Cercetătorii de la ETH Zurich au dezvoltat un comutator genetic care poate fi activat cu ajutorul unui plasture de nitroglicerină disponibil în comerţ, aplicat pe piele. În viitor, cercetătorii doresc să utilizeze comutatoare de acest tip pentru a declanşa terapii celulare pentru diferite boli metabolice.
Organismul îşi reglează metabolismul în mod precis şi continuu, de exemplu, celulele specializate din pancreas monitorizând constant cantitatea de zahăr din sânge. Atunci când acest nivel de zahăr din sânge (glicemia) creşte după o masă, organismul pune în mişcare o cascadă de semnale pentru a-l reduce.
La persoanele care suferă de diabet, acest mecanism de reglare nu mai funcţionează exact aşa cum ar trebui. Prin urmare, persoanele afectate au prea mult zahăr în sânge şi trebuie să îşi măsoare glicemia şi să-şi injecteze insulină pentru a o regla. Aceasta este o abordare relativ imprecisă în comparaţie cu mecanismul propriu al organismului.
Dotarea celulelor cu funcţii speciale
Martin Fussenegger este profesor de biotehnologie şi bioinginerie la Departamentul de ştiinţă şi inginerie a biosistemelor din cadrul ETH Zurich din Basel. Având în vedere situaţia de mai sus, el şi echipa sa lucrează de ceva timp la terapii celulare. Într-o zi, speranţa este că aceste terapii vor permite tratarea individuală şi precisă a bolilor metabolice, cum ar fi diabetul, sau chiar vindecarea acestora.
Dar cum funcţionează aceste terapii celulare? În primul rând, cercetătorii modifică celulele umane prin încorporarea unei reţele de gene care conferă celulelor abilităţi speciale. Aceste celule sunt implantate sub piele, de exemplu, iar reţeaua este activată de un stimul extern specific.
Un comutator adecvat este esenţial
În acest scop, cercetătorii au dezvoltat în ultimii ani diferite tipuri de comutatoare. Unele pot fi controlate electric, altele cu ajutorul luminii, iar unul chiar folosind muzica trupei britanice de rock Queen.
Cercetătorii din Basel (Elveţia) au dezvoltat acum o altă variantă, pe care au publicat-o în revista Nature Biomedical Engineering, pe 14 februarie.
„Această soluţie este cel mai bun comutator genetic pe care l-am construit până acum”, spune Fussenegger. Motivul este că acest comutator poate fi declanşat cu ajutorul ingredientului activ de lungă durată nitroglicerină şi că modul de aplicare - lipirea unui plasture pe piele - este foarte simplu. Plasturii corespunzători sunt deja disponibili pentru a fi cumpăraţi în diferite mărimi în orice farmacie.
Nitroglicerina iese rapid din plasture şi ajunge în piele, unde întâlneşte un implant care conţine celule renale umane modificate.
Reţea activată de oxidul nitric
Aceste celule interceptează în mod specific nitroglicerina şi au o enzimă încorporată care o transformă în oxid nitric, o moleculă de semnalizare naturală. În organism, oxidul nitric determină în mod normal dilatarea vaselor de sânge, ducând la creşterea fluxului sanguin. Acesta este descompus în câteva secunde şi, prin urmare, afectează doar o zonă foarte localizată.
Celulele implantate sunt modificate astfel încât oxidul nitric declanşează producerea şi eliberarea mesagerului chimic GLP-1, care, la rândul său, stimulează eliberarea de insulină de către celulele beta ale pancreasului şi reglează astfel nivelul zahărului din sânge. GLP-1 declanşează, de asemenea, un sentiment de saţietate, reducând astfel aportul alimentar.
Noul comutator este fabricat exclusiv din constituenţi umani - adică nu conţine componente din alte specii. „Aceasta este o caracteristică nouă şi revoluţionară”, spune prof. Fussenegger. Cu componente din alte specii, există întotdeauna riscul declanşării false, al interferenţei cu procesele proprii ale organismului sau al reacţiilor imune. „Acum, suntem capabili să excludem acest lucru”.
Un întreg arsenal de întrerupătoare
În ultimii 20 de ani, profesorul de la ETH a dezvoltat diverse comutatoare genetice diferite, dintre care unele răspund la declanşatoare fizice precum curentul, undele sonore sau lumina. Care tip are cele mai mari şanse de a fi implementat într-o zi?
„Declanşatoarele fizice sunt interesante deoarece nu trebuie să folosim molecule care interferează cu procesele proprii ale organismului”, spune biotehnologul. El explică faptul că semnalele electrice sunt ideale pentru a controla comutatoarele şi reţelele de gene utilizând electronice portabile, cum ar fi telefoanele sau ceasurile inteligente - iar inteligenţa artificială (AI) poate fi apoi, de asemenea, încorporată.
Prof. Fussenegger crede că terapiile celulare electrogenetice au cele mai mari şanse de implementare. În ceea ce priveşte comutatoarele chimice,cercetătorul consider că noua soluţie se află în poziţie de lider.
Cu toate acestea, dezvoltarea ulterioară a acestor terapii celulare bazate pe comutatoare genetice este un proces complex şi îndelungat.
„Dezvoltarea unei terapii celulare până la maturitatea de piaţă nu numai că durează zeci de ani, dar necesită şi mult personal şi resurse suficiente”, spune cercetătorul. „Nu există nicio scurtătură”.
Până în prezent, activitatea acestuia s-a axat în principal pe terapiile celulare pentru diabet, care este una dintre cele mai răspândite boli metabolice din lume, şi care afectează una din zece persoane.
Aceasta este boala model cu care lucrează în prezent cercetătorul însă el spune că, în principiu, este posibil să se dezvolte terapii celulare şi pentru alte boli metabolice, autoimune sau chiar neurodegenerative - în principiu, pentru tot ceea ce necesită o reglare dinamică.
Potrivit prof. Fussenegger, multe medicamente sunt ca un ciocan care este folosit pentru a lovi orbeşte o problemă. „Terapiile celulare, pe de altă parte, rezolvă problema într-un mod similar cu organismul”, spune el.
Foto articol: Un plasture cutanat cu nitroglicerină este comutatorul care controlează un implant de dedesubt. Reprezentare simbolică. Imagine: Josef Kuster / ETH Zurich, 14 februarie 2025.
