Výzkumný tým ze Stanfordu vyvinul způsob, jak zvýšit účinnost inzulínu lidem s diabetem, kteří si pravidelně díky němu udržují svou hladinu cukru v krvi.
V čele je vědec Eric Appel, jehož objev by mohl umožnit pacientům s diabetem využívat lék s dvojitým účinkem. Inzulin by byl v kombinaci s hormonem zvaný Amylin. Amylin hraje důležitou roli v kombinaci s inzulinem, hlavně pro kontrolu hladiny cukru v krvi po jídle, způsobem, který je účinnější než užívání samotného inzulinu a napodobuje tak stav zdravého organismu po strávení jídla.
Zatímco lék na bázi Amylinu je již komerčně k dispozici, odhaduje se, že méně než 1 % pacientů s diabetem k inzulinové léčbě také využívá této doplňující léčby, protože dva hormony, které bezproblémově spolupracují v těle—jsou příliš nestabilní, aby mohly koexistovat ve stejné injekci.
"Dávat si druhou injekci po první s inzulinem je pro většinu pacientů velikou překážkou. Naše složení by mohlo umožnit podávat je společně v jedné injekci nebo v inzulínové pumpě," řekl Appel, hlavní autor výzkumu dokumentu, který byl zveřejněn 11. května v Nature Biomedical Engineering.
Nová technika zahrnuje ochranou vrstvu, která vytváří obal kolem inzulinových a amylinových molekul a poprvé jim umožňuje koexistovat společně v jedné dávce.
"Tato ochranná vrstva se rozpouští v krevním oběhu, což umožňuje těmto dvěma důležitým hormonům pracovat společně způsobem, který napodobuje funkci u zdravých jedinců," Appel řekl.
Do teď výzkumníci testovali ochrannou vrstvu na stabilitu v laboratoři a prováděli zahajovací pokusy, aby viděli, jak se jejich formuli „dva v jednom“ vede na nejmodernějším předklinickém testovacím modelu —diabetická prasata. Protože oba léky jsou na trhu a lék dvojité formule byl již testován na pokročilých testovacích modelech, řekl Appel, že tým potřebuje pouze prokázat, že jejich technika je netoxická u lidí, aby mohla začít studie u lidí, což přináší tuto technologii blíže k trhu oproti většině jiných léků v rané fázi jejich vývoje.
Appel a jeho spolupracovníci doufají, že tento přístup by mohl jednoho dne dramaticky zvýšit využívání amylinu a vést ke zlepšení glykémie pro odhadem 450 milionů lidí po celém světě buď s juvenilním diabetem 1. typu nebo diabetem 2. typu.
Přesto, že jen málo pacientů s diabetem v současné době využívá amylin po inzulinové injekci, tak těm, kteří ho užívají, poskytne významné výhody, řekl Appel. Poslední klinická data ukazují, že pacienti, kteří užívají oba léky současně, mohou zhubnout a mají lepší kontrolu nad jejich hladinu cukru v krvi. Vylepšené řízení diabetu může snížit riziko vážných zdravotních komplikací, jako je selhání ledvin, slepota, onemocnění srdce a amputace. Prostě vše, co hrozí lidem s diabetem.
Pokud by "obalový" přístup umožnil zkombinovat inzulin a amylin v jedné dávce, nabídlo by to pacientům s diabetem velmi pohodlný způsob, jak napodobit jejich přirozené vylučování v lidském těle. U lidí bez diabetu, je amylin vylučován ze stejné buňky ve slinivce břišní, která také produkuje inzulin. Inzulin zvyšuje vstřebání cukru buňkami, odstraní ho z krevního oběhu.
Amylinová část řídí hladinu cukru v krvi pomocí tří způsobů. Zaprvé zastaví další hormon - glukagon - tělo by tak neuvolňovalo další cukr, který byl uložen v játrech. Zadruhé to vyvolává pocit "plnosti" v době jídla, a tím se snižuje příjem potravy. Zatřetí - skutečně zpomaluje vstřebávání potravy v těle, což snižuje typické špičky hladiny cukru v krvi po jídle. Všechny tři jsou přínosem pro diabetickou péči.
Aby bylo možné sloučit inzulin a amylin do jedné injekční stříkačky, vyvinuli vědci molekulární obal vyroben z polyethylen glykolu neboli PEG, jde o běžnou netoxickou chemickou látku používanou ve všem, od kosmetiky po projímadla. Tým ze Stanfordu použil nový typ PEG, který má na konci jakýsi molekulární suchý zip, tzv. cucurbituril-PEG neboli CB-PEG. Schopnosti suchého zipu, který umožňuje CB-PEG se reverzibilně vázat k inzulinu a amylinu samostatně, chrání nestabilní části každé molekuly od zhroucení. Jakmile se aplikuje injekce do těla, dochází k uvolnění obou látek od CB-PEG.
"CB-PEG je zcela nová chemická látka," řekl Appel.
V laboratoři při testech stability, vědci zahřívali zabalený i nezabalený inzulin na normální tělesnou teplotu a zatřepali s ním, proces známý jako zátěžové stárnutí. Zjistili, že nechráněný inzulin byl ve zkumavce stabilní pouze po dobu 10 hodin, ale "Pegylovaný" inzulin byl stále plně funkční i o 100 hodin později. Bez obalu, kombinace obou látek selhala za pouhé 3 hodiny.
Působivější však je, že spojení obou látek Pegylovaného inzulinu a amylinu zůstalo stabilní po dobu nejméně 100 hodin, což by mohla být dostatečně dlouhá doba použitelnosti pro dávkování inzulínovou pumpou.
Ve studiích na zvířatech vědci objevili významné překrytí činnosti dvojitého složení léku. To je důležité zjištění, které naznačuje, že tento přístup se velmi úzce napodobuje tomu, co se děje ve zdravém těle—včetně skoro úplného potlačení glukagonu, hormonu, který přikazuje játrům uvolnit uložený cukr přesto, že člověk zrovna konzumoval jídlo.
"Jsme nadšeni z výsledku." řekl Appel. Appel již podal žádost o patent na tuto technologii.
ZDROJ:
Volný překlad: redakce Iamdiabetic.eu
Anglická verze:
A Stanford research team has developed a way to boost the effectiveness of the insulin injections people with diabetes routinely take to control their blood sugar.
Led by materials scientist Eric Appel, the advance might enable patients with diabetes to take a double-acting shot that contains insulin in combination with a drug based on a second hormone, known as amylin. Amylin plays a synergistic role with insulin to control blood sugar levels after eating in a way that is more effective than insulin alone and mimics what occurs naturally with a meal.
While the amylin-based drug is already commercially available, it is estimated that less than 1 percent of patients with diabetes taking insulin therapy also take this complementary treatment because the two hormones—which work together seamlessly in the body—are too unstable to coexist in the same syringe.
"Taking that second injection with the insulin shot is a real barrier for most patients. Our formulation would allow them to be given together in a single injection or in an insulin pump," said Appel, senior author of a research paper published May 11 in Nature Biomedical Engineering.
The new technique involves a protective coating that wraps around insulin and amylin molecules and, for the first time, allows them to coexist in a single shot.
"This coating dissolves in the bloodstream, enabling these two important hormones to work together in a way that mimics how they function in healthy individuals," Appel said.
So far, the researchers have tested the wrapper's stability in the laboratory, and done preliminary experiments to see how their two-in-one injection works on the most advanced preclinical model—diabetic pigs. But, because both drugs are already on the market and the dual-drug formulation was tested in advanced models, Appel said the team need only demonstrate that their technique is nontoxic in humans to start trials in people, bringing this technology closer to market than most early-stage drugs.
Appel and his collaborators hope this approach could, one day, dramatically increase the use of amylin and lead to improved glucose management for the estimated 450 million people worldwide with either juvenile (type 1) diabetes or adult-onset (type 2) diabetes.
Although few patients with diabetes currently take the amylin-based drug after their insulin injection, those who do experience profound benefits, Appel said. Past clinical data shows that patients taking both lose weight and have better control over their blood sugar. Enhanced diabetes management can reduce the risk of serious health complications, such as renal failure, blindness, heart disease and amputations, all of which loom over anyone with diabetes.
If the wrapper approach makes it possible to combine insulin and amylin in one dose, this would offer patients with diabetes a convenient way to mimic their natural secretion in the human body. In non-diabetics, amylin is secreted from the same cells in the pancreas that produce insulin. Insulin improves the uptake of sugar by cells, removing it from the bloodstream.
For its part, amylin does three things to control blood sugar. First, it stops another hormone, glucagon, from telling the body to release additional sugar that has been stored in the liver. Second, it produces a sense of "fullness" at mealtimes that reduces food intake. Third, it actually slows the uptake of food by the body, reducing the typical spike in blood sugar after a meal. All three are a boon to diabetes care.
To make it possible to pair insulin and amylin in one syringe, the researchers developed a molecular wrapper made of polyethylene glycol, or PEG, a common nontoxic chemical used in everything from cosmetics to laxatives. The Stanford team used a new type of PEG that has a sort of molecular Velcro on the end, called cucurbituril-PEG or CB-PEG. The Velcro-like abilities of CB-PEG enable it to reversibly bind to both insulin and amylin separately, shielding the unstable portions of each molecule from breakdown. Once injected into the body, however, the drugs unbind from the CB-PEG and are free to act unhindered.
"CB-PEG is an entirely new chemical entity," Appel said.
In lab tests of stability, the researchers heated wrapped and unwrapped insulin to normal body temperature and shook it, a process known as stressed aging. They found that unprotected insulin was stable for just 10 hours in the test tube, but the "PEGylated" insulin was still fully active 100 hours later. Without the wrap, the dual-drug combo fails in just 3 hours.
More impressive, however, is that the co-formulation of PEGylated insulin and amylin remained stable for at least 100 hours, which could be a long enough shelf life to mean that the combination could be delivered by insulin pumps.
In animal studies, the researchers saw significant overlap of the activity of the dual-drug formulation, an important finding that indicates the approach is closely mimicking what happens in a healthy body—including a near-total suppression of glucagon, the hormone that tells the liver to release stored sugar, even though the person has just consumed a meal.
"We're excited about the results to say the least," Appel said. Appel has already filed for a patent on the technology.