Οι ερευνητές με επικεφαλής τον καθηγητή Martin Fussenegger στο Τμήμα Biosystems Επιστήμης και Τεχνολογίας (D-BSSE) στη Βασιλεία παρήγαγαν τεχνητά κύτταρα βήτα χρησιμοποιώντας μια απλή προσέγγιση της μηχανικής. Τα τεχνητά κύτταρα βήτα μπορούν να κάνουν ό, τι κάνουν τα φυσικά: μετρούν τη συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα και παράγουν αρκετή ινσουλίνη για να μειώσει αποτελεσματικά το επίπεδο του σακχάρου στο αίμα. Οι ερευνητές ETH παρουσίασαν την ανακάλυψή τους στην τελευταία έκδοση του περιοδικού Science. Προηγούμενες προσεγγίσεις βασίστηκαν σε βλαστικά κύτταρα, τα οποία οι επιστήμονες αφήνεται να εξέλιξαν σε βήτα κύτταρα είτε με την προσθήκη αυξητικών παραγόντων ή με ενσωμάτωση συγκροτήματος γενετικών δικτύων.
Μικρός επαναπρογραμματισμός των κυττάρων ΗΕΚ
Για τα νέα τους προσέγγιση, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια κυτταρική σειρά που βασίζεται στα ανθρώπινα νεφρικά κύτταρα, κύτταρα ΗΕΚ. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τις πρωτεΐνες μεταφοράς φυσικής γλυκόζης και καναλιών καλίου στη μεμβράνη των κυττάρων ΗΕΚ. Αυτά μπορούν να ενισχυθούν με ένα εξαρτώμενο από την τάση διαύλου ασβεστίου και ένα γονίδιο για την παραγωγή ινσουλίνης και GLP-1, μιας ορμόνης που εμπλέκονται στη ρύθμιση του επιπέδου του σακχάρου στο αίμα.
Ο διακόπτη τάσης προκαλεί την παραγωγή ινσουλίνης
Στα τεχνητά βήτα κύτταρα, η φυσική πρωτεΐνη μεταφοράς γλυκόζης των κυττάρων ΗΕΚ «μεταφέρει γλυκόζη από την κυκλοφορία του αίματος μέσα στο εσωτερικό του κυττάρου. Όταν το επίπεδο του σακχάρου στο αίμα υπερβαίνει ένα ορισμένο όριο, τα κανάλια καλίου είναι κοντά. Αυτό αντιστρέφει τη διανομή τάσης στην μεμβράνη, προκαλώντας τα κανάλια ασβεστίου για να ανοίξει. Οι αρχικές δοκιμές των τεχνητών βήτα κυττάρων σε διαβητικά ποντίκια αποκάλυψαν ότι τα κύτταρα να είναι εξαιρετικά αποτελεσματικά: Όταν εμφυτεύονται σε διαβητικά ποντίκια, τα τροποποιημένα κύτταρα ΗΕΚ εργάζονται αξιόπιστα για τρεις εβδομάδες, που παράγουν επαρκείς ποσότητες των αγγελιοφόρων που ρυθμίζουν το επίπεδο του σακχάρου στο αίμα.
Χρήσιμη μοντελοποίηση
Κατά την ανάπτυξη των τεχνητών κυττάρων, οι ερευνητές είχαν τη βοήθεια ενός μοντέλου ηλεκτρονικού υπολογιστή που έχει δημιουργηθεί από ερευνητές που εργάζονται υπό τον JörgStelling, έναν άλλο καθηγητή στο Τμήμα ETH της Ζυρίχης Βιοσυστημάτων Επιστήμης και Τεχνολογίας (D-BSSE). Το μοντέλο επιτρέπει προβλέψεις που πρέπει να γίνουν από τη συμπεριφορά των κυττάρων, η οποία μπορεί να επαληθευτεί πειραματικά. “Τα δεδομένα από τα πειράματα και τις τιμές που υπολογίστηκαν με τη χρήση των μοντέλων ήταν σχεδόν πανομοιότυπα», λέει ο Fussenegger.
Ο ίδιος και η ομάδα του έχουν εργαστεί σε λύσεις μέσω της βιοτεχνολογίας με στόχο τη μακροχρόνια θεραπεία του διαβήτη. Αρκετούς μήνες πριν, παρουσίασαν βήτα κύτταρα που είχαν καλλιεργηθεί από βλαστικά κύτταρα από λιπώδη ιστό ενός ατόμου. Αυτή η τεχνική είναι δαπανηρή, δεδομένου ότι τα βήτα κύτταρα πρέπει να παράγονται ξεχωριστά για κάθε ασθενή. Η νέα λύση θα είναι φθηνότερη, καθώς το σύστημα είναι κατάλληλο για όλους τους διαβητικούς. Παραμένει εν τούτοις αβέβαιο, εάν αυτά τα τεχνητά βήτα κύτταρα θα φθάσουν στην αγορά. Κατ ‘αρχάς πρέπει να υποβληθούν σε διάφορες κλινικές δοκιμές πριν να μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν σε ανθρώπους. Οι δοκιμές αυτού του είδους είναι δαπανηρές και συχνές τα τελευταία χρόνια.