داء السكري من النوع 2: استخدام القهوة للتحكم في الجلوكوز
في يوم من الأيام ، قد يتمكن الأشخاص المصابون بداء السكري من النوع 2 من تنظيم نسبة السكر في الدم عن طريق شرب الشاي أو القهوة ، وذلك بفضل البيولوجيا التركيبية.
صمم علماء في ETH Zurich في سويسرا واختبروا دائرة جينية اصطناعية تستجيب لتركيزات الكافيين في المشروبات.
يحقق ذلك عن طريق إطلاق مركب التحكم في الجلوكوز المستخدم لعلاج مرض السكري من النوع 2.
أدخل الباحثون الدائرة في الخلايا وزرعوها في الفئران المصابة بداء السكري.
أظهروا أن استهلاك القهوة يخفض مستويات الجلوكوز في الدم بما يتماشى مع الجرعات المختلفة من الكافيين.
بمجرد دخول الكافيين إلى مجرى الدم لدى الفئران ، ينشط دائرة الجينات الاصطناعية ، مما يتسبب في إطلاق المركب لخفض مستويات الجلوكوز.
أبلغ الباحثون النتائج التي توصلوا إليها في ورقة دراسة نُشرت مؤخرًا في المجلة اتصالات الطبيعة.
يتزايد عبء مرض السكري في جميع أنحاء العالم
مرض السكري هو مشكلة صحية عامة متنامية تؤثر على مئات الملايين من الناس في جميع أنحاء العالم.
يعود الوباء في المقام الأول إلى ارتفاع معدلات مرض السكري من النوع 2 ، وهي حالة تتطور عندما تفقد الخلايا قدرتها على استخدام الأنسولين لتحويل الجلوكوز ، أو سكر الدم ، إلى طاقة.
في الولايات المتحدة ، تم تشخيص ما يقرب من 23.1 مليون حالة مرض السكري - الغالبية العظمى منهم من النوع 2. تتجاوز التكلفة السنوية المقدرة لهذا العبء 245 مليار دولار.
ولكن على الرغم من تقدم العلاجات بشكل ملحوظ خلال السنوات الأخيرة ويمكن أن تقلل بشكل كبير من خطر حدوث مضاعفات ، إلا أن مرض السكري لا يزال السبب الرئيسي السابع للوفاة في الولايات المتحدة.
يمكن تقليل هذا العبء إذا حقق المزيد من الأفراد أهداف العلاج التي أوصى بها أطبائهم. يقترح الخبراء أننا بحاجة إلى "نماذج رعاية" أفضل لمعالجة المشكلة.
في الوقت الحالي ، يتعين على المرضى مراقبة مستويات الجلوكوز في الدم بعد كل وجبة والاستجابة على الفور لأي زيادة بالعلاج الموصوف.
البيولوجيا التركيبية ودوائر الجينات
يصف الباحثون البيولوجيا التركيبية بأنها "اندماج بين الهندسة وعلم الأحياء" مكن العلماء في السنوات الأخيرة من ابتكار دوائر جينية للاستخدام الطبي الحيوي.
تعمل دوائر الجينات الاصطناعية على إعادة برمجة الخلايا لاستخدام أجهزتها الحالية بطريقة معينة.
أحد الأمثلة على ذلك هو تطوير "مفاتيح جزيئية" يمكنها التحكم بإحكام في الخلايا المناعية في محاولة لجعل علاج السرطان أكثر أمانًا ودقة.
يواجه العلماء عددًا من التحديات عند تصميم دوائر الجينات الاصطناعية. من بين هذه الخيارات اختيار المشغل الصحيح بحيث لا يتم تنشيط الدائرة عن طريق الخطأ والتأكد من أن الاستجابة تقتصر على ما هو مطلوب ولا ينتج عنه آثار جانبية.
إنتاج الببتيد الذي يسببه الكافيين
في الورقة ، وصف العلماء كيف قاموا بإنشاء "مستقبلات اصطناعية بالكامل تستشعر الكافيين" بمستويات مكافئة لتلك الموجودة في فنجان قهوة نموذجي.
المستقبلات عبارة عن بروتينات تجلس على سطح الخلايا وتتفاعل فقط عندما تواجه جزيءًا معينًا ، مثل مفتاح فريد يتم إدخاله في قفل. يؤدي فعل الارتباط هذا إلى تفاعل معين داخل الخلية.
هنا ، المحفز هو الكافيين ورد الفعل هو إنتاج "الببتيد البشري الاصطناعي الشبيه بالجلوكاجون 1" ، وهو مركب يستخدم في علاج مرض السكري من النوع 2 لخفض مستويات الجلوكوز في الدم.
يطلق مؤلفو الدراسة على الدائرة الجينية اسم "منظم متقدم يحفز الكافيين (C-STAR)". اختبروا C-STAR عن طريق إدخاله في "الخلايا المصممة".
اختبر الباحثون استجابة خلايا C-STAR لمصادر وجرعات مختلفة من الكافيين في المختبر ، بما في ذلك العلامات التجارية للمشروبات. كما قاموا بزرع الخلايا في الفئران التي تم تربيتها لتطوير مرض السكري من النوع الثاني.
"تحسين السيطرة على الجلوكوز"
في كل من اختبارات الخلايا والفئران المزروعة بخلايا C-STAR ، أدى وجود الكافيين إلى تغيير قابل للعكس ويعتمد على الجرعة في التعبير الجيني.
في البداية ، اختبر الفريق للتو تأثير المحفز من خلال ربطه بـ "جين المراسل" الذي يكوّد بروتينًا يمكنهم اختباره.
ثم استبدل فريق البحث الجين المراسل بجين يرمز لـ "بروتين مُصمم هندسيًا مرخصًا إكلينيكيًا" لعلاج مرض السكري من النوع 2 ، وهو الببتيد 1 البشري الاصطناعي الشبيه بالجلوكاجون.
بمجرد بدء تشغيل الدائرة ، تسببت الدائرة في إنتاج الخلايا للببتيد الشبيه بالجلوكاجون 1. أظهرت الفئران المعالجة تحكمًا "محسنًا بشكل كبير" في الجلوكوز مقارنةً بالضوابط غير المعالجة.
"علاج متكامل مع نمط الحياة"
يقترح الفريق أن إحدى مزايا استخدام الكافيين كمحفز هو أنه "غير سام وغير مكلف وموجود فقط في مشروبات معينة".
تشير الدراسة الجديدة إلى أنه من الممكن "ضبط" العلاجات القائمة على دوائر الجينات الاصطناعية للتفاعل مع المشروبات اليومية "مثل الشاي والقهوة دون إضافة أي مواد كيميائية إضافية" ، كما لاحظ المؤلفون.
علاوة على ذلك ، "من خلال دمج العلاج مع نمط الحياة" ، يقترح الباحثون أن هذا النهج يمكن أن يكون وسيلة لجعل المرضى يمتثلون بسهولة أكبر لأنظمة العلاج ، حيث خلصوا إلى:
"بالاستفادة من العادات الثقافية الروتينية ، يجب أن تندمج العلاجات القائمة على هذه الأنظمة بسلاسة في نمط حياة الناس ، وبالتالي يمكن أن تكون ركيزة أساسية يمكن أن يبني عليها الجيل الجديد من الطب الشخصي."
