Le persone con diabete di tipo 1 devono controllare la glicemia più volte al giorno e iniettarsi insulina per mantenere i livelli di zucchero nel sangue entro un intervallo sano. Un'alternativa migliore, a lungo ricercato dai ricercatori sul diabete, sarebbe l'insulina progettata per rimanere nel flusso sanguigno, attivarsi solo quando necessario, come subito dopo un pasto.

Un ostacolo allo sviluppo di questo tipo di "insulina sensibile al glucosio" è che è difficile sapere come si comporteranno questi farmaci senza testarli sugli animali. I ricercatori del MIT hanno ora creato un modello al computer che dovrebbe semplificare il processo di sviluppo:il loro nuovo modello può prevedere come l'insulina sensibile al glucosio (GRI) influenzerà la glicemia dei pazienti, basato su tratti chimici come la velocità con cui il GRI si attiva in presenza di glucosio.

"Il concetto di GRI è stato un obiettivo di lunga data nel campo del diabete, "dice Michele Strano, il Carbon P. Dubbs Professore di Ingegneria Chimica al MIT. "Se fatto correttamente, potresti fare in modo che i diabetici possano prendere una dose occasionale e non doversi mai preoccupare della glicemia".

Il nuovo modello ha permesso ai ricercatori di identificare diversi forti candidati GRI, che ora intendono testare sugli animali.

Strano è l'autore senior di due recenti articoli sui GRI, che compaiono sui giornali Chimica della natura e Materiali sanitari avanzati . Il primo autore di entrambi gli articoli è lo studente laureato del MIT Naveed Bakh.

"Un design razionale"

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno sperimentato diversi tipi di GRI. Nel recente articolo di Nature Chemistry, Strano e colleghi hanno delineato alcuni dei progressi compiuti e hanno delineato una serie di approcci sintetici specifici che potrebbero aiutare a rendere i GRI una realtà pratica. Questi includono l'uso di modelli matematici del corpo umano per prevedere come si comporteranno i GRI nei pazienti, rendendo più facile progettare e testare tali farmaci.

Nel documento Advanced Healthcare Materials, il team del MIT ha utilizzato quel tipo di modellizzazione per analizzare l'insulina modificata in modo che possa interagire con il glucosio. L'insulina ha molecole chiamate PBA attaccate ad essa, e queste molecole di PBA possono legarsi al glucosio, che poi attiva l'insulina.

Altri approcci GRI che gli scienziati hanno provato coinvolgono l'insulina incorporata negli idrogel che rilasciano il farmaco quando incontrano il glucosio, e particelle che trasportano insulina fatte da polimeri che si degradano quando si legano al glucosio. In tutti questi casi, è importante sapere quanto fortemente il glucosio interagirà con il GRI e quanto velocemente l'insulina inizierà ad agire.

Il team del MIT ha ideato equazioni che descrivono il comportamento dell'insulina modificata con PBA in base a parametri come la forza con cui il glucosio si lega al GRI e la rapidità con cui l'insulina viene attivata. Hanno combinato queste equazioni con i modelli esistenti di come il glucosio e l'insulina si comportano in diversi compartimenti del corpo, come i vasi sanguigni, muscolo, e tessuto adiposo.

"Abbiamo iniziato pensando al GRI come un insieme di equazioni, " Dice Strano. "Il risultato è il primo progetto razionale per il GRI".

Di conseguenza, i ricercatori possono ora inserire tratti GRI specifici e modellare come si comporterà il GRI nel corpo umano in un periodo di 24 ore, con pasti consumati a determinati intervalli durante la giornata. Il modello prevede il picco di zucchero nel sangue dopo i pasti, la forza della risposta insulinica innescata, e il conseguente livello di zucchero nel sangue.

I ricercatori hanno incorporato i limiti di zucchero nel sangue raccomandati dall'American Diabetes Association nel loro modello, consentendo loro di determinare quali parametri GRI producono il controllo della glicemia all'interno delle linee guida suggerite.

Il documento mostra che è possibile ottimizzare la progettazione dell'insulina chimicamente modificata, dice Frank Doyle, il preside della John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences dell'Università di Harvard.

"Per di più, dimostrano un controllo efficace (simulato) per tre pasti in un periodo di 24 ore, così come uno scenario di pasto perso. Presi insieme, questi risultati rivelano l'eccitante promessa di una tale strategia per il trattamento del diabete, insieme alla possibilità di valutazione clinica umana, "dice Doyle, che non è stato coinvolto nello studio.

Sebbene questo modello sia specifico per una categoria di GRI, i ricercatori intendono applicare questo approccio per sviluppare modelli simili per altri tipi di GRI.

Nuovi candidati

Strano dice che spera che altri ricercatori, in particolare chimici medicinali, utilizzerà il nuovo modello per guidare lo sviluppo di nuovi candidati GRI. Il team del MIT sta anche seguendo alcuni dei migliori candidati previsti dal modello e prevede di lavorare con Michael Weiss, un professore di biochimica alla Case Western Reserve University, per testarli sui topi.

I ricercatori ritengono che questo approccio potrebbe essere esteso ad altri tipi di farmaci che risponderebbero ai cambiamenti delle condizioni fisiologiche, Per esempio, anticoagulanti che si attivano quando le proteine ​​della coagulazione del sangue aumentano.

"Potremmo immaginare un futuro in cui questa sia la norma per tutte le terapie:potremmo chiedere ai nostri farmaci di modulare la loro potenza in base al nostro immediato, bisogno istantaneo in tempo reale, " Dice Strano. "A questo punto è una torta nel cielo, ma il punto di partenza di questo concetto è un modello per il loro design."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.