Цюрих [Switzerland], 23 августа (): При диабете организм либо не вырабатывает инсулин, либо вырабатывает очень мало инсулина. Таким образом, диабетикам необходима внешняя инъекция или помповая доставка этого гормона. Чтобы улучшить жизнь этих людей, исследователи из кафедры биосистемных наук и инженерии ETH Zurich в Базеле под руководством Мартина Фюссенеггера ищут способы создания и доставки инсулина непосредственно в организм.
Один из таких подходов, над которым работают исследователи, предполагает создание капсул, которые можно вводить в организм и содержать дизайнерские клетки, вырабатывающие инсулин. В последние годы исследователи исследовали и использовали различные триггеры, в том числе свет, температуру и электрические поля, чтобы иметь возможность контролировать извне, когда и сколько инсулина клетки выделяют в кровь.
Фуссенеггер и его коллеги разработали еще один, новый метод стимуляции: они используют музыку, чтобы заставить клетки вырабатывать инсулин в течение нескольких минут. Особенно хорошо это работает с «We Will Rock You», мировым хитом британской рок-группы Queen.
Чтобы сделать клетки, производящие инсулин, восприимчивыми к звуковым волнам, исследователи использовали белок бактерии E. coli. Такие белки реагируют на механические раздражители и часто встречаются у животных и бактерий. Белок расположен в мембране бактерии и регулирует приток ионов кальция внутрь клетки. Исследователи внедрили схему этого бактериального ионного канала в клетки, производящие инсулин. Это позволяет этим клеткам самостоятельно создавать ионные каналы и встраивать их в свою мембрану.
Как удалось показать ученым, канал в этих клетках открывается в ответ на звук, позволяя положительно заряженным ионам кальция проникать в клетку. Это приводит к изменению заряда клеточной мембраны, что, в свою очередь, приводит к слиянию крошечных наполненных инсулином пузырьков внутри клетки с клеточной мембраной и высвобождению инсулина наружу.
В клеточных культурах исследователи сначала определили, какие частоты и уровни громкости наиболее сильно активируют ионные каналы. Они обнаружили, что уровень громкости около 60 децибел (дБ) и низкие частоты 50 герц были наиболее эффективными для запуска ионных каналов. Чтобы вызвать максимальное выделение инсулина, звук или музыка должны были продолжаться минимум три секунды и делать паузу максимум пять секунд. Если интервалы были слишком далеко друг от друга, высвобождалось существенно меньше инсулина.
Наконец, исследователи изучили, какие музыкальные жанры вызывают самую сильную реакцию инсулина при громкости 85 дБ. На первое место вышла рок-музыка с громким басом, такая как песня «We Will Rock You» группы Queen, за которой последовал саундтрек к боевику «Мстители». По сравнению с этим инсулиновый ответ на классическую музыку и гитарную музыку был довольно слабым.
«We Will Rock You» вызвало примерно 70 процентов инсулиновой реакции в течение 5 минут, а всю — в течение 15 минут. По словам Фуссенеггера, это сравнимо с естественной инсулиновой реакцией здоровых людей, вызванной глюкозой.
Чтобы протестировать систему в целом, исследователи имплантировали мышам клетки, производящие инсулин, и поместили животных так, чтобы их животы находились прямо на громкоговорителе. Это был единственный способ, которым исследователи могли наблюдать реакцию инсулина. Однако если животные могли свободно передвигаться на «мышиной дискотеке», музыка не вызывала выброс инсулина.
«Наши дизайнерские клетки выделяют инсулин только тогда, когда источник звука с правильным звуком воспроизводится непосредственно на коже над имплантатом», — объясняет Фуссенеггер. Выброс гормона не был вызван окружающим шумом, таким как шум самолетов, газонокосилок, сирен пожарных или разговоров.
Насколько он может судить по результатам испытаний на клеточных культурах и мышах, Фюссенеггер не видит большого риска того, что имплантированные человеку клетки будут выделять инсулин постоянно и при малейшем шуме.
Еще один буфер безопасности заключается в том, что депо инсулина необходимо четыре часа для полного пополнения после того, как они были исчерпаны. Таким образом, даже если бы клетки подвергались воздействию звука с часовыми 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», — говорит Фуссенеггер. Он поясняет, что инсулин долго сохраняется в везикулах, даже если человек не ест более четырех часов. «Никакого истощения или непреднамеренного сброса не происходит». (АНИ)