باحثو جامعة ستانفورد يطورون أنسولينًا جديدًا فائق السرعة – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Stanford researchers develop a new ultrafast insulin
بقلم: تايلور كوبوتا (TAYLOR KUBOTA)

اختبر باحثو ستانفورد عقارًا جديدًا للأنسولين على خنازير مصابين بالسكري ووجدوا أنه يعمل بسرعة مضاعفة لعمل الأنسولين التقليدي.

يقوم الباحثون في جامعة ستانفورد بتطوير تركيبة جديدة للانسولين تبدأ في التأثير فورًا تقريبًا عند الحقن ، ومن المحتمل أن تعمل أسرع بأربع مرات من سرعة تركيبات الأنسولين التجارية الحالية السريعة المفعول.

وركز الباحثون على ما يسمى الأنسولين الأحادي ، الذي له بنية جزيئية ، وفقًا للنظرية ، تسمح له بالعمل بشكل أسرع من الأشكال الأخرى للأنسولين، لكنه غير مستقر للغاية للاستخدام العملي. لذلك ، من أجل تحقيق الإمكانات الفائقة لهذا الأنسولين ، اعتمد الباحثون على بعض علوم المواد السحرية.

وقال اريك ابيل ، الأستاذ المساعد لعلوم وهندسة المواد في جامعة ستانفورد: “إن جزيئات الأنسولين نفسها جيدة ، لذلك أردنا تطوير “غبار خيالي سحري” يضاف إلى قارورة من شأنها أن تساعد في إصلاح مشكلة الاستقرار، ويركز الأشخاص في الغالب على العوامل العلاجية في تركيبة الدواء ، ولكن يمكننا تحقيق تقدم كبير حقًا في الفعالية الإجمالية للدواء من خلال التركيز فقط على إضافات الأداء وهي الأجزاء التي كان يُشار إليها سابقًا باسم المكونات غير النشطة”.

وبعد فحص واختبار مكتبة كبيرة من البوليمرات المضافة ، وجد الباحثون بوليمرًا يمكنه تثبيت الأنسولين الأحادي لأكثر من ٢٤ ساعة في الظروف الصعبة. وبالمقارنة ، يبقى الأنسولين التجاري سريع المفعول مستقرًا لمدة ٦ إلى ١٠ ساعات في ظل نفس الظروف. ثم أكد الباحثون الإجراء الفائق السرعة لتركيبتهم باختباره على خنازير السكري. وتم نشر نتائجهم في عدد ١ يوليو ٢٠٢٠ من مجلة ساينس ترازليشينال ميديسين (Science Translational Medicine). ويجري الباحثون حاليًا اختبارات إضافية على أمل التأهل للتجارب السريرية على البشر.

خطوة الى الوراء ، خطوتان إلى الأمام

تحتوي التركيبات التجارية الحالية للأنسولين على مزيج من ثلاثة أشكال: أحادية (monomers) وثنائية (dimers) وسداسية (hexamers). وقد افترض العلماء أن الانسولين الأحادي سيكون الأكثر فائدة في الجسم ، ولكن يتم سحب جزيئات الأنسولين داخل القوارير إلى سطح السائل حيث تتراكم وتصبح غير نشطة.  وفي المقابل فإن الانسولين السداسي يكون أكثر استقرارًا في القارورة ، ولكنه يستغرق وقتًا أطول للعمل في الجسم لأنها (أي جزيئات الأنسولين) تضطر أولاً إلى الانكسار إلى احادي لتصبح نشطة. وهنا يأتي دور غبار اللعبة السحري وهو بوليمر مخصص ينجذب إلى واجهة (interface) الهواء / الماء.

وقال جوزيف مان ، وهو طالب دراسات عليا في مختبر ابيل ومؤلف مشارك في الورقة البحثية: “لقد ركزنا على البوليمرات التي تفضل أن تذهب إلى تلك الواجهة وتعمل كحاجز بين أي من جزيئات الأنسولين التي تحاول التجمع هناك”.  وبشكل حاسم ، يمكن للبوليمر القيام بذلك دون التفاعل مع جزيئات الأنسولين نفسها ، مما يسمح للدواء أن يصبح ساري المفعول دون عوائق.

كان العثور على البوليمر المناسب بالخصائص المطلوبة عملية طويلة تضمنت رحلة لمدة ثلاثة أسابيع إلى أستراليا ، حيث أنشأ الروبوت سريع الحركة ما يقرب من 1500 مرشحًا أوليًا من البوليمرات، و تبع ذلك معالجة واختبار فردي في جامعة ستانفورد لتحديد البوليمرات التي أظهرت سلوك الحاجز المطلوب بنجاح. ولم يثبت أول ١٠٠ بوليمر مرشح الأنسولين التجاري في الاختبارات ، ولكن الباحثين حثوا الخطى ووجدوا البوليمر السحري قبل أسابيع فقط من الموعد المقرر لإجراء تجارب على خنازير مصابة بالسكري. وقال جوزيف مان: “شعرت أنه لم يحدث شيء ، ثم فجأة كانت هناك هذه اللحظة المشرقة … وموعد نهائي بعد شهرين ، ففي اللحظة التي حصلنا فيها على نتيجة مشجعة ، كان علينا أن نسارع الخطى لانهاء البحث في الوقت المحدد له”.

في الأنسولين التجاري – الذي يظل ثابتًا عادةً لمدة ١٠ ساعات تقريبًا في اختبارات الشيخوخة المتسارعة – زاد البوليمر بشكل كبير من مدة الاستقرار لما يزيد عن شهر. وكانت الخطوة التالية هي معرفة كيف أثر البوليمر على الأنسولين الأحادي ، والذي يتراكم على كتله في ١-٢ ساعة. وكان تأكيد الباحثين أن تركيبتهم يمكن أن تظل مستقرة لأكثر من ٢٤ ساعة تحت الضغط انتصارًا آخر مرحبًا به.

وقال مانتا ميكاوا طالب الدراسات العليا الباحث في معمل ابيل والمؤلف المشارك للورقة العلمية: “فيما يتعلق بالاستقرار ، اتخذنا خطوة كبيرة إلى الوراء عن طريق جعل الأنسولين أحاديًا ، وبإضافة بوليمرنا بعد ذلك استطعنا الوصول الى وضع مستقر أكثر من ضعف استقرار المعيار التجاري الحالي”.

وبفضل منحة البذور من مركز أبحاث مرضى السكري ومعهد أبحاث صحة الأم والطفل في جامعة ستانفورد ، تمكن الباحثون من تقييم تركيبة الأنسولين الأحادي الجديدة على الخنازير المصابة بالسكري – النموذج الأكثر تطورًا من الحيوانات غير البشرية – ووجدوا أن الأنسولين وصل ٩٠ في المائة من نشاط الذروة في غضون ٥ دقائق بعد حقن الأنسولين. وللمقارنة ، بدأ الأنسولين التجاري سريع المفعول يظهر نشاطًا هامًا فقط بعد ١٠ دقائق. علاوة على ذلك ، بلغ نشاط الأنسولين الأحادي الذروة في حوالي ١٠ دقائق في حين احتاج الأنسولين التجاري إلى ٢٥ دقيقة. وفي البشر ، يمكن أن يُترجم هذا الاختلاف إلى انخفاض بمقدار أربعة أضعاف في الوقت الذي يستغرقه الأنسولين للوصول إلى ذروة النشاط.

وقال مايكاوا: “عندما أجريت اختبارات الدم وبدأت في اعداد رسم البيانات ، لم أستطع أن أصدق كم تبدو جيدة”.  أما ايريك أبيل ، وهو المؤلف الرئيسي للورقة العلمية فقال: “إنه أمر غير مسبوق حقًا”. “لقد كان هذا هدفا رئيسيا للعديد من شركات الأدوية الكبرى منذ عقود”.

وكما أنهى الأنسولين الأحادي عمله في وقت أقصر ، فإن بدء النشاط ونهايته عاجلاً يسهل على الأشخاص استخدام الأنسولين بالتنسيق مع مستويات الجلوكوز في وقت الطعام لإدارة مستويات السكر في الدم بشكل مناسب.

نجاح متعدد الأوجه

يخطط الباحثون للتقدم بطلب إلى إدارة الغذاء والدواء للموافقة على اختبار تركيبة الأنسولين الخاصة بهم في التجارب السريرية على المشاركين من البشر ، رغم أنه لم يتم التخطيط لتجارب بعد ولم يتم البحث عن مشاركين في هذا الوقت الحاضر. كما يفكرون في استخدامات أخرى للبوليمر الخاص بهم ، بالنظر إلى مدى أهمية زيادة الاستقرار في الأنسولين التجاري.

ولأن تركيبة الأنسولين الخاصة بهم تنشط بسرعة – وبالتالي ، مثل الأنسولين في شخص غير مصاب بداء السكري – يشعر الباحثون بالإثارة من إمكانية أنه يمكن أن يساعد في تطوير جهاز البنكرياس الاصطناعي الذي يعمل دون الحاجة إلى تدخل المريض في أوقات الوجبات الغذائية.

الجدير ذكره أن من بين المؤلفين الاضافيين للورقة العلمية الباحث السابق الزائر من جامعة آرهوس في الدنمارك أنطون سميث  ؛ وطلاب الدراسات العليا في جامعة ستانفورد أبيجيل غروسكوبف ، جيلي روث ، كاثرين ميس ، إميلي غيل ، سيلين ليونج ، دورين تشان ، ليندسي ستابلتون وأنتوني يو ؛ الطبيب البيطري السريري سام بيكر ، وزميل ما بعد الدكتوراه سانتياغو كوريا ؛ وباحثون من سيرو مانيوفاكشرنج CSIRO Manufacturing في أستراليا هم أيضًا مؤلفون مشاركون. أريك آبل هو أيضًا عضو في ستانفورد بيو-إكس ، معهد القلب والأوعية الدموية ، معهد ستانفورد لأبحاث الأم والطفل وزميل هيئة التدريس في قسم الكيمياء والهندسة والأدوية لصحة الانسان بجامعة ستانفورد (Stanford ChEM-H).

ملاحظة: تم تمويل هذا البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة ، ومنحة البذور التجريبية والجدوى من مركز أبحاث مرضى ستانفورد ، ومعهد أبحاث صحة الأم والطفل في ستانفورد ، وجمعية السكري الأمريكية ، ومؤسسة PhRMA ،  ووزارة الدفاع الأمريكية ، وزمالة الخريجين بجامعة ستانفورد ، ومجلس العلوم الطبيعية والبحوث الهندسية بكندا ، وزمالة الطالب ستانفورد بيو إكس باوز ، ومؤسسة نوفو نورديسك ، وستانفورد بيو إكس ، والمجلس الدنماركي للبحوث المستقلة.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

https://news.stanford.edu/2020/07/01/new-ultrafast-insulin/