Typ 2-diabetes: Använda kaffe för 'glukoskontroll'
En dag kan personer med typ 2-diabetes kunna reglera sitt blodsocker genom att dricka te eller kaffe tack vare syntetisk biologi.
Forskare vid ETH Zürich i Schweiz har utformat och testat en syntetisk genkrets som svarar på dryckeskoncentrationer av koffein.
Det uppnås genom att släppa ut en glukoskontrollförening som används för att behandla typ 2-diabetes.
Forskarna satte in kretsen i celler och implanterade dem i diabetiska möss.
De visade att kaffekonsumtionen sänkte blodsockernivån i linje med olika doser koffein.
När koffeinet hade gått in i mössens blodomlopp aktiverade det den syntetiska genkretsen, vilket fick den att frigöra föreningen för att sänka glukosnivåerna.
Forskarna rapporterar sina resultat i en studiepublikation som nyligen publicerades i tidskriften Naturkommunikation.
Diabetesbördan ökar över hela världen
Diabetes är ett växande folkhälsoproblem som drabbar hundratals miljoner människor världen över.
Epidemin beror främst på stigande frekvenser av typ 2-diabetes, ett tillstånd som utvecklas när celler tappar sin förmåga att använda insulin för att omvandla glukos eller blodsocker till energi.
I USA har cirka 23,1 miljoner fall av diabetes diagnostiserats - de flesta av dem typ 2. Den beräknade årliga kostnaden för denna börda överstiger 245 miljarder dollar.
Men även om behandlingarna har utvecklats avsevärt de senaste åren och kan minska risken för komplikationer avsevärt, är diabetes fortfarande den sjunde ledande dödsorsaken i USA.
Denna börda kan minskas om fler individer uppnår de behandlingsmål som deras läkare rekommenderar. Experter föreslår att vi behöver bättre ”vårdmodeller” för att ta itu med problemet.
För närvarande måste patienter övervaka blodsockernivån efter varje måltid och omedelbart svara på eventuella ökningar med den föreskrivna behandlingen.
Syntetisk biologi och genkretsar
Forskarna beskriver syntetisk biologi som en ”fusion mellan teknik och biologi” som under de senaste åren har gjort det möjligt för forskare att ta fram genkretsar för biomedicinskt bruk.
Syntetiska genkretsar omprogrammerar celler för att använda sina befintliga maskiner på ett visst sätt.
Ett exempel på detta är utvecklingen av ”molekylära switchar” som kan tätt kontrollera immunceller i ett försök att göra cancerbehandling säkrare och mer exakt.
Forskare står inför ett antal utmaningar när de utformar syntetiska genkretsar. Bland dessa är att välja rätt trigger så att kretsen inte aktiveras av misstag och se till att svaret är begränsat till det som krävs och inte ger biverkningar.
Koffeinutlöst peptidproduktion
I tidningen beskriver forskarna hur de skapade ”helsyntetiska receptorer som känner koffein” på nivåer som motsvarar de som finns i en typisk kopp kaffe.
Receptorer är proteiner som sitter på ytan av celler och reagerar bara när de stöter på en specifik molekyl, som en unik nyckel införd i ett lås. Denna bindningshandling utlöser en specifik reaktion inuti cellen.
Här är utlösaren koffein och reaktionen är produktionen av "syntetisk human glukagonliknande peptid 1", som är en förening som används vid behandling av typ 2-diabetes för att sänka blodnivåerna av glukos.
Studieförfattarna kallar den genetiska kretsen en "koffeinstimulerad avancerad regulator (C-STAR)." De testade C-STAR genom att sätta in den i "designerceller".
Forskarna testade svaret från C-STAR-cellerna på olika källor och doser koffein i laboratoriet, inklusive kommersiella drycker. De implanterade också cellerna i möss som uppföddes för att utveckla typ 2-diabetes.
”Förbättrad glukoskontroll”
I både celltesterna och mössen implanterade med C-STAR-celler utlöste närvaron av koffein en reversibel och dosberoende förändring av genuttrycket.
Först testade teamet bara effekten av utlösaren genom att länka den till en "reportergen" som kodade för ett protein de kunde testa.
Sedan ersatte forskargruppen reportergenen med en gen som kodar för ”ett konstruerat protein som är kliniskt licensierat” för behandling av typ 2-diabetes, som är den syntetiska humana glukagonliknande peptiden 1.
När kretsen utlöstes fick cellerna att producera glukagonliknande peptid 1. Behandlade möss visade "avsevärt förbättrad" glukoskontroll jämfört med obehandlade kontroller.
”Terapi integrerad med livsstil”
Teamet föreslår att en av fördelarna med att använda koffein som utlösare är att det är ”giftfritt, billigt och bara finns i specifika drycker.”
Den nya studien visar att det är möjligt att "finjustera" behandlingar baserade på syntetiska genkretsar för att reagera på vardagliga drycker "som te och kaffe utan tillskott av ytterligare kemikalier", noterar författarna.
Dessutom, "genom att integrera terapi med livsstil", föreslår forskarna att metoden kan vara ett sätt att få patienter att följa behandlingsregimer lättare, eftersom de drar slutsatsen:
"Utnyttjande av rutinmässiga kulturella vanor, bör terapier baserade på sådana system sömlöst integreras i människors livsstil och kan därför vara en nyckelpelare som den nya generationen av personlig medicin kan bygga på."
