Песня “We Will Rock You” помогает выработке инсулина лучше других

Группа ученых под руководством Martin Fussenegger из Департамента науки и инженерии биосистем ETH Zurich в Базеле, Швейцария, решила облегчить жизнь людей, страдающих диабетом, и разработала инновационный метод эндогенного выделения инсулина с помощью специальных клеток (имплантированных в микрокапсулах) и музыкальной стимуляции. Исследование опубликовано в свежем выпуске журнала Lancet Diabetes & Endocrinology.

Суть проблемы и инновационное решение

При сахарном диабете 1 типа происходит деструкция β-клеток поджелудочной железы, приводящая к абсолютной инсулиновой недостаточности. При этом при СД 2 типа также наблюдается относительная инсулиновая недостаточность или преимущественное нарушение секреции инсулина. Поэтому многие пациенты с диабетом зависимы от внешнего поступления этого гормона с помощью инъекций или помпы.

Одним из выходов, над которым работают ученые, оказалось помещение специальных клеток, продуцирующих инсулин, в микрокапсулы, которые можно имплантировать в организм. Чтобы иметь возможность контролировать извне, когда и сколько инсулина клетки выделяют в кровь, исследователи в последние годы изучали и применяли различные триггеры: свет, температуру и электрические поля. Однако Fussenegger и его коллеги разработали принципиально другой способ стимуляции: они используют музыку, чтобы заставить клетки вырабатывать инсулин в течение нескольких минут. Удивительно, но эта технология особенно хорошо работает с песней «We Will Rock You» — мировым хитом британской рок-группы Queen.

Модификация клеток

Чтобы сделать клетки, вырабатывающие инсулин, восприимчивыми к звуковым волнам, исследователи использовали белок из бактерии E. Coli, который реагирует на механические раздражители и распространен у животных и бактерий. Белок находится в мембране бактерии и регулирует приток ионов кальция внутрь клетки. Ученые внедрили схему этого бактериального ионного канала в клетки, вырабатывающие инсулин человека. Это позволяет этим клеткам самим создавать ионный канал и встраивать его в свою мембрану. 

В ходе дальнейшей работы исследователи показали, что специальный ионный канал в этих клетках открывается в ответ на звук, позволяя положительно заряженным ионам кальция поступать в клетку. Это приводит к изменению заряда клеточной мембраны, что, в свою очередь, приводит к тому, что крошечные, наполненные инсулином пузырьки внутри клетки сливаются с клеточной мембраной и высвобождают инсулин наружу.

Механизм работы. PhCMV - непосредственный ранний промотор цитомегаловируса человека.

Гулкие басы усиливают секрецию инсулина

Какие частоты и уровни громкости активируют ионные каналы сильнее всего? Было выявлено, что уровни громкости около 60 дБ и низкие частоты в районе 50 Герц были наиболее эффективными для запуска ионных каналов. Чтобы вызвать максимальный выброс инсулина, звук или музыка должны были продолжаться минимум 3 секунды с максимальными паузами в 5 секунд. Если интервалы были слишком большими, выделялось значительно меньше инсулина.

Наконец, исследователи изучили, какие музыкальные жанры вызывали самую сильную секрецию инсулина при громкости 85 дБ. Рок-музыка с гулкими басами, такая как песня «We Will Rock You» группы Queen, заняла 1 место, за ней последовал саундтрек к боевику «Мстители», тогда как реакция на классическую и гитарную музыку была довольно слабой.

«We Will Rock You» вызвала примерно 70 % инсулиновую секрецию в течение 5 минут, а весь цикл занял 15 минут. По словам Fussenegger, это сравнимо с естественной инсулиновой реакцией здоровых людей на глюкозу.

Мыши-меломаны

Чтобы протестировать систему ученые имплантировали мышам клетки, вырабатывающие инсулин, и поместили животных так, чтобы их животы находились непосредственно на громкоговорителе. Только в этом положении была реакция клеток на музыку. Если животные могли свободно двигаться во время «мышиной дискотеки», музыка не вызывала выброса инсулина.

Это не опасно?

«Наши дизайнерские клетки вырабатывают инсулин только тогда, когда источник звука с правильной музыкой находится непосредственно на коже над имплантатом», — объясняет Fussenegger. Выброс гормона не был вызван окружающим шумом, таким как шум от самолета, газонокосилки, сирены или разговора.

Для полного восполнения запасов инсулина после их истощения требуется 4 часа. Таким образом, даже если бы клетки подвергались воздействию звука с часовыми интервалами, они не смогли бы каждый раз вырабатывать полную дозу инсулина и тем самым вызывать опасную для жизни гипогликемию. «Технология могла бы удовлетворить типичные потребности больного диабетом, который ест 3 раза в день», — говорит Fussenegger. Он объясняет, что инсулин остается в пузырьках в течение длительного времени, даже если человек не ест более 4 часов. То есть не происходит истощения или непреднамеренного выделения.

До клинического применения новой разработки еще далеко – предстоит провести множество исследований для доработки. Однако возможности технологии крайне широки: система работает не только с инсулином, но и с любым другим белком, пригодным для терапевтического применения.