Selvsamlende peptider og kampen mod fedme og diabetes

Et samarbejde mellem Afdelingens Nanoscience Center og MedImmune tager store skridt mod en sikrere og mere effektiv behandling af type 2-diabetes og fedme.

Cambridge kemiingeniører har studeret oxyntomodulin, et menneskeligt peptid, som har potentiale til at være en sikker og effektiv behandlingsform for både type 2-diabetes og fedme. En af fordelene ved det nye lægemiddel er, at i modsætning til andre behandlinger for type 2-diabetes, det vil ikke få patienten til at tage på i vægt – faktisk, stik modsat.

"Der er bevis for, at oxyntomodulin både reducerer appetitten og forårsager en let stigning i kropstemperaturen og stigning i hjertefrekvensen, som vil hjælpe med vægttab, siger Sonja Kinna, en sidste års ph.d. studerende, under tilsyn af professor Sir Mark Welland, der undersøger selvsamling af peptider som en langsigtet lægemiddelformulering. "Ud over at behandle diabetes, vi ser det som et potentielt våben til at bekæmpe fedme."

Sonja og teamet har undersøgt peptidets strukturelle egenskaber, som kan opbevares i en fibrillær (eller lineær) struktur. Denne struktur er inert, men adskilles til en opløselig tilstand ved indsprøjtning under huden, udløser frigivelsen af ​​insulin i kroppen.

Den traditionelle behandling af type 2-diabetes går ud på at indsprøjte insulin direkte i patienten. Hvis der påføres for meget insulin, patienten kan udvikle hypoglykæmi, men oxyntomodulin eliminerer denne risiko ved at få patientens krop til at producere sin egen insulin og balancere insulinproduktionen.

"Vi ved, at peptider er en meget sikker og effektiv behandlingsform, siger Sonja, "Men problemet er, at kroppen reagerer på dem som på proteiner, behandle dem som mad og derfor nedbryde dem. Det er derfor, at evnen til at bruge oxyntomodulins fibrillerede form er så vigtig. Vi kan bruge det som et depot, hvorfra det aktive peptid diffunderer ind i blodbanen over en længere periode."

Langsom frigivelse fra selvsamlede strukturer skaber en vedvarende virkning, der omgår den korte halveringstid af peptider. Dette betyder, at lægemidlets virkning kan vare hos mennesker i flere dage eller endda uger. Selvom lægemidlet er potentielt effektivt i sin frie form, det skulle administreres ofte, måske så ofte som hver fjerde time.

Holdets papir, 'Kontrol af bioaktiviteten af ​​et peptidhormon in vivo ved reversibel selvsamling', vandt Medimmune 2017 Global Excellence Award for årets bedste udgivelse. Prisen anerkender exceptionelle bidrag til at fremme innovativ videnskab og levere enorm værdi til MedImmune-organisationen.

"Det bedste ved dette projekt har været samarbejdet med MedImmune, " siger Sonja. "Det er fantastisk, fordi vi [i Cambridge] studerer strukturen af ​​peptiderne på nanoskala, hvorimod biologerne fra MedImmune ser på de involverede risikofaktorer fra et industrielt synspunkt. Sammen fungerer det rigtig godt."

Partnerskabet har vist sig gavnligt for både universitetet og MedImmune, og er potentielt livsændrende for millioner.

"Dette arbejde viser, hvordan universitetsforskning med en kommerciel partner kan innovere medicin, " siger professor Sir Mark Welland. "Vores mange års forskning i, hvordan proteiner og peptider kan danne nanostrukturer, har givet os mulighed for at tage en potentiel medicin og redesigne dens levering for at gøre den langt mere effektiv."

Cambridge-teamet bruger atomkraftmikroskopi til at spore signaler og skabe billeder af fibrillerne, som slet ikke kan ses, selv ved at bruge de mest kraftfulde optiske mikroskoper. De undersøger også kinetikken og termodynamikken ved fibrillering og peptidfrigivelse for bedre at forstå, hvordan de fungerer under forskellige forhold.

Der er, selvfølgelig, meget arbejde, der skal gøres, før noget lægemiddel kan dukke op på markedet, og det skal udføres under meget præcise forhold. Det er livsvigtigt arbejde, imidlertid. Ikke alene rummer denne undersøgelse håb om bedre behandling for dem, der lider af diabetes, men det har også betydning for forståelsen af ​​sygdomme som Parkinsons sygdom, som opstår, når proteiner fibrillerer irreversibelt.

"Det er meget spændende, " siger Sonja. "Der er så meget potentiale i dette arbejde, ikke kun til design og levering af medicin, men også for at forstå udviklingen af ​​sygdomme, der i øjeblikket er uhelbredelige."