезнь. Он развивается из-за того, что клетки иммунной системы атакуют поджелудочную железу и убивают ее β-клетки. Эти клетки вырабатывают инсулин. Когда хозяин поджелудочной железы поест, в кровь попадает съеденная глюкоза. Глюкоза должна попасть дальше в клетки и там превратиться в энергию, которую клетка израсходует на собственные нужды. Как мы помним, клетки окружены клеточной мембраной. Чтобы клетка продолжала существовать, ей нужно тщательно контролировать, что движется через мембрану в обе стороны. Внутрь должно попадать то, что нужно клетке и безопасно. Попавший в кровь инсулин как раз и сообщает клетке, что вот прямо сейчас в крови есть глюкоза, надо пропускать ее внутрь. Если инсулина не будет, глюкоза останется в крови, а клетки будут голодать.

Инсулин должен появляться в крови в нужный момент – после еды, когда есть глюкоза. Для этого β-клетки снабжены специальным сложным механизмом: они синтезируют инсулин равномерно в течение длительного времени, а выпускают наружу в ответ на повысившуюся концентрацию глюкозы. Нарушение этого принципа грозит серьезными последствиями.

Высокий уровень глюкозы в крови, конечно, опасен и за несколько лет может превратить человека в инвалида и убить. Но локально низкий уровень глюкозы гораздо опаснее. Он не приводит к слепоте или гангрене, как высокий, но, снизившись внезапно, может привести к коме и смерти. Гипогликемию легко предотвратить, своевременно что-нибудь съев, но опасна она именно тем, что может развиваться внезапно. Особенно опасно, если она развивается во сне.

Именно необходимость минимизировать вероятность гипогликемии создает проблемы в терапии диабета. Было бы несложно модифицировать какие-нибудь клетки в организме пациента так, чтобы они вырабатывали один пептид – инсулин. Но соорудить всю глюкозозависимую систему секреции инсулина в крови пока не удается. Теоретически проблему бы решили β-клетки, полученные из iPS-клеток, но это тоже вопрос не самого ближайшего будущего.

В развитых странах больные с диабетом первого типа живут довольно хорошо. В некоторых исследованиях их продолжительность жизни даже превышает продолжительность жизни людей из контрольной выборки – вероятно, за счет привычки к более здоровому образу жизни, более частых визитов к врачу и т. п. Но их жизнь все равно остается довольно хлопотной. Больные, которые следят за своим уровнем глюкозы пристально, живут дольше и лучше, чем те, которые следят «приблизительно». Внимательное слежение требует высокого уровня ответственности, частых измерений уровня глюкозы, необходимости выбирать из разных видов синтетических инсулинов (длинного действия, короткого действия), контроля самочувствия и т. д. Отчасти проблему решает так называемая инсулиновая помпа – программируемое устройство, которое само измеряет уровень глюкозы и само вводит инсулин. Это устройство довольно удобно и распространяется все шире, но не очень дешево, и у некоторых людей вызывает отторжение идея жить всю жизнь подключенным к прибору.

Как мы уже выяснили, нельзя ввести инсулина побольше, «про запас», - это чревато гипогликемической комой. Ученые в последние годы пытаются разрабатывать полимерные капсулы, которые можно было бы вводить больным, и оболочка которых рассасывалась бы или становилась проницаемой при повышении уровня глюкозы. Это довольно популярное направление исследований, но оно осложняется тем, что полимеры, из которых состоят капсулы, могут вызывать иммунный ответ.

Поэтому идеальным был бы инсулин, меняющий свою активность в зависимости от концентрации глюкозы в крови. Именно такой и создали авторы работы. Для этого они присоединили к каждой молекуле длительно действующего инсулина молекулу фенилборной кислоты, соединив их алкильной цепочкой. Когда глюкозы мало, алкильный фрагмент прикрепляется к альбумину – белку, в изобилии циркулирующему в крови, и вся молекула неактивна, она не может взаимодействовать с рецепторами на поверхности клеток. Когда глюкозы становится больше, фенилборный фрагмент взаимодействует с молекулами глюкозы, алкильный фрагмент и альбумин разъединяются, и молекула отправляется в свободное плавание, обладая обычной активностью инсулина.

Такой инсулин вводили мышам с индуцированным диабетом. Оказалось, что он работает на протяжении 13 часов, поддерживая нужные концентрации глюкозы. При его применении не наблюдалось также случаев гипогликемии.

Если такое лекарство будет признано пригодным и для людей, больные диабетом смогут вздохнуть с облегчением, для самого тщательного контроля уровня глюкозы будет достаточно двух инъекций одного и того же лекарства в день.

Александра Брутер

Источники:

1. polit.ru