Voor een solide proof of concept heeft een team van wetenschappers onder leiding van Martin Fussenegger van de Zwitserse Hogere Technische School van Zürich (ETH) een systeem ontwikkeld voor de behandeling van type 2 diabetes bij muizen door overvloedige hoeveelheden koffie te drinken. In feite, wanneer dieren koffie drinken (of een andere cafeïnehoudende drank, zoals thee), wordt een kunstmatig genetisch systeem ingeschakeld in cellen die in muizen in de buikholte zijn geïmplanteerd. Dit leidt tot de productie van een hormoon dat de insulineproductie verhoogt en daardoor de bloedsuikerspiegel verlaagt.
Wetenschappers merken op dat biologen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van kunstmatige genetische systemen al lang op zoek zijn naar inductoren die kunstmatige genetica kunnen activeren. Maar de vorige versies van de inductoren hadden problemen. Deze omvatten antibiotica, die resistentie tegen geneesmiddelen bij bacteriën kunnen induceren, en voedseladditieven die bijwerkingen kunnen hebben. Cafeïne is niet giftig, goedkoop te vervaardigen en komt alleen voor in bepaalde dranken zoals koffie en thee. Deze drankjes zijn erg populair en er worden elke dag meer dan twee miljard kopjes koffie gedronken over de hele wereld.
Een belangrijk onderdeel van het systeem is dat eiwit dat kan reageren op de aanwezigheid van cafeïne in de bloedbaan. Om dit te doen, gebruikten de onderzoekers antilichamen die door het lichaam van de kameel werden geproduceerd en die cafeïne kunnen detecteren. In aanwezigheid van cafeïne bindt dit antilichaam - aCaffVHH - aan cafeïne en dimeriseert het vervolgens. Met andere woorden, twee aCaffVHH's komen samen en knijpen het cafeïnemolecuul samen. De onderzoekers combineerden de helft van het eiwit met één antilichaam en de andere helft met een tweede antilichaam, waarna de antilichamen een compleet functioneel eiwit kunnen vormen als ze dimeriseren. Wetenschappers konden dit eiwit dus alleen activeren met door cafeïne geïnduceerde dimerisatie.
Het meest gevoelig voor cafeïne was het systeem dat de EpoR-regulator gebruikte, die actief wordt wanneer het dimeriseert en een transcriptiefactor genaamd STAT3 induceert. Zoals alle transcriptiefactoren, functioneert STAT3 door specifieke stukjes DNA te binden om genexpressie te beheersen.
Wetenschappers construeerden een STAT3-bindend segment in stamcellen dat een gen aandrijft dat codeert voor een synthetisch menselijk hormoon dat GLP-1 wordt genoemd, of glucagon-achtig peptide-1. Dit hormoon zorgt ervoor dat het lichaam zijn eigen insuline aanmaakt, wat op zijn beurt de bloedsuikerspiegel verlaagt. Synthetische GLP-1 wordt beschouwd als een mogelijke behandeling voor diabetes type 2, waarbij er een hoge bloedsuikerspiegel is en onvoldoende insulineproductie. Deze ziekte treft wereldwijd meer dan 400 miljoen mensen.
De onderzoekers stopten deze GLP-1-producerende stamcellen in een doorlaatbare capsule en plaatsten de capsule vervolgens in de lichaamsholte van muizen met type 2-diabetes. Na dagelijkse doses koffie bij diabetische muizen waren de bloedsuikerspiegels vergelijkbaar met die van gezonde muizen. Ze hadden ook veel hogere insulinespiegels in het bloed in vergelijking met diabetische muizen zonder een GLP-1-producerend implantaat.
Het is belangrijk op te merken dat de dagelijkse inname van cafeïne geen problemen veroorzaakte bij de muizen, zoals een verhoogde hartslag of een gevaarlijk lage bloedsuikerspiegel. De onderzoekers merkten ook op dat cafeïnevrije dranken het systeem niet activeerden.
Wetenschappers zijn optimistisch en suggereren zelfs dat ze, met daaropvolgende verfijning, gepersonaliseerde systemen kunnen creëren die passen bij de voorkeuren van elke patiënt voor cafeïneconsumptie.
Promotie video:
De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Nature Communications.
Serg vlieger
