POTRAGA ZA „SVETIM GRALOM“ U LIJEČENJU DIJABETESA

Što je zapravo dijabetes?

Dijabetes (šećerna bolest) definira se kao poremećaj metabolizma glukoze i manifestira se kroničnom hiperglikemijom ili povišenom razinom šećera u krvi uslijed poremećenog izlučivanja inzulina (1). Inzulin je hormon koji proizvodi gušterača te ima ulogu u regulaciji glukoze u stanicama. Ako gušterača ima smanjenu ili onemogućenu funkciju proizvodnje inzulina, dolazi do nakupljanja glukoze u krvi što dugoročno uzrokuje oštećenja na očima, živcima, bubrezima i krvnim žilama koja nazivamo kronične komplikacije šećerne bolesti (1).

Izvor: www.practo.com

Dijabetes je bolest modernog doba te pogađa sve veći broj ljudi različitih dobnih skupina. Poteškoće s kojima se susreću oboljeli od dijabetesa jest teško izbjegavanje visoke razine šećera što dugoročno uzrokuje oštećenje vida, bubrega, srca i krvožilnog sustava te živaca. Opasnija posljedica loše regulacije glukoze u krvi je niska razina šećera u krvi nakon primjene inzulina koja može biti smrtonosna.

Pacijenti se svakodnevno suočavaju s dilemom da malo povećanje doze inzulina, promjena u sadržaju obroka ili fizičke aktivnosti može utjecati na sniženu razinu šećera u krvi. Priroda bolesti zahtijeva kontinuirano praćenje razine glukoze u krvi čime bi se spriječili navedeni problemi i posljedice te unaprijedila kvaliteta života oboljelih od dijabetesa.

Praćenje razine glukoze u krvi

Za kontrolu i mjerenje razine glukoze u krvi primjenjuju se brojne metode, a najčešća je mjerenje razine glukoze iz krvi pomoću testnih trakica. Navedeni način mjerenja razine glukoze u krvi primjenjuje se nekoliko puta dnevno.

Izvor: https://www.healthfitt.com/what-is-diabetes/

Praćenje razine glukoze u krvi zahtijeva dizajn ugradbenog senzora za glukozu koji bi davao kontinuirana očitanja kroz duži vremenski period. Seznor bi se trebao sastojati od molekule koja selektivno i specifično veže glukozu i šalje signal o njezinoj razini. Jedan takav primjer je enzim glukoza-oksidaza koja veže molekulu glukoze, ali i oksidira molekulu glukoze što uzrokuje poteškoće za kontinuiranu primjenu kao i tehničke poteškoće prilikom dizajna senzora (2).

Molekula koja bi bila zadovoljavajuća za dizajn senzora trebala bi vezati glukozu i omogućiti očitanje razine glukoze bez kemijske reakcije koja može utjecati na značajke senzora. Selektivno vezanje glukoze u vodi izazovan je proces jer se glukoza dobro otapa u vodi te ima kompleksnu trodimenzionalnu strukturu.

Posljednih 20 godina istraživačka grupa profesora Anthonyja Daviesa sa sveučilišta University of Bristol intenzivno se bavi proučavanjem lektina, proteina koji veže šećere te sudjeluje u regulaciji odgovora imunološkog sustava na upalu kao i u regulaciji adhezije (prianjanja) stanica (3). Fokus istraživanja profesora Daviesa i njegove grupe su dizajn i sinteza molekula koje se ponašaju kao lektini i njihovi derivati te selektivno i specifično vežu glukozu (4-9).

Takve molekule nazivamo umjetni biomimetički receptori za šećere (3).

Napredak u istraživanjima

Nakon dugogodišnjeg rada na ovoj problematici i brojnim usavršavanjima istraživanih molekula koje su bili potencijalni kandidati za receptor za glukozu, 2012. godine došlo se do revolucionarnih rezultata (10).

Nastavilo se raditi na istraživanju te su profesor Davies i njegov doktorand u to vrijeme, Harry Destecroix prepoznali komercijalni potencijal istraživanih molekula kao glavnu komponentu receptora za kontinuirano mjerenje razine glukoze. Na temelju tadašnjih istraživanja, 2014. godine pokrenuli su start-up kompaniju Ziylo koja zapošljava stručnjake iz područja supramolekulske kemije, fotonike i mikroelektronike koji rade na dizajnu i razvoju platforme za izradu senzora s namjenom u različite industrijske svrhe.

Photo by Trust “Tru” Katsande on Unsplash

Dizajnirani sintetski lektini su osjetljivi i selektvni za molekule glukoze, ali su također optički aktivni (molekula je optički aktivna kad njezina struktura nije identična njezinoj zrcalnoj slici) što omogućuje praćenje optičkog signala kako se mijenja razina glukoze u realnom vremenu. Receptori koje su razvili stručnjaci iz kompanije Ziylo pogodni su za rad u složenom biološkom mediju kao što su stanični medij i krvna plazma, njihova selektivnost za glukozu gotovo je savršena, a afinitet za glukozu veći je od proteina lektina koji vežu molekule šećera.

Također, dizajnirani receptori ne vežu vitamin C i paracetamol koji reagiraju s trenutačno dostupnim senzorima za glukozu i mogu utjecati na rezultate.

Što nas čeka u budućnosti?

Novo Nordisk farmaceutska kompanija iz Danske koja se bavi proizvodnjom lijekova za dijabates, 2018. godine otkupila je ekskluzivna prava za korištenje platforme koju su razvili stručnjaci iz kompanije Ziylo u svrhu razvoja novog tipa inzulina koji će omogućiti bolju kontrolu razine glukoze u krvi.

Molekule koje vežu glukozu imaju potencijal za razvoj inzulina, koji potencijalno može ukloniti rizik od hipoglikemije (11). Nakon što je Ziylo prodao svoja prava, osnovana je kompanija Carbometrics koja se dalje bavi razvojem i dizajnom senzora za kontinuirano praćenje razine glukoze u suradnji s Novo Nordiskom.

Ovakav pristup omogućit će bolju kontrolu razine glukoze u krvi (12). Kako se radi o medicinskom uređaju, klinička ispitivanja su kraća od onih za lijek te se očekuje da će ovakav senzor biti dostupan za pacijente nakon provedenih testiranja i zadovoljavanja svih zakonskih regulativa.

Revolucinarno otkriće znanstvenika sa sveučilišta University of Bristol, profesora Daviesa i njegovih suradnika na polju sinteze molekula koje specifično vežu molekule šećera temelj su za dizajn novih senzora za kontinuirano praćenje glukoze u krvi. Smatra se da bi takvi senzori oboljelima od dijabetesa omogućili praćenje razine šećera u realnom vremenu čime se sprječava pojava hiperglikemije koja dugoročno ima ozbiljne posljedice na zdravlje pacijenta. Osim hiperglikemije, ovakav pristup bi omogućio praćenje razine šećera nakon primjene inzulina, koji uzrokuje nagli pad šećera u krvi, tj. pojava hipoglikemije koja može biti smrtonosna. Vrijeme će pokazati koje će sve napretke razvoj znanosti donijeti.

Za 3L piše: Atiđa Selmani

Atiđa je kemičarka, koja osim kemije voli ples, principe zdravog života i kuhanje. Voli motivirati i činiti sretnima ljude oko sebe.

Izvori:

(1) https://www.cybermed.hr/centri_a_z/dijabetes/sto_je_dijabetes.

(2) B. Shirinfar i N. Ahmed, Diabetes Treatment: Selective Synthetic Receptor for Glucose.Chemistry Open. (2019), 8(1), 84–86. doi: 10.1002/open.201800279.

(3) http://www.bristol.ac.uk/research/impact/sugar-sensing-technology/?fbclid=IwAR2aeyL_3c92C-gu6bDktePnhA1hZBgtgx_xr5lLu3waopcayYi6CHc-VRQ.

(4) Y. Ferrand, M. P. Crump, A. P. Davis, A synthetic lectin analog for biomimetic disaccharide recognition. Science (2007), 318, 619–622.

(5) Y. Ferrand, E. Klein, N. P. Barwell, M. P. Crump, J. Jimenez-Barbero, C. Vicent, G. J. Boons, S. Ingale, A. P. Davis, A synthetic lectin for O-linked beta-N-acetylglucosamine. Angew. Chem. Int. Ed. (2009), 48(10), 1775–1779.

(6) B. Sookcharoenpinyo, E. Klein, Y. Ferrand, D. B. Walker, P. R. Brotherhood, C. F. Ke, M. P. Crump, A. P. Davis, High-affinity disaccharide binding by tricyclic synthetic lectins. Angew. Chem. Int. Ed. (2012), 51, 4586–4590.

(7) T. J. Mooibroek, A threading receptor for polysaccharides. Nat. Chem. (2016), 8, 69–74.

(8) P. Ríos, T. S. Carter, T. J. Mooibroek, M. P. Crump, M. Lisbjerg, M. Pittelkow, N. T. Supekar, G. J. Boons, A. P. Davis, Synthetic Receptors for the High‐Affinity Recognition of O‐GlcNAc Derivatives. Angew. Chem. Int. Ed. (2016), 55, 3387–3392.

(9) P. Ríos, T. J. Mooibroek, T. S. Carter, C. Williams, M. R. Wilson, M. P. Crump, A. P. Davis, Enantioselective carbohydrate recognition by synthetic lectins in water. Chem. Sci. (2017), 8, 4056–4061.

(10) C. Ke, H. Destecroix, M. P. Crump, A. P. Davis, A simple and accessible synthetic lectin for glucose recognition and sensing. Nat. Chem. (2012), 4, 718–723.

(11) https://davis.chm.bris.ac.uk/research-interests/?fbclid=IwAR3nNM0K8Bxaqm9bPS8wsx8GWZIB-O7l64DurK1MtSVaeYr9BtOsPIgJrSI.

(12) https://www.bbc.com/news/uk-england-bristol 45268904?fbclid=IwAR30wNJtDLhBnTvX2pIavm2n03KKSQSDwxfdhvTBrfNXtO0HRyGQreeb50E

Napomena: Udruga 3L ne zastupa ničije pojedinačno mišljenje te ne odgovara za točnost informacija navedenih u originalnom izvoru. Objavljene informacije su isključivo informativnog karaktera i ne služe za dijagnostiku, tretman, liječenje ili prevenciju bolesti te se preporuča da se konzultirate s vlastitim liječnikom ili drugim stručnim osobama prije njihovog korištenja. Sve objavljene sadržaje koristite isključivo na vlastitu odgovornost i sigurnost.