Токовая терапия: как лечить диабет с помощью электричества
Около 4,5 миллиона россиян состоят на диспансерном учете с сахарным диабетом, и с каждым годом их число растет. Но и медицина не стоит на месте — для больных создано немало удобных инструментов: глюкометр, портативные шприцы для инъекций, импланты с инсулином. И вот новая разработка, которая основана на генном редактировании и электричестве.
Концепция применения электричества для управления биологическими процессами начала распространяться в 1980-х, а с началом бурного развития генетических технологий исследователи решили использовать эту энергию для воздействия на ДНК. Главная цель такой разработки — борьба с наследственными патологиями. «Включая» или «выключая» гены, можно контролировать важные для физиологических процессов белки. И первым заболеванием, которое решили лечить таким способом, стал сахарный диабет.
Что такое диабет и как его лечат?
ЧитатьУ тех, кто страдает диабетом первого типа, вырабатывается очень мало (или вовсе нет) инсулина — ключевого гормона, контролирующего уровень сахара в крови. Стимуляция клеток для синтеза инсулина поможет больным избежать гипергликемии — опасного повышения уровня сахара в крови.
Что же происходит в клетках под воздействием электричества и как это может помочь в борьбе с диабетом? Дело в том, что ток стимулирует в них синтез активных форм кислорода (АФК), которые запускают химические реакции.
Что такое АФК?
Токсичные для молекулярных тканей активные формы кислорода вырабатываются естественным образом во время клеточного метаболизма. При этом стимулировать их образование можно искусственно — для этого нужен постоянный электрический ток. При низкой концентрации активные формы кислорода действуют в качестве сигнальной молекулы и важного регулятора экспрессии генов. Если же АФК в избытке, например во время окислительного стресса, то они могут приводить к разрушению других молекул и нарушать нормальное функционирование клетки. Избежать этого помогает существующий в организме механизм выработки антиоксидантных белков для нейтрализации АФК.
Слева показана молекула свободного радикала, у которого не хватает электрона, а справа — антиоксидант, который «поделится» с радикалом электроном и восстановит баланс Иллюстрация: © TimeLineArtist / Shutterstock / FOTODOM
Исследователи «замаскировали» ген, вырабатывающий инсулин. Достичь этого получилось с помощью искусственно созданного фрагмента ДНК — промотора. Он связан с генами, вырабатывающими антиоксиданты, которые включаются в ответ на появление в клетках АФК. После редактирования гена воздействие электричества усиливало синтез инсулина.
Сначала ученые экспериментировали с клетками, а потом провели опыты на мышах с гипергликемией. Им под кожу поместили капсулу с измененными клетками. После этого исследователи начали воздействовать на имплант электрическим током при помощи игл для акупунктуры. При стимуляции в крови животных повышался уровень инсулина, а уровень сахара снижался до нормальных значений. Количество вырабатываемого гормона можно было, регулируя силу тока.
Схема стимуляции капсул с измененными клетками при помощи электрического тока
Изображение: © Jinbo Huang / An electrogenetic interface to program mammalian gene expression by direct current / Springer Nature Limited
Имплант находится на самой ранней стадии разработки. Впереди еще многочисленные испытания для того, чтобы узнать обо всем потенциале устройства. Ученые надеются, что полученная ими технология ляжет в основу создания медицинских имплантов для помощи диабетикам. К такому устройству подойдут обычные батареи, а в перспективе им можно будет управлять с помощью мобильного приложения.
