Експериментален инсулинов имплант използва електричество за контрол на гени
Изследователите са генерирали клетки, които претърпяват верижна реакция в отговор на реактивни кислородни видове (ROS). Това са нестабилни радикали, съдържащи кислород, произведени при прилагане на ток. Това в крайна сметка активизира гена, необходим за производството на инсулин.
Генно модифицирани човешки клетки, които произвеждат инсулин, когато са стимулирани от малък електрически ток, могат да бъдат използвани за разработване на по-добри лечения за диабет тип 1.
За да докажат своята концепция, учените са имплантирали конструираните клетки в мишки. Опитите показват, че клетките освобождават инсулин, когато се прилага ток с помощта на електрифицирани акупунктурни игли.
В близко бъдеще тази технология може да бъде включена в медицински импланти, като се използват нормални батерии и по-ниски напрежения, които са съвместими с подобни устройства.
Ген превключвател
Идеята за използване на електричество за контрол на биологичните процеси съществува от 80-те години на миналия век. Тогава изследователите са започнали да разработват концепцията, използвайки микроби. Целта е да се създаде интерфейс между електрическия и генетичния свят. Идеята може да се използва за насочване към генетични заболявания чрез включване или изключване на специфични гени в имплантирани клетки, което им позволява да доставят важни протеини.
Да вземем за пример хората с диабет тип 1. Те произвеждат малко или никакъв инсулин, който е ключов хормон контролиращ нивата на кръвната захар в организма. Способността за стимулиране на клетките да произвеждат инсулин при поискване може да помогне на хората с това състояние да избегнат хипергликемия, когато нивата на кръвната захар станат опасно високи.
Изследователите са създали клетки произвеждащи инсулин, които могат да бъдат активирани електрически чрез манипулиране на реакцията им към ROS. Тези токсични молекули се произвеждат естествено по време на клетъчния метаболизъм, но тяхното образуване може да бъде индуцирано и чрез прилагане на постоянен ток към клетките.
При ниски нива ROS може да функционира като важна сигнална молекула и критичен регулатор на генната експресия. По време на оксидативен стрес, когато ROS са в излишък, те могат да атакуват други молекули и да нарушат нормалното функциониране. За да се избегне това, клетките обикновено произвеждат антиоксидантни протеини, за да неутрализират ROS.
В конструираните клетки изследователите замаскират гена, който произвежда инсулин, като го поставят след синтетична промоторна последователност. Това е област от ДНК свързана с гени, произвеждащи антиоксиданти, които се включват в отговор на ROS. Последователността се състои от повтарящи се елементи на антиоксидантен отговор. Те естествено повишават експресията на антиоксидантни протеини по време на оксидативен стрес.
Инсулинов имплант
Учените правят крачка напред, като включват препрограмираните човешки клетки в устройство, което имплантират в мишки с хипергликемия. Те доставят ток към клетките, които се намират в капсула точно под кожата, с помощта на акупунктурни игли. Когато устройството е стимулирано, нивата на инсулин в кръвта на животните се увеличават, а нивата на кръвната захар се нормализират. Количеството освободен инсулин може да се контролира чрез промяна на дължината и силата на тока.
Екипът се надява, че един ден тази система може да бъде адаптирана към преносими медицински устройства, управлявани от компютър или смартфон.
Технологията все още е на много ранен етап. Необходима е много работа, преди да бъде тествана върху хора. Твърде рано е да се обмислят терапевтични приложения. Следваща стъпка в процеса е изучаване на ефектите при различни видове мишки с по-големи размери, за да се осигури пълна картина на потенциалните приложения на системата.
