Lidské geny lze aktivovat nebo deaktivovat pomocí elektřiny. Dokládá to experimentální technologie vyvinutá švýcarskými vědci, která využívá slabé elektrické impulsy ke spuštění produkce inzulínu. Vědci se domnívají, že další vývoj této technologie by mohl vést k implantátům, které lze použít k aktivaci konkrétních genů, což by mohlo otevřít cestu k vývoji terapií pro léčbu různých zdravotních problémů souvisejících s geny, píše Nature.com.

Vědci vyvinuli prototyp implantátu, který dokáže řídit expresi genů a produkci hormonů pomocí elektrické stimulace. Exprese genů je proces, při kterém se přečte genetická informace a na jejím základě se vytvoří bílkoviny nebo různé formy RNA. Odborníci se domnívají, že po dalším vývoji této technologie bude možné vytvořit zařízení, která pomohou léčit řadu nemocí, mimo jiné i cukrovku prvního typu.

Většina genů funguje jako návod k použití, který buňkám ukazuje, jak mají vyrábět konkrétní bílkoviny. Téměř každá buňka v těle obsahuje kopie všech našich genů, ale většina z nich je umlčena a pouze některé jsou aktivní.

Jedním ze způsobů, jak se tělo rozhoduje, které geny má exprimovat, je označování sekvencí DNA chemickými sloučeninami. Geny zapnuté nebo vypnuté v nevhodnou dobu však mohou způsobit onemocnění. Proto mnoho výzkumníků hledá způsoby, jak ručně řídit expresi genů v buňkách.

– Již dlouhou dobu chceme přímo řídit expresi genů pomocí elektřiny. Nyní se nám to konečně podařilo,“ říká hlavní autor objevu Martin Fussenger ze Spolkové polytechnické univerzity v Curychu.

Vědci zkoumají mnoho různých způsobů, jak ovlivnit expresi genů. Používají léky, světlo, úpravu genů pomocí techniky CRISPR-Cas9 a nyní také elektřinu. První úspěšné pokusy o sestrojení podobného implantátu proběhly již v roce 2020. Tehdy však bylo k výrobě inzulinu zapotřebí vysokého napětí elektřiny a spousta času.

Nyní se týmu ze Švýcarska podařilo vyvinout bezpečnější a účinnější způsob spouštění genové exprese. Článek o tom vyšel v časopise Nature Metabolism (DOI: 10.1038/s42255-023-00850-7).

V nové studii se švýcarští vědci pokusili povzbudit buňky k produkci inzulínu. Za tímto účelem implantovali myším do těla gelovou kapsli obsahující buňky slinivky břišní. Ty byly upraveny tak, aby v nich elektrická stimulace vyvolala expresi genu potřebného k produkci inzulínu. V těchto buňkách probíhá řetězová reakce v reakci na reaktivní formy kyslíku – nestabilní radikály obsahující kyslík, které vznikají při použití elektřiny -, která nakonec aktivuje potřebný gen.

Pár akupunkturních jehel zavedených do kůže přivádí do buněk nízkonapěťový proud ze sady baterií, které se nosí zevně. Studie prokázaly, že pouhých 10 sekund takové stimulace denně stačí ke stabilizaci hladiny cukru v krvi u myší.

Důkaz konceptu

Studie poskytuje důkaz konceptu. Existuje velká šance, že bude možné výsledky tohoto výzkumu převést na člověka. Pravděpodobně by lidé s cukrovkou potřebovali mnohem více upravených buněk, aby produkovali dostatečné množství inzulínu pro léčbu.

• Dobývání planet začíná. První stavba základny na Měsíci již brzy odstartuje
• Tělo ve vesmíru rychle chřadne, astronauti dostanou technicky našlapané obleky
• Metan z mléčných farem se přemění na bioplyn

Vědci oznamují další práci, která by měla nakonec vést ke konstrukci implantátů pro diabetiky, ale i pro lidi s jinými chorobami. Je možné, že bude možné vyvinout implantáty nebo terapie pro boj s genetickými chorobami zapínáním a vypínáním specifických genů, což jim umožní dodávat klíčové proteiny.

Lidem s cukrovkou prvního typu, kteří neprodukují nebo produkují příliš málo klíčového hormonu zodpovědného za kontrolu hladiny cukru v krvi, může schopnost stimulovat buňky k produkci inzulínu na požádání pomoci zabránit hyperglykémii, kdy se hladina cukru v krvi nebezpečně zvýší.

„Domníváme se, že rychlé, bezelektrické, přímé, nízkonapěťové, bateriové řízení genů v buňkách je krokem vpřed a představuje chybějící článek, který v blízké budoucnosti umožní ovládání genů pomocí implantátů,“ napsali vědci ve svém článku.