Insulina activada por la luz
En el páncreas, las células beta (verde, con núcleo azul) secretan insulina, pero en la forma genética de diabetes llamada 1, esas células están bajo estrés. Las terapias estándar están diseñadas para hacer que las células beta secreten más insulina, pero los medicamentos también aumentan los niveles de estrés en las células, eventualmente matan las células beta y requieren que los pacientes se inyecten insulina. Foto: Mills Laboratory

En un estudio sin precedentes, un equipo de investigadores estadounidenses de la Universidad de Tufts, en Boston, ha trasplantado células beta pancreáticas modificadas por ingeniería genética en ratones diabéticos y ha logrado que estas células produzcan más de dos o tres veces el nivel típico de insulina, al exponerlas a la luz.

Esas células de luz conmutable están diseñadas para compensar la menor producción de insulina o la respuesta de insulina reducida en diabéticos. El estudio, publicado en ACS Synthetic Biology, demuestra que los niveles de glucosa pueden controlarse en un modelo de animales de laboratorio, sin intervención farmacológica.

Como se sabe, la insulina es una hormona que desempeña un papel central en el control preciso de los niveles de glucosa circulante en el organismo; esto es, el combustible esencial utilizado por las células.

La diabetes afecta a más de 30 millones de personas solo en Estados Unidos, de acuerdo con datos facilitados por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC), de Atlanta.

En la diabetes tipo 2, la forma más común de la enfermedad, las células del cuerpo se vuelven ineficientes para responder a la insulina y, como consecuencia, la glucosa en circulación puede volverse peligrosamente alta (hiperglucemia), mientras que el páncreas no puede producir suficiente insulina para compensar.

En la diabetes tipo 1, el sistema inmunitario destruye las células beta, que son las únicas células en el cuerpo que producen insulina, lo que se traduce en una falta total de la hormona.

Luz azul para amplificar la producción de insulina

Los tratamientos actuales incluyen la administración de medicamentos que mejoran la producción de insulina por las células beta pancreáticas, o la inyección directa de insulina para complementar el suministro producido naturalmente.

células beta pancreáticas
Los investigadores indujeron a las células beta pancreáticas diseñadas para que secreten insulina cuando se exponen a la luz azul. Imagen: Tufts University

En ambos casos, la regulación de la glucosa en sangre se convierte en un proceso manual, con la intervención de medicamentos o insulina realizada después de lecturas periódicas de los niveles de glucosa que, a menudo, conducen a picos y valles que pueden tener efectos nocivos a largo plazo.

Estos científicos de Tufts buscaron desarrollar una nueva forma de amplificar la producción de insulina mientras se mantiene el importante vínculo en tiempo real entre la liberación de la hormona y la concentración de glucosa en el torrente sanguíneo.

Lograron este objetivo aprovechando la optogenética, un enfoque que se basa en proteínas que cambian su actividad bajo la luz. Como explica Emmanuel Tzanakakis, profesor de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Tufts y autor principal de este estudio, las células beta pancreáticas se diseñaron con un gen que codifica una enzima adenilato ciclasa (PAC) fotoactivable.

La enzima PAC produce la molécula de monofosfato de adenosina cíclico (cAMP) cuando se expone a la luz azul que, a su vez, aumenta la producción de insulina estimulada por glucosa en la célula beta.

En este complejo proceso de bioingeniería, la producción de insulina puede aumentar de dos a tres veces, pero solo cuando la cantidad de glucosa en sangre es alta. A niveles bajos de glucosa, la producción de insulina sigue siendo baja.

Interruptor biológico

Los investigadores descubrieron que el trasplante de las células beta pancreáticas modificadas por ingeniería genética bajo la piel de ratones diabéticos condujo a una mejor tolerancia y regulación de la glucosa, redujo la hiperglucemia y niveles más altos de insulina en plasma cuando se sometió a iluminación con luz azul.

“Es una analogía al revés, pero en realidad estamos usando la luz para encender y apagar un interruptor biológico”, enfatiza el profesor Tzanakakis. “De esta manera -subraya-, podemos ayudar en un contexto diabético a controlar y mantener mejor los niveles apropiados de glucosa, sin intervención farmacológica. Las células realizan el trabajo de producción de insulina de forma natural y los circuitos reguladores dentro de ellas funcionan igual; solo aumentamos la cantidad de cAMP transitoriamente en las células beta para que produzcan más insulina solo cuando sea necesario”.

La luz azul simplemente cambia el interruptor del modo normal. Estos enfoques optogenéticos que utilizan proteínas activables por la luz para modular la función de las células se están explorando en muchos sistemas biológicos y han impulsado los esfuerzos hacia el desarrollo de un nuevo género de tratamientos.

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