Diabete di tipo 2: usare il caffè per il "controllo del glucosio"
Un giorno, le persone con diabete di tipo 2 potrebbero essere in grado di regolare la glicemia bevendo tè o caffè, grazie alla biologia sintetica.
Gli scienziati dell'ETH di Zurigo in Svizzera hanno progettato e testato un circuito genico sintetico che risponde alle concentrazioni di caffeina nelle bevande.
Ottiene questo risultato rilasciando un composto per il controllo del glucosio utilizzato per il trattamento del diabete di tipo 2.
I ricercatori hanno inserito il circuito nelle cellule e le hanno impiantate nei topi diabetici.
Hanno dimostrato che il consumo di caffè ha ridotto i livelli di glucosio nel sangue in linea con le diverse dosi di caffeina.
Una volta che la caffeina è entrata nel flusso sanguigno dei topi, ha attivato il circuito genico sintetico, inducendolo a rilasciare il composto per abbassare i livelli di glucosio.
I ricercatori riportano i loro risultati in un documento di studio pubblicato di recente sulla rivista Nature Communications.
L'onere del diabete sta crescendo in tutto il mondo
Il diabete è un problema di salute pubblica in crescita che colpisce centinaia di milioni di persone in tutto il mondo.
L'epidemia è principalmente dovuta all'aumento dei tassi di diabete di tipo 2, una condizione che si sviluppa quando le cellule perdono la capacità di utilizzare l'insulina per convertire il glucosio, o lo zucchero nel sangue, in energia.
Negli Stati Uniti sono stati diagnosticati circa 23,1 milioni di casi di diabete, la stragrande maggioranza dei quali di tipo 2. Il costo annuale stimato di questo onere supera i 245 miliardi di dollari.
Ma anche se i trattamenti sono progrediti in modo significativo negli ultimi anni e possono ridurre significativamente il rischio di complicanze, il diabete è ancora la settima causa di morte negli Stati Uniti.
Questo onere potrebbe essere ridotto se più persone raggiungessero gli obiettivi di trattamento raccomandati dai loro medici. Gli esperti suggeriscono che abbiamo bisogno di "modelli di cura" migliori per affrontare il problema.
Al momento, i pazienti devono monitorare i livelli di glucosio nel sangue dopo ogni pasto e rispondere prontamente a qualsiasi aumento con il trattamento prescritto.
Biologia sintetica e circuiti genici
I ricercatori descrivono la biologia sintetica come una "fusione tra ingegneria e biologia" che, negli ultimi anni, ha consentito agli scienziati di ideare circuiti genetici per uso biomedico.
I circuiti genici sintetici riprogrammano le cellule per utilizzare i loro macchinari esistenti in un modo particolare.
Un esempio di ciò è lo sviluppo di "interruttori molecolari" in grado di controllare strettamente le cellule immunitarie nel tentativo di rendere il trattamento del cancro più sicuro e preciso.
Gli scienziati devono affrontare una serie di sfide durante la progettazione di circuiti genetici sintetici. Tra questi c'è la scelta del trigger giusto in modo che il circuito non venga attivato per errore e assicurandosi che la risposta sia limitata a quanto richiesto e non produca effetti collaterali.
Produzione di peptidi innescata dalla caffeina
Nel documento, gli scienziati descrivono come hanno creato "recettori completamente sintetici che percepiscono la caffeina" a livelli equivalenti a quelli presenti in una tipica tazza di caffè.
I recettori sono proteine che siedono sulla superficie delle cellule e reagiscono solo quando incontrano una molecola specifica, come una chiave unica inserita in una serratura. Questo atto di legame innesca una reazione specifica all'interno della cellula.
Qui, il fattore scatenante è la caffeina e la reazione è la produzione di "peptide sintetico simile al glucagone 1 umano", che è un composto utilizzato nel trattamento del diabete di tipo 2 per abbassare i livelli ematici di glucosio.
Gli autori dello studio definiscono il circuito genetico un "regolatore avanzato stimolato dalla caffeina (C-STAR)". Hanno testato il C-STAR inserendolo in "celle di design".
I ricercatori hanno testato la risposta delle cellule C-STAR a varie fonti e dosi di caffeina in laboratorio, comprese le marche commerciali di bevande. Hanno anche impiantato le cellule in topi allevati per sviluppare il diabete di tipo 2.
"Controllo glicemico migliorato"
Sia nei test cellulari che nei topi impiantati con cellule C-STAR, la presenza di caffeina ha innescato un cambiamento reversibile e dose-dipendente nell'espressione genica.
All'inizio, il team ha semplicemente testato l'effetto del trigger collegandolo a un "gene reporter" che codificava per una proteina che potevano testare.
Quindi il team di ricerca ha sostituito il gene reporter con un gene che codifica per "una proteina ingegnerizzata con licenza clinica" per il trattamento del diabete di tipo 2, che è il peptide 1 simile al glucagone umano sintetico.
Una volta attivato, il circuito ha indotto le cellule a produrre peptide simile al glucagone 1. I topi trattati hanno mostrato un controllo del glucosio "sostanzialmente migliorato" rispetto ai controlli non trattati.
"Terapia integrata con lo stile di vita"
Il team suggerisce che uno dei vantaggi dell'utilizzo della caffeina come fattore scatenante è che è "non tossica, poco costosa e presente solo in bevande specifiche".
Il nuovo studio mostra che è possibile "mettere a punto" trattamenti basati su circuiti genetici sintetici per reagire alle bevande quotidiane "come tè e caffè senza integrazione di sostanze chimiche aggiuntive", osservano gli autori.
Inoltre, "integrando la terapia con lo stile di vita", i ricercatori suggeriscono che l'approccio potrebbe essere un modo per convincere i pazienti a conformarsi più prontamente ai regimi di trattamento, poiché concludono:
"Sfruttando le abitudini culturali di routine, le terapie basate su tali sistemi dovrebbero integrarsi perfettamente nello stile di vita delle persone e quindi potrebbero essere un pilastro chiave su cui la nuova generazione di medicina personalizzata può costruire".
