Budućnost liječenja dijabetesa

Prema poražavajućim statističkim podacima, na svijetu trenutno živi skoro pola milijarde bolesnika s dijabetesom, a predviđa se da će taj broj rasti za 25% do 2030. i za čak 51% do 2045. godine. Upravo zbog toga, visoko kvalitetna i precizna terapija s minimalnim nuspojavama nikad nije bila nužnija, bilo to unapređenje postojećih lijekova ili potraga za potpuno novim terapijskim pristupom. Znanstvenici diljem svijeta već godinama rade upravo na tome, a u nastavku se bavimo kratkim pregledom samo nekih od iskoraka u njihovim istraživanjima.

Nobelova nagrada 2016. godine

Prije četiri-pet godina, glavna tema u znanstvenim krugovima bila je autofagija. Yoshinori Ohsumi, japanski znanstvenik, osvojio je 2016. godine Nobelovu nagradu iz fiziologije ili medicine za proučavanje procesa „reciklaže“ staničnih produkata i kako alteracija tih procesa može utjecati na ljudsko zdravlje. Taj unutarstanični sistem razlaganja otpadnih tvari proučavao je u stanica kvasca. One su dobar model ljudske molekularne biologije, jednostavno ih je proučavati i korisne su za identifikaciju gena koji su zastupljeni u kompleksnim staničnim procesima. Ohsumi je uzgojio mutirane stanice kvasca kojima su nedostajali degradacijski enzimi i istodobno stimulirao autofagiju tako što stanicama nije davao hranjive tvari. Rezultati su bili uspješni, akumulirao se nerazgrađeni sadržaj u vakuolama i time je potvrđeno da autofagija u stanicama kvasca uistinu postoji te da je kontrolirana kaskadom proteinskih kompleksa koji reguliraju određene stadije inicijacije i formacije autofagosoma. Identifikacija regulatornih gena (autophagy-related genes), ili ATG, dodatno je pojačala interes za proučavanjem ovog fenomena obzirom da su ti geni identificirani i kod sisavaca, pa tako i čovjeka.

Autofagija kao biološki proces iznimno je važna kao proces prilagodbe stanica na razna stanja poput gladovanja ili infekcije. Kao što utječe na stanične procese poput proliferacije ili apoptoze, tako može postati disfunkcionalna i uzrokovati karcinome, neurodegenerativne i upalne procese, poremećaje metabolizma i sl. Zadnjih godina osobito se proučava utjecaj autofagije u dijabetesu tip 1 i 2. Uočeno je da povišene koncentracije glukoze na neki način ometaju proces autofagije. U studijama na miševima, delecija ATG7 gena uzrokovala je intoleranciju na glukozu, smanjeno stvaranje inzulina i pad u bubrežnoj funkciji. Ohsumijevi eksperimenti, s fokusom na patogenezu dijabetesa, nalažu povezanost između hiperglikemije, oksidativnog stresa i poremećene funkcije mitohondrija koja igra važnu ulogu u nastanku inzulinske rezistencije – beta stanice gušterače i inzulinska osjetljivost organizma oslanjaju se upravo na pravilan stanični proces autofagije.

Terapijski potencijal adipsina kod pacijenata s dijabetesom tipa 2

Dosad nije otkriven način da se beta-stanice gušterače kod pacijenata s DMT2 očuvaju, a primjena sekretagoga je čak dovedena u korelaciju s njihovim ubrzanim propadanjem. Grupa znanstvenika sa Sveučilišta Cornell sa suradnicima je objavila rezultate studije čiji je cilj bio procijeniti ulogu adipsina u dugoročnom očuvanju beta-stanica. Adipsin igra centralnu ulogu u održavanju homeostaze masnog tkiva i sudjeluje u alternativnom putu komplementa tako što katalizira produkciju komponente C3a koja svojim djelovanjem na beta-stanice uvećava otpuštanje inzulina.

Istraživanje je provedeno na miševima u čije su prednje očne sobice transplantirali otočiće gušterače tretirane rekombinantnim adeno-povezanim virusom koji eksprimira adipsin i zatim tijekom vremena pratili njihovo ponašanje, pritom prateći učinak na zdrave miševe i pretile miševe s DMT2. Studija je pokazala da adipsin na mišjem modelu ublažava hiperglikemiju i povećava razinu inzulina, pritom djelujući protektivno na beta-stanice tako što blokira njihovu dediferencijaciju i smrt, što ga izdvaja kao potencijalnu farmakološku metu, bilo putem primjene samog adipsina ili putem razvoja lijekova koji će djelovati na same receptore u beta-stanicama. Adipsin putem C3a komponente komplementa djeluje na beta-stanice tako što smanjuje ekspresiju fosfataze DUSP26 koja je zaslužna za diferencijaciju i smrt beta-stanica.

Selektivna farmakološka inhibicija te fosfataze rezultirala je snižavanjem hiperglikemije i istovremenim protektivnim učinkom na beta-stanice. Adipsin bi također mogao služiti kao biomarker metaboličkog zdravlja, posebice kod pretilih pojedinaca jer su više razine povezane s nižim rizikom pojave dijabetesa u budućnosti. Ostaju otvorena još brojna pitanja, ali adipsin bi se mogao pokazati kao ključ za bolju kontrolu i uspješnije liječenje dijabetesa tipa 2. 

Genska terapija u dijabetesu

Gensku terapiju obuhvaćaju metode i postupci koji dovode do promjene genskog formata u žive jedinke. Te promjene gena mogu se učiniti dodavanjem novih gena, zamjenom gena odgovornih za bolest onima koji pravilno funkcioniraju ili inaktivacijom defektivnih gena. Dijabetes mellitus tip 1 i tip 2 (DMT1, DMT2) povezuju se s genetskim naslijeđem i uživaju veliki interes među znanstvenicima u obliku svojevrsne „utrke“ za  otkrićem idealne metode liječenja genskom terapijom. Veći je broj eksperimenata rađen u vezi DMT1, no rade se istraživanja i za efektivnu metodu liječenja u najčešćem tipu dijabetesa, DMT2. No, sama činjenica da su oba poremećaja kronične metaboličke bolesti koje s godinama narušavaju kvalitetu života govore u prilog tome da bi ovi oblici terapije donijeli  veliku nadu u ovih bolesnika.

Nekoliko je važnih proteina koji su važni u formiranju beta stanica gušterače, metabolizmu glukoze i protuupalnom djelovanju. Neurogenin-3 (Ngn-3) je transkripcijski faktor koji ima veliku ulogu u nastanku endokrinih stanica gušterače.  Alfa-1-antitripsin je inhibitor proteaza koji pokazuje protuupalna svojstva i usporava autoimunu progresiju destrukcije beta stanica u DMT1. Također, u DMT1, glukokinaza (enzim koji održava homeostazu glukoze) može biti suprimiran. Kombinacija genske terapije i genetskog inžinjeringa također se spominje kao moguća terapija ovih bolesti. Povezivanje humanog inzulina za inzulinotropične polipeptide u miševa dovela je do sekrecije inzulina, što bi potencijalno moglo značiti rjeđe uzimanje egzogenog inzulina u bolesnika s DMT1. U DMT2, većina studija fokusira se na gensku terapiju pomoću GLP-1 i njegovih derivata. Ta metoda reducira glikemiju u krvi i trigliceride, povećava osjetljivost na inzulin i toleranciju glukoze.

Vektori koji se koriste u genskoj terapiji su virusni ili ne-virusni. Virusni vektori su učinkovitiji obzirom da prirodno napadaju stanice i koriste njihov genetički materijal za umnožavanje, ali mogu uzrokovati citotoksičnost, upalu ili imunogeničnost. Najčešće se koriste adenovirusi, npr. za prijenos Ngn3 ili faktora rasta hepatocita koji ima sposobnost promoviranja proliferacije stanica gušterače. Koriste se i retrovirusi koje odlikuje stabilnija i dugoročnija integracija. Ne-virusni vektori su fizičke metode facilitacije transfera gena u stanice kreiranjem otvora na staničnoj membrani, poput elektroporacije i mikroinjektiranja. U DMT2 se koriste živi bakterijski vektori. Mnoge studije na životinjama ukazuju na veliki potencijal korištenja probiotika u DMT2. L. paracasei smanjuju razinu glukoze u krvi, dok L. reuteri potiču sekreciju inzulina, GLP i C-peptida. Mnogo je prostora za napredak i još uvijek se nije došlo do definitivnog rješenja liječenja DMT1 i DMT2 genetskom terapijom. Potrebno je daljnje istraživanje gena, tehnika prijenosa i mogućih nuspojava da ova metoda postane sigurna i dovoljno učinkovita da zamijeni dosadašnju terapiju. Usprkos svemu, ovo znanstveno polje ima ogroman potencijal za budućnost liječenja dijabetesa.

Umjetna gušterača

Ideja umjetne gušterače krenula je iz kućne radinosti – danas postoji samo jedan sustav tog tipa koji je odobren od strane FDA i to je Medtronicova 670G pumpa, dok se većina dijabetičara koji su skloni ovakvoj kontroli bolesti još uvijek odlučuje za umjetnu gušteraču kućne izrade. Umjetna gušterača je sustav koji automatiziranom isporukom inzulina nastoji oponašati rad gušterače, a sastoji se od uređaja za kontinuirano mjerenje glukoze (CGM), inzulinske pumpe i računala koje kontrolira algoritam i povezuje inzulinsku pumpu s CGM-om. Algoritam djeluje tako da na temelju predviđanja kretanja razine glukoze u krvi povećava ili smanjuje količinu isporučenog inzulina, primarno mijenjajući doze bazalnog inzulina. Jedino što bolesnik treba učiniti je upisati količinu ugljikohidrata koju namjerava unijeti.

Na temelju toga, ovisno o ugljikohidratnom omjeru, algoritam predlaže količinu bolusa koja bi trebala biti dovoljna da pokrije obrok. Osim prilagodbe bazalnih doza, postoji i mogućnost davanja „supermikro bolusa“ koji služe tome da spriječe nagle skokove glukoze u krvi, a s druge strane ne mogu dovesti do hipoglikemije. Pri izradi algoritma najveća pozornost je bila usmjerena na sigurnost i jednostavnost. Prednost korištenja ovakvog sustava je bolja metabolička kontrola sa stabilnom razinom glukoze u krvi, a dokazano je i da se hipoglikemije manje pojavljuju i kraće traju. Studije pokazuju da osobe koje koriste umjetnu gušteraču imaju bolju kontrolu, gdje se HbA1c spustio s 7.1% na 6.2%, a vrijeme unutar normalnog raspona glukoze se povećalo s  58% na 81%. Smanjen je teret koji dijabetes nosi i znatno je poboljšana kvaliteta života. 

Inzulin u tabletama

Potraga za inzulinom u tabletama započela je prije više desetljeća, no još uvijek nije pronađena formulacija koja bi nadvladala sve prepreke u primjeni. Grupa znanstvenika s MIT-a je nakon godina istraživanja uspjela razviti verziju tablete inzulina čije su sastavnice u potpunosti biorazgradive. Dizajn kapsule izrađen je po uzoru na kornjaču s oklopom triangularnog oblika koji joj omogućava ispravljanje ukoliko se prevrne na leđa. Takav triangularni oblik s težištem na bazi čini kapsulu samoorijentirajućom. Unutar kapsule nalazi se opruga šećernim diskom povezana s iglom izgrađenom od komprimiranog inzulina. Šećerni disk održava oprugu zbijenom, a kad se rastopi u želučanom soku opruga se neometano rastegne i ubrizga iglu u želučanu sluznicu. Inzulin se tada otpušta u krvotok bez opasnosti od proteolitičke razgradnje. Želučana sluznica se lako obnavlja, a prednost je i u tome što se u njoj ne nalaze osjetni receptori za bol.

Znanstvenici su učinkovitost zasad testirali na svinjama – dostava inzulina putem želučane sluznice bila je uspješna samo kod prethodno izgladnjelih svinja. Tim znanstvenika na Sveučilištu Johns Hopkins razvio je dotle prototip tablete koji predstavlja oralnu formulaciju inzulina baziranu na tehnologiji ionskih tekućina u kojima inzulin dugoročno ostaje stabilan. Ionska tekućina s inzulinom davana je u obliku tablete obložene omotačem koji čuva sadržaj i ne razgrađuje se u kiselom mediju želuca, već tek u tankom crijevu. Ispostavilo se da je i ovaj način primjene bio izuzetno uspješan – doza inzulina od 10U/kg primijenjena u obliku tablete je u 2 sata snizila razinu glukoze u krvi štakora za čak 38%. Obećavajući rezultati pokazuju mnoštvo potencijala ovakve formulacije inzulina, a možda i brojnih drugih peptidnih lijekova.

Literatura:

• Gómez-Banoy, N., Guseh, J.S., Li, G. et al. Adipsin preserves beta cells in diabetic mice and associates with protection from type 2 diabetes in humans. Nat Med 25, 1739–1747 (2019). https://doi.org/10.1038/s41591-019-0610-4
• Marshall, D.C., Holloway, M., Korer, M. et al. Do-It-Yourself Artificial Pancreas Systems in Type 1 Diabetes: Perspectives of Two Adult Users, a Caregiver and Three Physicians. Diabetes Ther 10, 1553–1564 (2019). https://doi.org/10.1007/s13300-019-00679-y
• Banerjee A., Ibsen K., Brown T., Chen R., Agatemor C., Mitragotri S, Ionic liquids for oral insulin delivery, Proceedings of the National Academy of Sciences Jul 2018, 115 (28) 7296-7301; DOI: 10.1073/pnas.1722338115
• New pill can deliver insulin through the stomach [Internet], Science Daily [Pristupljeno: 23.10.2020.] Dostupno na: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190207142206.htm
• Wong MS, Hawthorne WJ, Manolios N. Gene therapy in diabetes. Self Nonself. 2010 Jul;1(3):165-175. doi: 10.4161/self.1.3.12643. Epub 2010 Jun 9. PMID: 21487475
• Zonghao Y, Lijuan Z, Chunyan L, Yanjuan C, Yaping T, Yihao S, Zhongke S. Advances and potential of gene therapy for type 2 diabetes mellitus. Biotechnology & Biotechnological Equipment 2019;33:1,1150-1157. doi: 10.1080/13102818.2019.1643783
• Chellappan DK, Sivam NS, Teoh KX, et al. Gene therapy and type 1 diabetes mellitus. Biomed Pharmacother. 2018;108:1188-1200. doi:10.1016/j.biopha.2018.09.138

Članak je originalno objavljen u 1. broju magazina Stetoskop i naknadno prilagođen za web.