Diabetes type 2: koffie gebruiken voor 'glucoseregulatie'
Op een dag kunnen mensen met diabetes type 2 dankzij synthetische biologie hun bloedsuikerspiegel reguleren door thee of koffie te drinken.
Wetenschappers van ETH Zürich in Zwitserland hebben een synthetisch gencircuit ontworpen en getest dat reageert op drankconcentraties van cafeïne.
Het bereikt dit door een glucoseregulerende stof vrij te geven die wordt gebruikt om type 2-diabetes te behandelen.
De onderzoekers plaatsten het circuit in cellen en implanteerden ze in diabetische muizen.
Ze toonden aan dat koffieconsumptie de bloedglucosespiegel verlaagde in overeenstemming met verschillende doses cafeïne.
Toen de cafeïne eenmaal in de bloedbaan van de muizen was gekomen, activeerde het het synthetische gencircuit, waardoor het de verbinding vrijgaf om het glucosegehalte te verlagen.
De onderzoekers rapporteren hun bevindingen in een onderzoeksartikel dat onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Nature Communications.
De diabeteslast neemt wereldwijd toe
Diabetes is een groeiend probleem voor de volksgezondheid dat honderden miljoenen mensen wereldwijd treft.
De epidemie is voornamelijk te wijten aan het stijgende aantal diabetes type 2, een aandoening die ontstaat wanneer cellen hun vermogen verliezen om insuline te gebruiken om glucose of bloedsuiker om te zetten in energie.
In de Verenigde Staten zijn ongeveer 23,1 miljoen gevallen van diabetes gediagnosticeerd - de overgrote meerderheid van hen type 2. De geschatte jaarlijkse kosten van deze last bedragen meer dan $ 245 miljard.
Maar hoewel de behandelingen de afgelopen jaren aanzienlijk zijn gevorderd en het risico op complicaties aanzienlijk kunnen verminderen, is diabetes nog steeds de zevende belangrijkste doodsoorzaak in de VS.
Deze last zou kunnen worden verminderd als meer personen de door hun artsen aanbevolen behandelingsdoelen zouden halen. Deskundigen suggereren dat we betere “zorgmodellen” nodig hebben om het probleem aan te pakken.
Momenteel moeten patiënten na elke maaltijd de bloedglucosespiegels controleren en onmiddellijk reageren op eventuele verhogingen met de voorgeschreven behandeling.
Synthetische biologie en gencircuits
De onderzoekers omschrijven synthetische biologie als een "fusie tussen techniek en biologie" die wetenschappers de afgelopen jaren in staat heeft gesteld gencircuits te ontwerpen voor biomedisch gebruik.
Synthetische gencircuits herprogrammeren cellen om hun bestaande machinerie op een bepaalde manier te gebruiken.
Een voorbeeld hiervan is de ontwikkeling van "moleculaire schakelaars" die immuuncellen strak kunnen controleren in een poging de behandeling van kanker veiliger en nauwkeuriger te maken.
Wetenschappers staan voor een aantal uitdagingen bij het ontwerpen van synthetische gencircuits. Een daarvan is het kiezen van de juiste trigger zodat het circuit niet per ongeluk wordt geactiveerd en ervoor zorgen dat de reactie beperkt is tot wat nodig is en geen bijwerkingen veroorzaakt.
Door cafeïne gestimuleerde peptideproductie
In de paper beschrijven de wetenschappers hoe ze "volledig synthetische receptoren die cafeïne detecteren" creëerden op niveaus die gelijk zijn aan die in een typische kop koffie.
Receptoren zijn eiwitten die op het oppervlak van cellen zitten en alleen reageren wanneer ze een specifiek molecuul tegenkomen, zoals een unieke sleutel die in een slot wordt gestoken. Deze handeling van binding veroorzaakt een specifieke reactie in de cel.
Hier is cafeïne de trigger en de reactie is de productie van "synthetisch menselijk glucagon-achtig peptide 1", een verbinding die wordt gebruikt bij de behandeling van diabetes type 2 om de bloedglucosespiegel te verlagen.
De auteurs van het onderzoek noemen het genetische circuit een "door cafeïne gestimuleerde geavanceerde regulator (C-STAR)." Ze hebben de C-STAR getest door deze in 'designercellen' te plaatsen.
De onderzoekers testten de reactie van de C-STAR-cellen op verschillende bronnen en doses cafeïne in het laboratorium, waaronder commerciële drankenmerken. Ze implanteerden de cellen ook in muizen die waren gefokt om diabetes type 2 te ontwikkelen.
‘Verbeterde glucoseregulatie’
In zowel de celtests als de muizen die met C-STAR-cellen waren geïmplanteerd, veroorzaakte de aanwezigheid van cafeïne een omkeerbare en dosisafhankelijke verandering in genexpressie.
In eerste instantie testte het team het effect van de trigger door het te koppelen aan een 'reportergen' dat codeerde voor een eiwit dat ze konden testen.
Vervolgens verving het onderzoeksteam het reportergen door een gen dat codeert voor "een gemanipuleerd eiwit met een klinische vergunning" voor de behandeling van type 2 diabetes, het synthetische menselijke glucagonachtige peptide 1.
Eenmaal geactiveerd, zorgde het circuit ervoor dat de cellen glucagon-achtig peptide 1 produceerden. Behandelde muizen vertoonden een "substantieel verbeterde" glucoseregulatie in vergelijking met onbehandelde controles.
‘Therapie geïntegreerd met levensstijl’
Het team suggereert dat een van de voordelen van het gebruik van cafeïne als trigger is dat het "niet giftig, goedkoop en alleen aanwezig is in specifieke dranken".
De nieuwe studie toont aan dat het mogelijk is om behandelingen op basis van synthetische gencircuits "te verfijnen" om te reageren op alledaagse dranken "zoals thee en koffie zonder toevoeging van extra chemicaliën", merken de auteurs op.
Bovendien suggereren de onderzoekers, "door therapie te integreren met levensstijl", dat de aanpak een manier zou kunnen zijn om patiënten gemakkelijker te laten voldoen aan behandelingsregimes, aangezien zij concluderen:
"Gebruikmakend van routinematige culturele gewoonten, zouden therapieën op basis van dergelijke systemen naadloos moeten worden geïntegreerd in de levensstijl van mensen en daarom een belangrijke pijler kunnen zijn waarop de nieuwe generatie gepersonaliseerde geneeskunde kan voortbouwen."
