2型糖尿病：將咖啡用於「葡萄糖控制」

某一天，患有2型糖尿病的人可能能夠通過飲用茶或咖啡來調節血糖，這要歸功於合成生物學。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院的科學家設計並測試了一種對咖啡因飲料濃度有反應的合成基因迴路。

它通過釋放用於治療2型糖尿病的葡萄糖控制化合物來實現這一點。

研究人員將電路插入細胞並植入糖尿病小鼠體內。

他們表明，咖啡消費降低了血糖水準，與不同劑量的咖啡因一致。

一旦咖啡因進入小鼠的血液，它激活合成基因電路，使其釋放化合物以降低葡萄糖水準。

研究人員在報告了他們的發現研究論文最近在雜誌上發表自然傳播。

全世界的糖尿病負擔日益增加

糖尿病是一個日益增長的公共健康問題，影響全球數億人。

這種流行主要是由於2型糖尿病發病率上升所致，當細胞失去使用胰島素將葡萄糖或血糖轉化為能量的能力時，這種情況就會發生。

在美國，約有2310萬例糖尿病病例被診斷出來 - 其中絕大多數為2型。這種負擔的估計年成本超過2450億美元。

儘管近年來治療已經顯著提高，並且可以顯著降低併發症風險，但糖尿病仍然是美國第七大死因。

如果更多的人達到醫生建議的治療目標，這種負擔可能會減輕。專家建議我們需要更好的「護理模式」來解決問題。

目前，每餐後患者都必須監測血糖水準，並隨著指定治療的增加迅速做出反應。

合成生物學和基因電路

研究人員將合成生物學描述為「工程學與生物學之間的融合」，近年來，科學家們設計出用於生物醫學用途的基因電路。

合成基因電路重編程細胞以特定方式使用其現有的機器。

其中一個例子就是可以嚴密控制免疫細胞的「分子開關」的開發，旨在使癌症治療更安全，更精確。

在設計合成基因電路時，科學家面臨許多挑戰。其中之一就是選擇正確的觸發器，以免錯誤地激活電路，並確保響應僅限於所要求的響應並且不會產生副作用。

咖啡因引發的肽生產

在這篇論文中，科學家們描述了他們如何創造出「感受咖啡因的全合成感受器」，其水準與典型的一杯咖啡相當。

受體是位於細胞表面的蛋白質，只有在遇到特定分子時才會發生反應，如插入鎖中的獨特鑰匙。這種綁定行為觸發細胞內部的特定反應。

在這裡，觸發因子是咖啡因，反應是生成「合成人類胰高血糖素樣肽1」，這是一種用於治療2型糖尿病以降低血糖水準的化合物。

研究作者稱基因電路為「咖啡因刺激先進的調節器（C-STAR）」。他們通過將其插入「設計師細胞」中來測試C-STAR。

研究人員在實驗室測試了C-STAR細胞對各種來源和劑量咖啡因的反應，包括商業品牌的飲料。他們還將這些細胞植入到培育出2型糖尿病的小鼠體內。

"改進的葡萄糖控制"

在細胞測試和植入C-STAR細胞的小鼠中，咖啡因的存在觸發基因表達的可逆和劑量依賴性變化。

起初，該團隊通過將其與編碼蛋白質的「報告基因」連接起來，測試了觸發因子的作用。

然後，研究團隊用編碼「臨床許可的工程蛋白質」的基因替換了報告基因，用於治療2型糖尿病，這是合成的人胰高血糖素樣肽1。

一旦被觸發，電路導致細胞產生胰高血糖素樣肽1.與未處理的對照相比，經處理的小鼠表現出「顯著改善」的葡萄糖控制。

"與生活方式融合的治療"

該小組認為，使用咖啡因作為觸發因素的優勢之一是它「無毒，價格低廉，只存在於特定飲料中」。

這項新的研究表明，基於合成基因電路的「微調」治療可能對日常飲料產生反應，如茶和咖啡，而不補充任何其他化學物質，「作者指出。

此外，「通過整合治療與生活方式」，研究人員認為，這種方法可以讓患者更容易遵守治療方案，因為他們得出結論：

「利用日常文化習慣，基於這種系統的治療應該無縫地融入人們的生活方式，因此可能成為新一代個性化醫療可以建立的關鍵支柱。」