Кости лечат диабет

В развитых странах мира смертность от причин, связанных с сахарным диабетом, составляет 6-7% от общей смертности и занимает третье место после сердечно-сосудистых и раковых заболеваний. Открытие американских ученых меняет привычный взгляд на развитие заболевания и открывает новые возможности для его лечения.

Уровень глюкозы в крови определяется балансом между ее потреблением клетками всего организма и высвобождением в печени. До последнего времени считалось, что большая часть обмена зависит от поджелудочной железы, печени, мышц и жировой ткани. Однако последние работы учёных из Гарварда и Колумбийского университета привели к серьезному усложнению этой системы – в деле замешаны и кости.

Оказалось, что гормон, образуемый в костях скелета, способен влиять на потребление сахара клетками. Кроме того, получены свидетельства наличия различной природы сигналов, контролирующих обмен глюкозы и жиров, со стороны иммунной системы, мозга и всего пищеварительного тракта. Это открытие в первую очередь касается наиболее распространенного сахарного диабета – диабета второго типа, приобретаемого уже во взрослом возрасте.

Определяющим фактором диабета является увеличение содержания глюкозы в крови. Однако, как рассказал New York Times Роберта Рицца, профессора клиники Mayo медицинского колледжа, «даже у больных одним типом диабета причины очень сильно различаются». Поэтому терапия для каждого пациента должна быть особенной, а не такой, как сегодня, когда всем дают один и тот же препарат в одной и той же концентрации.

По сути, из опубликованного Джерардом Карсенти из Колумбийского университета исследования следует, что скелет – такая же эндокринная железа, как гипофиз или надпочечники.

В своей предыдущей работе Карсенти показал, что лептин – гормон, продуцируемый жировой тканью, является важным регулятором обмена веществ в костях. Логичное предположение, что должно быть и обратное влияние, легло в основу новой работы.

Работая с мышами, ученые обнаружили, что остеокальцин – продуцируемое костной тканью и давно известное вещество – действует на жировые клетки так же, как и инсулин. В норме последний гормон вырабатывается клетками островков Лангерганса поджелудочной железы в ответ на повышение уровня глюкозы в крови – например, после еды. Он увеличивает потребление глюкозы всеми клетками, а также способствует утилизации жиров из жировой ткани. Однако при диабете второго типа не только падает уровень инсулина в крови, но и восприимчивость клеток организма к этому гормону.

Карсенти обнаружил, что увеличение уровня остеокальцина у мышей с моделью диабета второго типа решает сразу обе проблемы.

Во-первых, это повышает чувствительность клеток к инсулину, а во-вторых, снижает уровень сахара в крови. В качестве дополнения подобная терапия приводит к снижению массы жировой ткани.

Если остеокальцин таким же образом работает и у людей, это может привести к созданию действительно уникального метода лечения диабета второго типа. Все известные на сегодняшний день препараты способны справиться лишь с одной из составляющих заболевания. Производные остеокальцина действуют на обе.

Вместе с тем, на пути создания лекарств ещё много трудностей. Дело в том, что основной функцией остеокальцина является регуляция обмена кальция в костях. Поэтому учёным предстоит найти вещество, которое бы стимулировало влияние остеокальцина на жировые клетки, однако не мешало бы ему выполнять свою основную функцию в костной ткани. И даже тогда, когда оно будет найдено и превращено в лекарство, последнему предстоят ещё долгие лабораторные и клинические испытания. Какие побочные эффекты встретятся на этом пути, и как с ними справятся медики – предсказать невозможно.

Тонкий нервный телевизор

Ученые в очередной раз использовали способность мидий к сверхпрочному прилипанию к различным поверхностям. Новая методика отличается простотой, универсальностью и дешевизной, отодвигая на задний план узкоспецифические методики модификации поверхностей, применяющиеся в наши дни.

Мидии уже становились объектом исследования и привели к созданию материалов, подразумевающих многократное использование, о чем писала «Газета.Ru».

Филипп Мессершмит из биомедицинского центра Северо-Западного университета в США разработал покрытие, имитирующее механизм адгезии мидий и разработал универсальную методику модификации разнообразных поверхностей с её помощью.

Ключевым объектом исследования стал полимер на основе полидопамина (в отечественной классификации применяется также термин «дофамин»). Допамин не был обнаружен в тканях и железах мидий, однако, как показывает исследование, может быть использован в качестве основы полимерного материала, способного имитировать феноменальные адгезионные способности мидий. В организме же человека и животных допамин выполняет функцию нейтротрансмиттера, то есть передаёт нервные импульсы.

Методика создания покрытия, способного прилипать к любой поверхности, проста до безумия. Ученые использовали водный раствор допамина в концентрации 2 г/литр. После подщелачивания среды до уровня морской воды (рН = 8,5) в раствор помещалось твердое тело, поверхность, которую предполагалось модифицировать. В результате протекающей в растворе реакции полимеризации допамина через некоторое время поверхность полностью покрывалась тонкой его пленкой. Благодаря схожести этого полимера и его оригинального предшественника, вырабатываемого мидиями, и достигаются необыкновенные адгезионные свойства.

Однако высокая способность к прилипанию – это только одна сторона медали.

Покрытие различных твердых тел пленкой полидопамина создает крайне реакционноспособную поверхность. Этот факт служит предпосылкой для возможной дальнейшей функционализации поверхности.

Полидопаминовое покрытие, как показали эксперименты, может быть использовано в двухстадийном процессе модификации поверхности с помощью самых разных веществ: как органических, так и неорганических, гидрофильных и гидрофобных. Даже тефлон, с большой неохотой вступающий в химические реакции, может быть нанесен на поверхность таким способом.

В перспективе методика, разработанная Месершмитом и его коллегами, может оказаться незаменимой для создания гибких электронных компонентов, дисплеев, биосенсоров, медицинских приборов, создания покрытий для предотвращения обрастания обшивки кораблей моллюсками, систем очистки питьевой воды от солей тяжелых металлов и так далее.

Предложенная методика модификации поверхностей проста и универсальна, исходный компонент – допамин – дешев и широко распространен. Существующие же методики модификации поверхностей, как правило, носят узко специфический характер – для каждой пары поверхность-модификатор подбираются свои методики процесса, включающие различные промежуточные стадии и многостадийные реакции.
Открытие Мессершмита если и не совершит революции в этой области индустрии, то совершенно точно займет свою большую нишу в технологии поверхностей.