Type 2-diabetes: Brug af kaffe til 'glukosekontrol'
En dag kan mennesker med type 2-diabetes muligvis regulere deres blodsukker ved at drikke te eller kaffe takket være syntetisk biologi.
Forskere ved ETH Zürich i Schweiz har designet og testet et syntetisk genkredsløb, der reagerer på koffeinkoncentrationer af drikkevarer.
Det opnås ved at frigive en glukosekontrolforbindelse, der anvendes til behandling af type 2-diabetes.
Forskerne indsatte kredsløbet i cellerne og implanterede dem i diabetiske mus.
De viste, at kaffeforbruget sænkede blodsukkerniveauet i overensstemmelse med forskellige doser koffein.
Når koffeinet var kommet ind i musens blodomløb, aktiverede det det syntetiske genkredsløb og fik det til at frigive forbindelsen for at sænke glukoseniveauerne.
Forskerne rapporterer deres resultater i en undersøgelsespapir, der blev offentliggjort for nylig i tidsskriftet Naturkommunikation.
Diabetesbyrden vokser over hele verden
Diabetes er et voksende folkesundhedsproblem, der rammer hundreder af millioner af mennesker over hele verden.
Epidemien skyldes primært stigende satser for type 2-diabetes, en tilstand, der udvikler sig, når celler mister deres evne til at anvende insulin til at omdanne glukose eller blodsukker til energi.
I USA er der diagnosticeret cirka 23,1 millioner tilfælde af diabetes - langt størstedelen af dem type 2. De anslåede årlige omkostninger ved denne byrde overstiger 245 milliarder dollars.
Men selvom behandlinger er avanceret markant i de senere år og kan reducere risikoen for komplikationer betydeligt, er diabetes stadig den syvende største dødsårsag i USA.
Denne byrde kunne reduceres, hvis flere individer nåede de behandlingsmål, der blev anbefalet af deres læger. Eksperter antyder, at vi har brug for bedre “modeller af pleje” for at tackle problemet.
På nuværende tidspunkt skal patienter overvåge blodsukkerniveauet efter hvert måltid og straks reagere på eventuelle stigninger med den ordinerede behandling.
Syntetisk biologi og genkredsløb
Forskerne beskriver syntetisk biologi som en ”fusion mellem teknik og biologi”, der i de senere år har gjort det muligt for forskere at udvikle genkredsløb til biomedicinsk brug.
Syntetiske genkredsløb omprogrammerer celler til at bruge deres eksisterende maskiner på en bestemt måde.
Et eksempel på dette er udviklingen af "molekylære switches", der kan kontrollere immunceller tæt for at gøre kræftbehandling mere sikker og mere præcis.
Forskere står over for en række udfordringer, når de designer syntetiske genkredsløb. Blandt disse er at vælge den rigtige udløser, så kredsløbet ikke aktiveres ved en fejltagelse og sikre, at svaret er begrænset til det, der kræves, og ikke giver bivirkninger.
Koffeinudløst peptidproduktion
I papiret beskriver forskerne, hvordan de skabte "fuldt syntetiske receptorer, der fornemmer koffein" på niveauer svarende til dem, der er til stede i en typisk kop kaffe.
Receptorer er proteiner, der sidder på overfladen af celler og reagerer kun, når de støder på et specifikt molekyle, som en unik nøgle indsat i en lås. Denne bindingshandling udløser en bestemt reaktion inde i cellen.
Her er udløseren koffein, og reaktionen er produktionen af "syntetisk humant glukagonlignende peptid 1", som er en forbindelse, der anvendes til behandling af type 2-diabetes for at nedbringe blodniveauerne af glukose.
Undersøgelsesforfatterne kalder det genetiske kredsløb en "koffeinstimuleret avanceret regulator (C-STAR)." De testede C-STAR ved at indsætte den i "designerceller".
Forskerne testede reaktionen fra C-STAR-cellerne på forskellige kilder og doser koffein i laboratoriet, herunder kommercielle mærker af drikkevarer. De implanterede også cellerne i mus, der blev opdrættet for at udvikle type 2-diabetes.
'Forbedret glukosekontrol'
I både celletestene og musene implanteret med C-STAR-celler udløste tilstedeværelsen af koffein en reversibel og dosisafhængig ændring i genekspression.
Først testede holdet netop effekten af triggeren ved at forbinde den til et "reportergen", der kodede for et protein, de kunne teste.
Derefter udskiftede forskergruppen reportergenet med et gen, der koder for ”et konstrueret protein, der er klinisk licenseret” til behandling af type 2-diabetes, som er det syntetiske humane glukagonlignende peptid 1.
Når kredsløbet var udløst, fik det cellerne til at producere glukagon-lignende peptid 1. Behandlede mus viste "væsentligt forbedret" glukosekontrol sammenlignet med ubehandlede kontroller.
'Terapi integreret med livsstil'
Holdet antyder, at en af fordelene ved at bruge koffein som udløser er, at det er "ikke-giftigt, billigt og kun findes i specifikke drikkevarer."
Den nye undersøgelse viser, at det er muligt at "finjustere" behandlinger baseret på syntetiske genkredsløb for at reagere på hverdagsdrikke "såsom te og kaffe uden tilskud af yderligere kemikalier," bemærker forfatterne.
Desuden foreslår forskerne "ved at integrere terapi med livsstil", at fremgangsmåden kunne være en måde at få patienterne til at overholde behandlingsregimer lettere, da de konkluderer:
"Ved at udnytte rutinemæssige kulturelle vaner bør terapier baseret på sådanne systemer problemfrit integreres i folks livsstil og derfor kunne være en nøglesøjle, som den nye generation af personlig medicin kan bygge videre på."
