Type 2 diabetes: Bruk av kaffe til 'glukosekontroll'
En dag kan personer med type 2-diabetes være i stand til å regulere blodsukkeret ved å drikke te eller kaffe, takket være syntetisk biologi.
Forskere ved ETH Zürich i Sveits har designet og testet en syntetisk genkrets som reagerer på drikkevarekonsentrasjoner av koffein.
Det oppnår dette ved å frigjøre en glukosekontrollforbindelse som brukes til å behandle type 2-diabetes.
Forskerne satte kretsen i celler og implanterte dem i diabetiske mus.
De viste at kaffeforbruk reduserte blodsukkernivået i tråd med forskjellige doser koffein.
Når koffeinen hadde kommet inn i musenes blodomløp, aktiverte den den syntetiske genkretsen, og fikk den til å frigjøre forbindelsen for å redusere glukosenivået.
Forskerne rapporterer sine funn i en studiepapir som nylig ble publisert i tidsskriftet Naturkommunikasjon.
Diabetesbyrden vokser over hele verden
Diabetes er et voksende folkehelseproblem som rammer hundrevis av millioner mennesker over hele verden.
Epidemien skyldes først og fremst økende priser på type 2-diabetes, en tilstand som utvikler seg når celler mister evnen til å bruke insulin for å omdanne glukose, eller blodsukker, til energi.
I USA har omtrent 23,1 millioner tilfeller av diabetes blitt diagnostisert - de aller fleste av dem er type 2. De estimerte årlige kostnadene for denne byrden overstiger 245 milliarder dollar.
Men selv om behandlinger har avansert betydelig de siste årene og kan redusere risikoen for komplikasjoner betydelig, er diabetes fortsatt den syvende største dødsårsaken i USA.
Denne byrden kan reduseres hvis flere individer oppnår de behandlingsmålene som legene har anbefalt. Eksperter antyder at vi trenger bedre "modeller for omsorg" for å takle problemet.
For tiden må pasientene overvåke blodsukkernivået etter hvert måltid og umiddelbart svare på eventuelle økninger med den foreskrevne behandlingen.
Syntetisk biologi og genkretser
Forskerne beskriver syntetisk biologi som en “fusjon mellom ingeniørfag og biologi” som de siste årene har gjort det mulig for forskere å utvikle genkretser for biomedisinsk bruk.
Syntetiske genkretser omprogrammerer celler for å bruke deres eksisterende maskineri på en bestemt måte.
Et eksempel på dette er utviklingen av "molekylære brytere" som tett kan kontrollere immunceller i et forsøk på å gjøre kreftbehandling tryggere og mer presis.
Forskere står overfor en rekke utfordringer når de designer syntetiske genkretser. Blant disse er å velge riktig utløser slik at kretsen ikke aktiveres ved en feiltakelse og sikre at responsen er begrenset til det som kreves og ikke gir bivirkninger.
Koffeinutløst peptidproduksjon
I avisen beskriver forskerne hvordan de opprettet "helsyntetiske reseptorer som fornemmer koffein" på nivåer som tilsvarer de som er tilstede i en typisk kopp kaffe.
Reseptorer er proteiner som sitter på overflaten av celler og reagerer bare når de møter et bestemt molekyl, som en unik nøkkel satt inn i en lås. Denne bindingshandlingen utløser en spesifikk reaksjon inne i cellen.
Her er utløseren koffein, og reaksjonen er produksjonen av "syntetisk humant glukagon-lignende peptid 1", som er en forbindelse som brukes i behandlingen av type 2-diabetes for å redusere blodnivået av glukose.
Studieforfatterne kaller den genetiske kretsen en "koffeinstimulert avansert regulator (C-STAR)." De testet C-STAR ved å sette den inn i "designerceller".
Forskerne testet responsen fra C-STAR-cellene til forskjellige kilder og doser koffein i laboratoriet, inkludert kommersielle drikkevarer. De implanterte også cellene i mus som ble avlet for å utvikle type 2-diabetes.
‘Forbedret glukosekontroll’
I både celletestene og musene som ble implantert med C-STAR-celler, utløste tilstedeværelsen av koffein en reversibel og doseavhengig endring i genuttrykk.
Først testet teamet nettopp effekten av utløseren ved å koble den til et "reportergen" som kodet for et protein de kunne teste.
Deretter erstattet forskerteamet reportergenet med et gen som koder for "et konstruert protein klinisk lisensiert" for behandling av type 2-diabetes, som er det syntetiske humane glukagonlignende peptidet 1.
Når kretsen var utløst, fikk den cellene til å produsere glukagonlignende peptid 1. Behandlede mus viste "vesentlig forbedret" glukosekontroll sammenlignet med ubehandlede kontroller.
‘Terapi integrert med livsstil’
Teamet antyder at en av fordelene med å bruke koffein som utløser er at det er "ikke-giftig, billig og bare tilstede i spesifikke drikkevarer."
Den nye studien viser at det er mulig å "finjustere" behandlinger basert på syntetiske genkretser for å reagere på hverdagsdrikker "som te og kaffe uten tilskudd av ytterligere kjemikalier," bemerker forfatterne.
Videre, "ved å integrere terapi med livsstil", foreslår forskerne at tilnærmingen kan være en måte å få pasienter til å overholde behandlingsregimer lettere, ettersom de konkluderer:
"Utnyttelse av rutinemessige kulturvaner, bør behandlinger basert på slike systemer sømløst integreres i folks livsstil, og kan derfor være en nøkkelstolpe som den nye generasjonen av personlig medisin kan bygge videre på."
