Организм тщательно и непрерывно регулирует свой метаболизм, например, специализированные клетки поджелудочной железы постоянно контролируют уровень сахара в крови. Когда уровень сахара в крови повышается после приема пищи, организм запускает каскад сигналов, чтобы снизить его до нормального уровня. Однако у людей с сахарным диабетом этот механизм регуляции больше не функционирует должным образом. В результате у них повышается уровень сахара в крови, и они должны регулярно измерять его уровень и вводить инсулин, чтобы контролировать его. Этот метод, хотя и эффективен, менее точен по сравнению с естественной регуляцией организма. Исследователи сосредоточены на клеточной терапии, где они модифицируют клетки для восстановления нарушенных метаболических функций. Для этих методов лечения требуются подходящие переключатели, созданные с помощью биотехнологий, которые побуждают модифицированные клетки высвобождать химические вещества, регулирующие обмен веществ. В настоящее время исследователи разработали генный переключатель, который можно активировать с помощью имеющихся в продаже нитроглицериновых пластырей. Долгосрочная цель состоит в том, чтобы вывести эту клеточную терапию на рынок, хотя для ее достижения потребуется не менее десяти лет.
Исследователи из ETH Zurich (Цюрих, Швейцария) работают над клеточной терапией в надежде, что однажды они смогут лечить метаболические заболевания, такие как диабет, персонализированным и точным образом. Чтобы клеточная терапия работала, исследователи изменяют клетки человека, внедряя сеть генов, которые наделяют клетки особыми способностями. Затем эти клетки имплантируются под кожу, и сеть активируется определенным внешним триггером. За последние два десятилетия профессор ETH разработал различные генные переключатели, которые реагируют на физические раздражители, такие как электричество, звуковые волны или свет. Исследовательская группа ETH разработала новый вариант, который они представили в журнале Nature Biomedical Engineering.
Исследователи считают, что это новейшее решение является самым совершенным из созданных ими генных переключателей. Переключатель активируется с помощью нитроглицерина, хорошо известного и широко используемого вещества, и его применение очень просто: для этого требуется всего лишь наложить пластырь на кожу. Эти пластыри доступны в аптеках в различных размерах. Нитроглицерин быстро проникает из пластыря в кожу, где он взаимодействует с имплантатом, содержащим модифицированные клетки почки человека. Эти клетки предназначены для улавливания нитроглицерина и содержат фермент, который превращает его в оксид азота (NO), естественную сигнальную молекулу. В организме NO обычно вызывает расширение кровеносных сосудов, увеличивая приток крови, но он разрушается в течение нескольких секунд, ограничивая свое действие очень ограниченной областью.
Модифицированные клетки в имплантате спроектированы таким образом, что NO запускает выработку и высвобождение GLP-1, химического вещества-посредника, которое усиливает секрецию инсулина бета-клетками поджелудочной железы, помогая регулировать уровень сахара в крови. GLP-1 также вызывает чувство сытости, сокращая потребление пищи. Этот новый переключатель полностью изготовлен из компонентов человека — в нем не используются материалы других биологических видов. Разработка клеточной терапии, основанной на переключении генов, является сложной и трудоемкой. До сих пор основное внимание уделялось диабету, одному из наиболее распространенных метаболических заболеваний, от которого страдает каждый десятый человек. Однако эти методы клеточной терапии могут также применяться для лечения других метаболических, аутоиммунных или даже нейродегенеративных заболеваний, поскольку все они требуют динамической регуляции.
«Физические триггеры интересны тем, что нам не нужно использовать молекулы, которые вмешиваются в собственные процессы организма», — сказал Мартин Фуссенеггер, профессор биотехнологии и биоинженерии на факультете биосистемной науки и инженерии ETH Zurich. «Поэтому я считаю, что электрогенетическая клеточная терапия имеет наилучшие шансы на внедрение. Что касается химических переключателей, я считаю, что новое решение занимает лидирующие позиции».
