Ученые запрограммировали клетки-носители инсулиновых гранул реагировать на низкие частоты. Например, бас композиции We will rock you группы Queen механически действует на клетку, чтобы та в течение нескольких минут выделяла инсулин. Изобретение сможет помочь людям с диабетом производить и получать инсулин непосредственно в организме. Исследование опубликовано в журнале The Lancet.
Диабет за последние годы приобрел форму пандемии. Многие неотъемлемые факторы современного мира, такие как обилие калорийной пищи, недостаток сна, малоподвижный образ жизни при сидячей работе, способствуют развитию этого заболевания. По данным ВОЗ, количество пациентов зависящих от инсулина перевалило за сто миллионов. Сахарный диабет развивается, когда организм либо не вырабатывает инсулин, либо не может эффективно использовать этот гормон для доставки глюкозы в клетки. Люди с этим заболеваниям зависят от инсулина, который обычно получают в виде инъекций или специальных помп. Но эти методы имеют много минусов. Например, человек может забыть, сломать, потерять шприц с инсулином, и тогда может развиться гипергликемия — повышение уровня глюкозы в крови, которая может вызвать кому и даже смерть.
Ученые стремятся найти способ безопасного, нетравмирующего введения инсулина в организм. Так они пришли к идее о модифицированных клетках, производящие инсулин. Медики предлагают заключить их в капсулы, которые можно имплантировать в организм. Чтобы контролировать время и объем выброса инсулина извне, в последние годы исследователи изучили и применили различные «спусковые крючки»: свет, температуру и электрические поля.
Теперь специалисты из Швейцарии приспособили клетки, производящие инсулин, к восприятию звуковых волн. Ученые использовали белок MscL бактерии кишечной палочки E. coli, который реагирует на механические раздражители. Белок расположен в мембране бактерии и регулирует ток ионов кальция внутрь клетки. Исследователи внедрили схему механочувствительного бактериального ионного канала в клетки, производящие инсулин.
Музыка состоит из акустических волн, которые преобразуются костными косточками среднего уха в механические вибрации. Эти вибрации активируют механочувствительные ионные каналы, и клетки выбрасывают во внешнюю среду накопленный инсулин. Исследователи обнаружили, что уровень громкости около 60 децибел (дБ) и низкие частоты около 50 герц были наиболее эффективными для запуска ионных каналов. Чем ниже частота, тем длиннее акустическая волна. Соответственно, тем сильнее вибрация. Чтобы услышать частоту в 50 Гц необязательно иметь слуховые косточки, усиливающие вибрацию, этот звук человек способен почувствовать кожей. Поэтому самое сильное выделение инсулина вызывала рок-музыка с гулким басом, такая как песня We Will Rock You британской группы Queen, вызывающая физиологическую норму выделения инсулина за 15 минут. Чтобы вызвать максимальное выделение гормона у бактерии, звук должен был продолжаться минимум три секунды с паузой максимум пять секунд. Если интервалы были слишком далеко друг от друга, инсулина высвобождалось существенно меньше.
Хотя клинические испытания еще не проводились, авторы уверены, что этот метод безопасен для пациентов.
«Модифицированные клетки выделяют инсулин только тогда, когда источник звука находится непосредственно на коже над имплантатом. Нельзя, чтобы выброс гормона был вызван окружающим шумом, таким как шум самолетов, газонокосилок, сирен пожарных. Еще один буфер безопасности заключается в том, что клетке необходимо четыре часа для полного восстановления запасов гормона после выброса. Таким образом, даже если бы клетки подвергались воздействию звука с ежечасными интервалами, они не смогли бы каждый раз высвобождать полную дозу инсулина и тем самым вызвать опасную для жизни гипогликемию. Однако это может покрыть типичные потребности пациента с диабетом, который ест три раза в день», — объясняет ведущий автор Мартин Фуссенеггер из Университета Базеля.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
