Synthetische Beta-Zellen – eine neue Behandlung für Diabetes

Wissenschaftler aus den USA entwickeln synthetische Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse, die in naher Zukunft bei der Bewältigung von Diabetes helfen werden.

Mitarbeiter und Kollegen der Chapel Hill University in North Carolina, Raleigh, berichteten auf den Seiten von Nature Chemical Biology über die Schaffung eines künstlichen Analogons des Pankreasinsulin-produzierenden Apparats.

Künstliche Zellen können den Blutzuckerspiegel fein einstellen, indem sie die erforderliche Insulinmenge als Reaktion auf Hyperglykämie freisetzen.

Projektmanager Zhen Gu, Professor für Biomedizintechnik, und seine Mitarbeiter hoffen, dass eines Tages synthetische Beta-Zellen in Form eines nicht-invasiven und sicheren Pflasters zur Behandlung von Diabetes verwendet werden können.

Amerikanische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass eine einzige Injektion von synthetischen Beta-Zellen es Ihnen ermöglicht, den Blutzucker bei diabetischen Mäusen 5 Tage lang zu kontrollieren!

Denken Sie daran, dass Diabetes eine Stoffwechselerkrankung ist, die entsteht, wenn die Produktion oder Funktion des Hormons Insulin beeinträchtigt wird.

Aufgrund einer unzureichenden Insulinproduktion oder einer Abnahme der Empfindlichkeit der Zellen (Insulinresistenz) können Glucosemoleküle nicht in die Zellen eindringen. Dadurch verlieren Zellen Energie und die Konzentration von Glukose (Zucker) im Blut steigt abnormal an.

Insulin wird von spezialisierten Pankreaszellen produziert – den sogenannten Beta-Zellen. Die Insulinproduktion hängt von der Glukosekonzentration im Blut ab und ist ein fein abgestimmter Rückkopplungsmechanismus.

Bei Typ-I-Diabetes mellitus ist das Problem der Tod von Insulin produzierenden Zellen, weshalb es auch als insulinabhängige Form der Krankheit bezeichnet wird. Bei Typ-II-Diabetes mellitus beruht die Krankheit auf Insulinresistenz – einer Abnahme der Insulinempfindlichkeit der Zellen. Die letztere Form ist die häufigste und ist eng mit Fettleibigkeit verbunden.

Notwendigkeit einer nicht-invasiven Insulinabgabe

In den Vereinigten Staaten leiden etwa 30 Millionen Menschen an Diabetes, wobei 6 Millionen auf Insulininjektionen oder Insulinpumpen zurückgreifen müssen.

Im Laufe der Jahre wurde versucht, eine Form der Behandlung von Diabetes zu schaffen, bei der Patienten Injektionen ablehnen können. Das Verdauungssystem zerstört jedoch schnell ein großes Insulinmolekül, so dass "Insulin in Tabletten" für Pharmakologen und Diabetiker ein unerreichbarer Traum geblieben ist.

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Einige Fälle von Diabetes können mit transplantierten Pankreaszellen behandelt werden. Diese Behandlungen sind jedoch teuer, erfordern Immunsuppressiva, sind mit zahlreichen postoperativen Risiken verbunden und hängen von Spenderzellen der Bauchspeicheldrüse ab, die selbst in den USA zu wenig sammeln.

Trotz der erstaunlichen Möglichkeiten der Beta-Zelltransplantation ist die Wirkung der chirurgischen Behandlung von Diabetes nur von kurzer Dauer: Transplantierte Zellen sterben ohnehin ab, sodass in einigen Jahren eine neue Transplantation erforderlich sein wird.

Die Autoren der jüngsten Studie erklären: Bioingenieure haben wiederholt versucht, "die Schlüsselfunktionen" von Pankreas-Beta-Zellen für therapeutische Zwecke wiederherzustellen. Sie geben Beispiele, wie Arzneimittel-Nanopartikel mit langsamer Freisetzung, die auf Zellmembranen und Mikrogelen basieren.

Synthetische Beta-Zellen werden intelligenter

Ein häufiges Problem bei der alten Herangehensweise an die Nachahmung von Betazellen war die "Einzelteil" -Struktur und ihre "relativ passive" Interaktion mit dem menschlichen Körper.

Einige haben versucht, Mehrkomponentenstrukturen für die Insulinabgabe zu schaffen, aber bis heute konnte niemand die Funktionen von Beta-Zellen höherer Ordnung nachahmen. Mit anderen Worten, um ein autonomes, selbstregulierendes System mit Rückkopplung zu entwickeln.

Die Entdeckung von Professor Gu krönt 10 Jahre Arbeit an dem Problem. Das Ergebnis war eine synthetische Beta-Zelle, die die Schlüsselprozesse des Pankreasinsulin-produzierenden Apparats subtil nachahmt.

Die synthetische Beta-Zelle hat eine einfache Zellwand mit einer doppelten Lipidmembran, in der sich Mikrovesikel („Vesikel“) mit Insulin befinden. Zusätzlich zur Struktur von „Vesikeln in einem Vesikel“ haben Wissenschaftler ein System des Metabolismus und der Membransynthese von Insulin entwickelt, das Autonomie und Selbstregulation von Zellen ermöglicht.

Diabetische Mäuse brauchten kein Insulin

Wenn das Glukosestoffwechselsystem einen Anstieg des Blutzuckers „wahrnimmt“, löst es eine Veränderung innerhalb der Mikrovesikel aus. Blasen beginnen mit der Zellmembran zu verschmelzen und scheiden die erforderliche Menge Insulin aus.

„Soweit wir wissen, ist dieses synthetische System das erste seiner Art, das in der Lage ist, den Glukosespiegel zu messen und Insulin durch vesikuläre Fusion abzuscheiden. Wir haben das System bereits an Mäusen mit fehlenden Beta-Zellen getestet und waren mit den Ergebnissen sehr zufrieden. “– sagt Professor Gu.

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Nach der Einführung synthetischer Beta-Zellen normalisierte sich der Zuckerspiegel bei diabetischen Mäusen innerhalb einer Stunde wieder und blieb innerhalb des akzeptablen Bereichs von 5 Tagen nach der Injektion.

Zusätzliche Tests sind im Gange, die die Verwendung eines künstlichen Insulin produzierenden Geräts in Hautpflastern ermöglichen.

Die Aussichten für die Technologie sind einfach atemberaubend: Es reicht aus, wenn der Patient ein Pflaster aufklebt, um einige Tage lang die Einnahme von Pillen und Insulininjektionen zu vergessen!

Und Wissenschaftler hören hier nicht auf, um die pharmakologische Wirkung noch länger und die Therapie für die Patienten angenehmer zu gestalten.

Eines kann gesagt werden: Unsere Nachkommen werden Insulinpumpen nur im Museum sehen.

Konstantin Mokanov: Master of Pharmacy und professioneller medizinischer Übersetzer

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