Исследователи из ETH разработали новый генетический переключатель, активируемый при помощи коммерчески доступного пластыря с нитроглицерином, накладываемого на кожу. В будущем ученые надеются использовать такие переключатели для запуска клеточной терапии различных метаболических заболеваний.
Организм человека регулирует свой обмен веществ точно и непрерывно. Например, специализированные клетки поджелудочной железы постоянно контролируют уровень сахара в крови. Когда концентрация сахара в крови повышается после приема пищи, организм запускает каскад сигналов для его снижения.
У людей, страдающих диабетом, этот механизм регулирования не функционирует должным образом. Они имеют превышение сахара в крови и вынуждены измерять его уровень и вводить инсулин для регулирования. Это относительно неточный метод по сравнению с естественным механизмом организма.
Оснащение клеток особыми функциями
Профессор биотехнологии и биоинженерии Мартин Фуссенеггер из Департамента наук систем и инженерии биосистем ETH в Базеле долгое время работает над клеточными терапиями, учитывая вышеописанную ситуацию. В будущем такие терапии должны позволить индивидуально и точно лечить или даже излечивать метаболические заболевания, такие как диабет.
Как работают эти клеточные терапии? Сначала исследователи модифицируют человеческие клетки, вставляя в них сеть генов, наделяющую клетки особыми способностями. Эти клетки имплантируются, например, под кожу и активируются определенным внешним стимулом.
Подходящий переключатель — ключевой элемент
Для этого на протяжении последних лет исследователи разработали различные типы переключателей. Некоторые из них управляются электрическим сигналом, другие — светом, а один даже с помощью музыки британской рок-группы Queen.
Теперь ученые из Базеля разработали еще один вариант, представленный в журнале Nature Biomedical Engineering.
«Для меня это лучший генетический переключатель, который создала моя группа», — отмечает Фуссенеггер. Причина заключается в том, что переключатель можно активировать с помощью давно известного активного вещества — нитроглицерина, а способ применения — наложение пластыря на кожу — чрезвычайно прост. Такие пластыри уже можно приобрести в аптеках.
Нитроглицерин быстро проникает из пластыря в кожу, где он встречает имплант, содержащий модифицированные клетки человеческой почки.
Сеть активируется оксидом азота
Эти клетки специально улавливают нитроглицерин и содержат встроенный фермент, который превращает его в оксид азота (NO), естественную сигнальную молекулу. В организме NO обычно вызывает расширение кровеносных сосудов, что ведет к увеличению кровотока. Он разрушается в течение нескольких секунд, оказывая действие только на небольшую локальную область.
Имплантированные клетки модифицированы так, что NO инициирует производство и высвобождение химического посредника GLP-1, который, в свою очередь, усиливает выброс инсулина клетками поджелудочной железы и регулирует уровень сахара в крови. GLP-1 также вызывает чувство насыщения, снижая потребление пищи.
Новый переключатель состоит исключительно из человеческих компонентов — в нем отсутствуют элементы, принадлежащие другим видам.
Это новое и революционное свойство. Используя компоненты других видов, всегда существует риск ложной активации, вмешательства в процессы организма или иммунных реакций. «Здесь мы можем это исключить,» — добавляет Фуссенеггер.
Целый арсенал переключателей
За последние 20 лет профессор ETH разрабатывал различные генетические переключатели, некоторые из которых отвечают на физические воздействия, такие как электрический ток, звуковые волны или свет. Какой из них имеет наибольшие шансы на реализацию?
«Физические воздействия интересны тем, что нам не нужно использовать молекулы, вмешивающиеся в процессы организма», — поясняет биотехнолог. Электрические сигналы идеальны для управления переключателями и генетическими сетями с помощью портативной электроники, такой как смартфоны или смарт-часы, в которые можно интегрировать ИИ. «Я считаю, что электробионетическая клеточная терапия имеет наилучшие шансы на реализацию. Что касается химических переключателей, я вижу новое решение на первом месте», — утверждает Фуссенеггер.
Однако дальнейшее развитие этих клеточных терапий на основе генетических переключателей — сложный и долгий процесс. «Разработка клеточной терапии до достижения зрелости рынка занимает не только десятилетия, но также требует большого числа сотрудников и достаточных ресурсов, — говорит исследователь. — Здесь нет короткого пути.»
До сих пор работа Фуссенеггера была сосредоточена главным образом на клеточной терапии диабета, одного из наиболее распространенных метаболических заболеваний в мире, от которого страдает один из десяти человек. «Это болезнь-модель, с которой мы работаем. По большому счету, однако, возможно развитие клеточных терапий для других метаболических, аутоиммунных или даже нейродегенеративных заболеваний — в принципе, для любого заболевания, требующего динамической регуляции». По словам Фуссенеггера, многие препараты похожи на молоток, который используется наугад для устранения проблемы. «Клеточные терапии, напротив, решают проблему подобно тому, как это делает сам организм», — резюмирует он.
Источник: NewsMedical
