Генетики зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха створили людські клітини, що виробляють інсулін під дією невеликого електричного струму. У майбутньому такі клітини, імплантовані в організм людини, можуть бути використані для розробки більш ефективних методів лікування діабету 1 типу.
Кристал інсуліну, розглянутий під світловим мікроскопом. Люди, які страждають на діабет 1 типу, не виробляють достатньо інсуліну, який допомагає контролювати рівень цукру в крові. Alfred Pasieka/Science Photo Library
Якщо інсулін будуть виділяти імплантовані клітини по команді зі смартфона, у багатьох людей, хворих на діабет 1 типу, сильно спроститься життя.
Генетики зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха створили людські клітини, що виробляють інсулін під дією невеликого електричного струму. У створених клітинах у відповідь на реактивні форми кисню (ROS) — нестабільні кисневмісні радикали, що утворюються під дією струму, — відбувається реакція, в результаті якої включається ген, необхідний для вироблення інсуліну.
В ході експерименту вчені імплантували сконструйовані клітини мишам і показали, що клітини виділяють інсулін при подачі струму за допомогою акупунктурних голок.
Ідея використання електрики для управління біологічними процесами виникла ще в 1980-х роках, коли дослідники почали розробляти цю концепцію на прикладі мікробів. За словами співавтора роботи Мартіна Фуссенеггера, вчені працювали на людських клітинах з метою створення «інтерфейсу між електричним і генетичним світом». Це може бути використано для боротьби з генетичними захворюваннями шляхом включення або виключення певних генів в імплантованих клітинах, що дозволить їм експресувати важливі білки.
Час по-іншому поглянути на діабет
У людей з діабетом 1-го типу практично не виробляється інсулін — ключовий гормон, який відповідає за контроль рівня цукру в крові. Здатність стимулювати клітини виробляти інсулін на вимогу може допомогти хворим уникнути гіперглікемії, коли рівень цукру в крові стає небезпечно високим.
Фуссенеггер та його колеги створили клітини, що виробляють інсулін, які можна активувати електричним струмом, керуючи їх реакцією на ріст. Ці токсичні молекули утворюються природним чином в процесі клітинного метаболізму, але їх утворення можна індукувати, подаючи на клітини постійний струм. Але під час окисного стресу, коли ROS в надлишку, вони можуть атакувати інші молекули і порушувати нормальне функціонування. Щоб уникнути цього, клітини зазвичай виробляють антиоксидантні білки, які нейтралізують ROS.
У сконструйованих клітинах вчені “замаскували” ген, що виробляє інсулін, таким чином, щоб клітина включала його при підвищенні ROS. Схема працює так: в клітину подається слабкий струм — збільшується ROS — клітина включає ген, який вважає антиоксидантним — цей ген виробляє інсулін.
Імплантація інсуліну
Довівши працездатність такого підходу, вчені включили перепрограмовані людські клітини в пристрій, який імплантували мишам з гіперглікемією. Струм до клітин, що знаходяться в капсулі під шкірою, подавався за допомогою акупунктурних голок. При стимуляції пристрою рівень інсуліну в крові тварин підвищувався, а рівень цукру в крові нормалізувався. Кількість інсуліну, що виділяється, можна регулювати, змінюючи тривалість і силу струму.
Команда сподівається, що в майбутньому ця система може бути адаптована до носіїв медичних пристроїв, керованих комп’ютером або смартфоном.