VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Сахарный диабет по определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) - это состояние продолжительного повышения уровня сахара в крови, которое может быть вызвано рядом внешних и внутренних факторов. Само заболевание обусловлено абсолютным (полным) и релятивным (относительным) недостатком инсулина, который приводит к нарушению углеводного (сахарного), жирового и белкового обмена.

К сожалению, на сегодняшний день полностью вылечить сахарный диабет невозможно. Разумеется, отчаиваться не стоит, так как врачи стараются сделать все возможное, чтобы как можно сильнее облегчить жизнь человеку, страдающему сахарным диабетом. Кроме того, современная медицина тоже не стоит на месте – регулярно проводятся исследования проблемы сахарного диабета. И вполне возможно, что очень скоро ученым удастся найти то лечение, которое поможет избавиться от сахарного диабета раз и навсегда.

На данный момент общепринятой формой ввода инсулина в организм пациента является инъекция, но эта процедура довольно болезненна, особенно, если речь идет о детях. Пациенты с сахарным диабетом должны регулярно получать инсулин для поддержания нормальной концентрации глюкозы в своей крови. Однако, применение инсулина в виде инъекции – не идеальная терапия, поскольку пациенту может быть трудно определить точное количество инсулина, которое ему необходимо ввести. Ученые всего мира работают над созданием альтернативных лекарственных форм инсулина.

Инженеры из Массачусетского Технологического Института (Massachusetts Institute of Technology, MIT, США) надеются усовершенствовать лечение пациентов с сахарным диабетом, создав новый, модифицированный инсулин, который быстро реагирует на изменения концентрации сахара в крови, а, значит, при его применении пациентам больше не нужно будет постоянно измерять концентрацию глюкозы в крови и вводить препарат по несколько раз в день. Исследовательская команда из MIT решила создать новую форму инсулина, которая не только будет в течение продолжительного периода времени циркулировать в крови пациента, но и будет активироваться только в случае необходимости, то есть тогда, когда концентрация глюкозы в крови пациента будет слишком высокой. Это будет препятствовать тому, чтобы концентрация глюкозы в крови пациента не стала опасно низкой и у него не возникла гипогликемия. Чтобы создать инсулин, чувствительный к концентрации глюкозы, ученые сначала присоединили к нему алифатический домен – гидрофобную молекулу, представляющую собой длинную цепь жирных молекул, свободно «свисающих» с молекулы инсулина. Это позволило модифицированному инсулину циркулировать в кровотоке в течение более длительного периода времени, несмотря на то, что исследователи до сих пор не могут объяснить механизм, благодаря которому это произошло. Одна из теорий заключается в том, что фрагмент жирных соединений способен присоединяться к альбумину, изолируя инсулин и препятствуя тому, чтобы он взаимодействовал с молекулами глюкозы.

Кроме того, исследователи присоединили к молекуле инсулина химическую группу под названием PBA, которая может обратимо связываться с глюкозой. При высокой концентрации сахара в крови глюкоза присоединяется к инсулину и активирует его. В результате инсулин стимулирует клетки на поглощение избытка глюкозы из кровотока.

Исследовательская команда создала четыре варианта нового инсулина, каждый из которых содержал молекулу PBA с различной химической модификацией, например, атом фтора или азота. Затем они протестировали эти варианты модифицированного инсулина, а также обычный и пролонгированный инсулин на генетически модифицированных мышах с недостаточностью инсулина. Результаты их исследования показали, что наиболее эффективным был модифицированный инсулин, содержащий молекулу PBA с фтором: самый быстрый ответ организма на пики глюкозы в крови наблюдался у мышей, которым была введена эта форма инсулина.

Введение этого типа инсулина только один раз в день вместо пролонгированного инсулина может стать лучшей альтернативной терапией сахарного диабета, поскольку это снизит перепады концентрации глюкозы в крови, способные вызвать проблемы со здоровьем, возникающие в том случае, если данные перепады продолжаются в течение многих лет. Сейчас исследователи планируют протестировать созданный инсулин на других моделях заболевания на животных. Они также работают над тем, чтобы незначительно изменить химический состав инсулина для того, чтобы повысить его чувствительность к концентрации глюкозы в крови.

Инсулин в таблетках.

Российские ученые предложили принципиально иной способ использования ингибитора ферментов Протеаз – ферментов, расщепляющих в белках пептидную связь между аминокислотными остатками. – молекулы ингибитора химически связали с полимерным гидрогелем. Кроме того, в состав гидрогеля ввели полисахариды – соединения, способные взаимодействовать с находящимися на стенках тонкого кишечника лектинами. В этот гидрогель водили уже не связанный с ним инсулин, и все это помещали в желудочнонерастворимую полимерную капсулу.

При пероральном введении капсула проходила через желудок и растворялась в тонком кишечнике, освобождая гидрогель. На стенках тонкого кишечника есть соединения, называющиеся лектины. За счет взаимодействия полисахаридных участков ингибитора с лектинами частицы гидрогеля прилипали к стенкам тонкого кишечника. Химически связанный с гидрогелем ингибитор не выделялся в окружающую среду, нарушая процесс пищеварения, а нейтрализовал действие пищеварительных ферментов (протеаз), проникающих в гидрогель и пытающихся разрушить содержащийся в нем инсулин. В результате значительная часть инсулина спокойно всасывалась в кровь. А частичка полимера, по завершении процесса, выходила наружу естественным путем.

Ингибитор – вещество, присутствие которого в небольших количествах в среде приводит к снижению скорости химических реакций или к их подавлению.

Во время экспериментов, проведенных российскими учеными с больными диабетом 2 типа, был проверено действие инсулина в капсулах с гидрогелем. У больных, принимавших двойную (по сравнению с инъекционной) дозу инсулина в капсулах, сахар в крови понижался несколько в меньшей степени, чем при уколах. А когда дозу перорально вводимого инсулина увеличивали в 4 раза, уровень сахара в крови снижался даже в большей степени, чем у тех, кто делал уколы инсулина.

На все вышеперечисленные формы перорального инсулина российские ученые получили патенты. И диабетики всего мира уже давно бы пользовались ими, но от процесса изобретения лекарства до его изготовления проходят годы, даже при обоюдном желании фармацевтических компаний и изобретателей. А с этими изобретениями сложилась парадоксальная ситуация. Пероральные формы инсулина уже прошли все медико-биологические испытания на животных и начальные стадии клинических испытаний, но нужно еще довольно много денег и усилий, чтобы довести лекарства до массового производства. К сожалению, в России недооценили важности этой разработки. И на настоящий момент может получиться так, что новейшие и улучшенные формы перорального инсулина Россия будет вынуждена закупать за рубежом.

Индийские специалисты получили таблетированный инсулин. Эксперименты с крысами показали: таблетки снижают концентрацию глюкозы почти так же эффективно, что и инъекции инсулина. Плюс, таблетки действуют дольше. Основная сложность с таблетками заключалась в том, что в желудке инсулин расщеплялся, а через желудочно-кишечный тракт не так уж просто попадает в кровоток за счет сниженной всасываемости. Чтобы справиться с проблемами, сотрудникам Национального института фармацевтического образования и научных исследований в Пенджабе пришлось структурно защитить инсулин. Соединение поместили в мешочки, сделанные из липидов (жиров). Получилась липосома, наполненная инсулином. Потом липосомы обернули в несколько слоев защитных молекул - полиэлектролитов. Чтобы улучшить перенос и абсорбцию инсулина через стенку кишечника, к липосомам присоединили фолиевую кислоту и форму витамина В.

Томские ученые предложили способ трансдермального введения инсулина, при котором на кожу больного накладывается аппликатор — пластина из пористого никелида титана толщиной от 0,2 до 1 миллиметра, предварительно замоченная в растворе инсулина. Пластину и кожу нагревают при помощи источника инфракрасного излучения, продолжительность процедуры выбирают в пределах от 30 до 120 минут.В отличие от существующих аналогов разработка способна обеспечивать максимальную скорость диффузии вещества и исключает термическое повреждение кожи. Кроме того, пористая пластина из никелида титана не нуждается в замене. Исследователи отмечают, что разработанный ими способ трансдермального введения может быть использован и для других препаратов.

Американские ученые из Сиракузского университета (штат Нью-Йорк, США) под руководством Роберта Дойла (Robert Doyle) изобрели новую лекарственную форму инсулина – инсулиновую жевательную резинку. Свою разработку ученые планируют запатентовать, передает журнал New Scientist.

Ученые из Сиракузского университета нашли свой вариант решения проблемы – съедобная форма инсулина. В основе их идеи лежит уникальный механизм транспорта витамина B12 в человеческом организме. В12 связан с белком гаптокоррином, который секретируется клетками слюнных желез. В такой оболочке инсулин не подвергается разрушительному воздействию в агрессивной среде желудка. В тонкой кишке витамин В12 отделяется от гаптокоррина и переходит к белку — внутренний фактор Касла. Именно благодаря такому свойству витамин В12 проходит через желудок невредимым и всасывается в кровоток из кишечника.

Ученые решили испробовать этот механизм и прикрепилимолекулы инсулина к витамину B12. Опыты на крысах подтвердили работоспособность метода. Для человека наиболее идеальной формой лекарства является жевательная резинка, так как во время жевания вырабатывается большое количество слюны, содержащей необходимые объемы гаптокоррина.

Таким образом, достижения современной медицины и фармации позволяют не только облегчить жизнь пациентам с сахарным диабетом, но и сделать ее легче. Людям с таким заболеванием теперь не нужно подвергать себя болезненным и неудобным инъекциям. Оптимально подобранный вид терапии и форма вводимого препарата обеспечит необходимый и безопасный терапевтический эффект.

Я выражаю глубокую признательность за помощь в процессе подготовки работы своим научным руководителям к.б.н., доценту Елене Николаевне Лебедевой и к.п.н.,доценту Светлане Геннадьевне Заболотной.

Код для цитирования: Скопировать