Konstrueret insulin, der kan aktiveres af forhøjet blodsukker, kan forbedre diabetikernes livskvalitet

Personer med type 1 -diabetes skal kontrollere deres blodsukker flere gange om dagen og injicere sig selv med insulin for at holde deres blodsukker inden for et sundt område. Et bedre alternativ, længe søgt af diabetesforskere, ville være insulin, der er konstrueret til at blive hængende i blodbanen, bliver kun aktiv, når det er nødvendigt, f.eks. lige efter et måltid.

En hindring for at udvikle denne form for "glukose-responsiv insulin" er, at det er svært at vide, hvordan disse lægemidler vil opføre sig uden at teste dem hos dyr. MIT-forskere har nu skabt en computermodel, der skal effektivisere udviklingsprocessen:Deres nye model kan forudsige, hvordan glukose-responsivt insulin (GRI) vil påvirke patienters blodsukker, baseret på kemiske træk som f.eks. hvor hurtigt GRI aktiveres i nærvær af glukose.

"Begrebet GRI har været et mangeårigt mål for diabetesområdet, "siger Michael Strano, Carbon P. Dubbs professor i kemiteknik ved MIT. "Hvis det gøres korrekt, du kunne gøre det, så diabetikere lejlighedsvis kunne tage en dosis og aldrig skulle bekymre sig om deres blodsukker. "

Den nye model gjorde det muligt for forskerne at identificere flere stærke GRI -kandidater, som de nu planlægger at teste hos dyr.

Strano er seniorforfatter til to nyere artikler om GRI'er, som fremgår af tidsskrifterne Naturkemi og Avanceret sundhedsmateriale . Den første forfatter til begge artikler er MIT -kandidatstuderende Naveed Bakh.

"Et rationelt design"

I de seneste år, forskere har eksperimenteret med flere typer GRI'er. I den seneste artikel i Nature Chemistry, Strano og kolleger skitserede nogle af de fremskridt, der er gjort, og lagde en række specifikke syntetiske fremgangsmåder, der kunne bidrage til at gøre GRI'er til en praktisk realitet. Disse omfatter brug af matematiske modeller af menneskekroppen til at forudsige, hvordan GRI'er ville opføre sig hos patienter, gør det lettere at designe og teste sådanne lægemidler.

I papiret Advanced Healthcare Materials, MIT -teamet brugte denne type modellering til at analysere insulin, der er modificeret, så det kan interagere med glukose. Insulinet har molekyler kaldet PBA knyttet til det, og disse PBA -molekyler kan binde sig til glucose, som derefter aktiverer insulinet.

Andre GRI -tilgange, som forskere har prøvet, involverer insulin indlejret i hydrogeler, der frigiver stoffet, når de støder på glukose, og insulinbærende partikler fremstillet af polymerer, der nedbrydes, når de binder til glucose. I alle disse tilfælde, Det er vigtigt at vide, hvor stærkt glukosen vil interagere med GRI, og hvor hurtigt insulin begynder at virke.

MIT-teamet udarbejdede ligninger, der beskriver adfærden for PBA-modificeret insulin baseret på parametre, såsom hvor stærkt glukose binder til GRI, og hvor hurtigt insulinet aktiveres. De kombinerede disse ligninger med eksisterende modeller for, hvordan glukose og insulin opfører sig i forskellige rum i kroppen, såsom blodkar, muskel, og fedtvæv.

"Vi startede med at tænke på GRI som et sæt ligninger, "Strano siger." Resultatet er det første rationelle design til GRI. "

Som resultat, forskerne kan nu indtaste specifikke GRI-træk og modellere, hvordan GRI vil opføre sig i menneskekroppen over en 24-timers periode, med måltider indtaget med bestemte intervaller i løbet af dagen. Modellen forudsiger, hvor meget blodsukker vil stige efter måltider, styrken af ​​det udløste insulinrespons, og det resulterende blodsukkerniveau.

Forskerne indarbejdede American Diabetes Association's anbefalede blodsukkergrænser i deres model, giver dem mulighed for at bestemme, hvilke GRI -parametre der producerer blodsukkerkontrol inden for de foreslåede retningslinjer.

Papiret viser, at det er muligt at optimere designet af kemisk modificeret insulin, siger Frank Doyle, dekan for Harvard University's John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.

"Desuden, de viser effektiv (simuleret) kontrol for tre måltider i en 24-timers periode, samt et savnet måltidsscenario. Taget sammen, disse resultater afslører det spændende løfte om en sådan strategi til behandling af diabetes, sammen med muligheden for menneskelig klinisk evaluering, "siger Doyle, der ikke var involveret i undersøgelsen.

Selvom denne model er specifik for en kategori af GRI, forskerne planlægger at anvende denne tilgang til at udvikle lignende modeller for andre typer GRI'er.

Nye kandidater

Strano siger, at han håber, at andre forskere, især medicinske kemikere, vil bruge den nye model til at guide udviklingen af ​​nye GRI -kandidater. MIT -teamet forfølger også flere af de bedste kandidater, som modellen forudsiger, og planlægger at arbejde med Michael Weiss, professor i biokemi ved Case Western Reserve University, at teste dem i mus.

Forskerne mener, at denne tilgang kunne udvides til at omfatte andre typer lægemidler, der ville reagere på ændringer i fysiologiske tilstande, for eksempel, antikoagulantia, der aktiveres, når blodkoagulationsproteiner bliver forhøjede.

"Vi kunne forestille os en fremtid, hvor det er normen for al terapi:Vi kunne bede vores lægemidler om at modulere deres styrke baseret på vores umiddelbare, øjeblikkeligt behov i realtid, "Siger Strano." Det er pie-in-the-sky på dette tidspunkt, men udgangspunktet for dette koncept er en model for deres design. "

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.