Las personas con diabetes tipo 1 deben controlar su glucosa en sangre varias veces al día e inyectarse insulina para mantener sus niveles de azúcar en sangre dentro de un rango saludable. Una mejor alternativa buscado durante mucho tiempo por los investigadores de la diabetes, sería insulina diseñada para permanecer en el torrente sanguíneo, activarse solo cuando sea necesario, como justo después de una comida.

Un obstáculo para desarrollar este tipo de "insulina sensible a la glucosa" es que es difícil saber cómo se comportarán estos fármacos sin probarlos en animales. Los investigadores del MIT han creado un modelo informático que debería agilizar el proceso de desarrollo:su nuevo modelo puede predecir cómo la insulina sensible a la glucosa (GRI) afectará el azúcar en sangre de los pacientes, basado en rasgos químicos como la rapidez con que el GRI se activa en presencia de glucosa.

"El concepto de GRI ha sido un objetivo de larga data en el campo de la diabetes, "dice Michael Strano, el profesor Carbon P. Dubbs de Ingeniería Química en el MIT. "Si se hace correctamente, podría hacer que los diabéticos pudieran tomar una dosis ocasional y nunca tener que preocuparse por su nivel de azúcar en la sangre ".

El nuevo modelo permitió a los investigadores identificar varios candidatos GRI sólidos, que ahora planean probar en animales.

Strano es el autor principal de dos artículos recientes sobre GRI, que aparecen en las revistas Química de la naturaleza y Materiales avanzados para el cuidado de la salud . El primer autor de ambos artículos es el estudiante graduado del MIT Naveed Bakh.

"Un diseño racional"

En años recientes, Los científicos han experimentado con varios tipos de GRI. En el reciente artículo de Nature Chemistry, Strano y sus colegas describieron algunos de los avances que se han logrado y presentaron una serie de enfoques sintéticos específicos que podrían ayudar a hacer de los GRI una realidad práctica. Estos incluyen el uso de modelos matemáticos del cuerpo humano para predecir cómo se comportarían los GRI en los pacientes, facilitando el diseño y la prueba de dichos medicamentos.

En el documento Advanced Healthcare Materials, el equipo del MIT utilizó ese tipo de modelo para analizar la insulina que se modifica para que pueda interactuar con la glucosa. La insulina tiene moléculas llamadas PBA unidas a ella, y estas moléculas de PBA pueden unirse a la glucosa, que luego activa la insulina.

Otros enfoques de GRI que los científicos han probado implican insulina incrustada en hidrogeles que liberan el fármaco cuando se encuentran con glucosa. y partículas portadoras de insulina hechas de polímeros que se degradan cuando se unen a la glucosa. En todos estos casos, Es importante saber con qué intensidad interactuará la glucosa con el GRI y con qué rapidez comenzará a actuar la insulina.

El equipo del MIT ideó ecuaciones que describen el comportamiento de la insulina modificada con PBA en función de parámetros como la fuerza con la que se une la glucosa al GRI y la rapidez con la que se activa la insulina. Combinaron estas ecuaciones con modelos existentes de cómo se comportan la glucosa y la insulina en diferentes compartimentos del cuerpo, como vasos sanguíneos, músculo, y tejido graso.

"Empezamos pensando en GRI como un conjunto de ecuaciones, "Dice Strano." El resultado es el primer diseño racional para el GRI ".

Como resultado, los investigadores ahora pueden ingresar rasgos GRI específicos y modelar cómo se comportará el GRI en el cuerpo humano durante un período de 24 horas, con las comidas consumidas a ciertos intervalos a lo largo del día. El modelo predice cuánto aumentará el azúcar en sangre después de las comidas, la fuerza de la respuesta a la insulina desencadenada, y el nivel de azúcar en sangre resultante.

Los investigadores incorporaron los límites de azúcar en sangre recomendados por la Asociación Estadounidense de Diabetes en su modelo, permitiéndoles determinar qué parámetros GRI producen control de azúcar en sangre dentro de las pautas sugeridas.

El artículo muestra que es posible optimizar el diseño de insulina modificada químicamente, dice Frank Doyle, el decano de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de la Universidad de Harvard.

"Es más, demuestran un control efectivo (simulado) de tres comidas en un período de 24 horas, así como un escenario de comida perdida. Tomados en conjunto, Estos resultados revelan la emocionante promesa de una estrategia de este tipo para el tratamiento de la diabetes. junto con la oportunidad de evaluación clínica humana, "dice Doyle, que no participó en el estudio.

Si bien este modelo es específico para una categoría de GRI, los investigadores planean aplicar este enfoque para desarrollar modelos similares para otros tipos de GRI.

Nuevos candidatos

Strano dice que espera que otros investigadores, particularmente los químicos medicinales, utilizará el nuevo modelo para guiar el desarrollo de nuevos candidatos GRI. El equipo del MIT también está persiguiendo a varios de los mejores candidatos predichos por el modelo y planea trabajar con Michael Weiss. profesor de bioquímica en la Universidad Case Western Reserve, para probarlos en ratones.

Los investigadores creen que este enfoque podría extenderse a otros tipos de fármacos que responderían a cambios en las condiciones fisiológicas. por ejemplo, anticoagulantes que se activan cuando las proteínas de la coagulación de la sangre aumentan.

"Podríamos imaginar un futuro en el que esa sea la norma para todas las terapias:podríamos pedir a nuestros medicamentos que modulan su potencia en función de nuestra necesidad instantánea en tiempo real, "Dice Strano." Eso es un pastel en el cielo en este punto, pero el punto de partida de este concepto es un modelo para su diseño ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.