Возможно, в будущем появится способ улучшить лечение диабета — с лучшим контролем уровня сахара в крови и его использованием мозгом, а также с меньшим риском неврологических проблем — путем присоединения инсулина к специально разработанному наноматериалу.

Исследователи из Университета штата Огайо разработали соединение, состоящее из инсулина , связанного с последовательностью аминокислот, которая включает антиоксидантную группу. Более раннее исследование на мышах, опубликованное в Biomaterials, показало, что антидиабетические свойства этого наноматериала включают улучшение потребления глюкозы и ее доступности в качестве топлива для мозга.

В новом исследовании команда сравнила терапевтические эффекты экспериментального соединения с эффектами одного инсулина и одного наноматериала на моделях диабета 1 типа на мышах. Показатели контроля уровня сахара в крови и активности генов, связанных с инсулином, в мозге мышей, получавших комбинированную терапию , были близки к показателям здоровых животных, и эти же мыши лучше справлялись с тестами на мышление и память.

Предыдущие исследования связывали диабет как 1-го, так и 2-го типа с проблемами когнитивной функции и повышенным риском развития деменции, но «неврологические осложнения диабета рассматриваются меньше всего», — говорит Улиана Зиузенкова, доцент кафедры гуманитарных наук в штате Огайо и старший автор исследования. исследование.

«Мы обнаружили на мышах, что наша молекула и инсулин в сочетании были лучше, чем каждое отдельное лечение, в решении проблем, связанных с диабетом, и привели к значительному улучшению когнитивных функций по сравнению со всеми другими группами».

Исследование опубликовано в журнале Pharmaceutics.

Молекула, которую ученые использовали для связывания с химической структурой инсулина, названная AAC2, была разработана в лаборатории Джона Паркетта, соавтора исследования, профессора химии и биохимии в штате Огайо.

Паркетт и его сотрудники создали серию молекул из небольших цепочек аминокислот и, чтобы получить AAC2, добавили структурный фрагмент антиоксиданта кумарина. Цепи спроектированы таким образом, чтобы складываться, как кирпичи, и прилипать друг к другу таким образом, чтобы они могли самостоятельно собираться в нановолокна, несущие положительный электрический заряд. Электрические силы удерживают инсулин и AAC2 вместе, образуя надмолекулярный комплекс.

«Это важно, потому что многие вещи, происходящие в биологическом масштабе, кажутся нанометровыми. Белки, клеточные поверхности, вирусы — все это нанообъекты», — сказал он. «Поэтому, если вы можете создавать вещи, которые функционируют в таком масштабе, у вас больше возможностей вмешиваться в биологические процессы».

Организм людей с диабетом 1 типа не вырабатывает достаточного количества инсулина, а у людей с диабетом 2 типа организм не может правильно использовать инсулин для переноса сахара из крови в мышечные и жировые клетки, а также во многие другие клетки в организме. тела, которые используют глюкозу для получения энергии. Мозг, основной орган, требующий использования глюкозы в качестве топлива, полагается на специфические транспортеры для доставки глюкозы — транспортеры, функция которых может быть нарушена нерегулярными уровнями глюкозы, такими как те, которые возникают при диабете.

В этом исследовании эксперименты проводились на мышах, которые были химически и генетически модифицированы, чтобы иметь дефицит инсулина, вызывающий высокий уровень сахара в крови, что является отличительной чертой диабета 1 или 2 типа . Исследователи вводили животным каждые три дня либо только человеческий инсулин (используется, чтобы отличить лечение от инсулина, вырабатываемого мышами), либо только молекулу AAC2, либо молекулу AAC2, связанную с человеческим инсулином, в качестве комбинированной терапии.

Команда обнаружила, что только комбинированная терапия обеспечивала устойчивый уровень глюкозы у мышей в течение длительного периода времени и положительно влияла на экспрессию генов и транспорт нейротрансмиттеров в их мозгу. Мыши , получавшие комбинированную терапию, также показали лучшие результаты в когнитивно-поведенческих тестах, чем животные, получавшие только инсулин или нановолокно AAC2.

Результаты показали, что эти преимущества связаны с тем, как взаимодействие инсулина с наноматериалом влияет на два аспекта использования глюкозы в организме: расщепление глюкозы для энергетического метаболизма и использование глюкозы для хранения и структурных нужд. По словам Зюзенковой, вместе эти положительные эффекты терапии могут восстановить здоровый энергетический баланс.

«Наша концепция обеспечила сбалансированный метаболический эффект с участием совершенно уникального пути, который индуцируется этим надмолекулярным комплексом», — сказала она.