Ekspertom udało się wyhodować komórki, które „włączają się” po przyłożeniu do nich naelektryzowanych igieł do akupunktury. W tkankach tworzą się w ten sposób reaktywne formy tlenu (ROS), które aktywują wydzielanie insuliny.
Odkrycie opisano w magazynie „Nature Metabolism”.
„Mamy nadzieję, że dzięki naszej metodzie w przyszłości będziemy mogli konstruować implanty, które pomogą chorym w leczeniu”
– mówi bioinżynier i współautor pracy Martin Fussenegger z Politechniki w Zurychu.
Zdaniem naukowców implanty będą zasilane zwykłymi bateriami.
Elektryczny włącznik genów
Eksperci od ponad czterdziestu lat pracują nad zastosowaniem impulsów elektrycznych do stymulowania produkcji białek w komórkach.
„Chcemy opracować coś w rodzaju interfejsu, który połączy genetykę i elektryczność. Dzięki temu będziemy mogli aktywować określone geny i leczyć choroby”
– tłumaczy Fussenegger.
Na przykład trzustka osób chorych na cukrzycę typu pierwszego wytwarza za mało insuliny, kluczowego hormonu odpowiedzialnego za kontrolę poziomu glukozy we krwi. Zdolność do stymulacji tkanek, która zmusi je do produkcji insuliny, może pomóc chorym uniknąć hiperglikemii.
Fussenegger i jego współpracownicy opracowali komórki produkujące insulinę, które aktywują się w odpowiedzi na ROS. Te toksyczne molekuły są wytwarzane naturalnie podczas metabolizmu komórkowego, ale ich powstanie można również wywołać, przykładając do tkanek prąd stały.
„Reaktywne formy tlenu to ważne cząsteczki sygnałowe, które mogą wpływać na ekspresję genów, czyli proces, w którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje odczytana i przepisana na jego produkty, na przykład białka”
– wyjaśnia Esma Isenovic, która bada wpływ ROS na choroby.
Polecamy:
Implant insuliny
Zbyt duża liczba cząsteczek ROS może zakłócać funkcjonowanie organizmu. W zmodyfikowanych komórkach badacze „ukrywają” gen, który odpowiada za wytwarzanie insuliny w regionie DNA, który aktywuje się w odpowiedzi na reaktywne formy tlenu. I to podejście działa.
Naukowcom udało się dostarczyć prąd do komórek, które znajdowały się w żelowej kapsułce wszczepionej pod skórę myszy. Zaledwie kilkanaście sekund po aktywacji urządzenia poziom insuliny we krwi zwierząt wzrastał, a poziom glukozy normalizował się. Ilość uwalnianego hormonu można było kontrolować, zmieniając czas trwania stymulacji i natężenie prądu.
Zespół ma nadzieję, że niebawem system będzie można zaadaptować do przenośnych urządzeń medycznych sterowanych za pomocą komputera lub smartfonu.
Ale technologia ta jest wciąż na bardzo wczesnym etapie rozwoju i potrzeba więcej badań, zanim będzie ją można przetestować na ludziach.
Zobacz też:
Źródło: Nature.com