纳米材料可能增强胰岛素对神经系统的作用

未来可能会有一种加强糖尿病治疗的方法——通过将胰岛素附着在一种特殊设计的纳米材料上，可以更好地控制血糖和大脑对血糖的利用，并降低神经系统问题的风险。

俄亥俄州立大学的研究人员开发出一种化合物，由胰岛素与一串氨基酸结合而成，其中包括一个抗氧化基团。一项早期在老鼠身上的研究发表在生物材料研究表明，这种纳米材料的抗糖尿病特性包括改善葡萄糖的消耗和作为大脑燃料的可用性。

在一项新的研究中，研究小组将实验化合物的治疗效果与单独使用胰岛素和纳米材料对1型糖尿病小鼠模型的治疗效果进行了比较。接受联合治疗的小鼠的血糖控制和胰岛素相关基因活性的测量结果接近于健康动物，这些小鼠在思考和记忆测试中表现更好。

先前的研究已经将1型和2型糖尿病与认知功能问题和更高的痴呆风险联系起来，但“糖尿病的神经并发症是最少得到解决的，”他说Ouliana Ziouzenkova，副教授人文科学他是这项研究的资深作者。

“我们在老鼠身上发现，我们的分子和胰岛素结合在逆转糖尿病相关问题方面比单独治疗更好，并且与所有其他组相比，认知能力显著提高。”

这项研究发表在该杂志上制药学．

科学家们用来结合胰岛素化学结构的分子，称为AAC2，是在该研究的共同高级作者的实验室中开发的Jon Parquette，教授化学与生物化学俄亥俄州立大学。

帕奎特和合作者用氨基酸小链创造了一系列分子，为了制造AAC2，他们加入了抗氧化剂香豆素的结构片段。这些链被设计成像砖块一样堆叠起来，并以某种方式相互粘附，使它们能够自组装成携带正电荷的纳米纤维。电作用力将胰岛素和AAC2结合在一起形成超分子复合物。

“这很重要，因为在生物尺度上发生的很多事情似乎都在纳米尺度上。蛋白质、细胞表面、病毒都是纳米尺度的物体。”“所以，如果你能让东西在这种规模上发挥作用，你就有更好的能力干预生物过程。”

1型糖尿病患者的身体不能产生足够的胰岛素，2型糖尿病患者的身体不能正确地利用胰岛素将糖从血液中转移到肌肉和脂肪细胞，以及体内许多其他使用葡萄糖作为能量的细胞。大脑是一个需要使用葡萄糖作为燃料的主要器官，它依赖特定的转运蛋白来运送葡萄糖——这种转运蛋白的功能会因葡萄糖水平的不规则而受损，比如糖尿病。

在这项研究中，实验是在老鼠身上进行的，这些老鼠经过化学和基因工程，导致胰岛素缺乏，导致高血糖，这是1型或2型糖尿病的标志。研究人员每三天给这些动物注射一次人胰岛素(用于区分治疗和小鼠产生的胰岛素)，单独注射AAC2分子，或者将AAC2分子与人胰岛素结合作为联合治疗。

研究小组发现，只有联合疗法才能使小鼠在很长一段时间内保持稳定的葡萄糖水平，并对它们大脑中的基因表达和神经递质运输产生积极影响。接受联合治疗的小鼠在认知行为测试中的表现也优于仅接受胰岛素或纳米纤维AAC2治疗的小鼠。

结果表明，这些益处与胰岛素与纳米材料的相互作用如何影响体内葡萄糖使用的两个方面有关:用于能量代谢的葡萄糖分解，以及用于存储和结构需求的葡萄糖使用。齐曾科娃说，总的来说，治疗的这些积极影响可以重新建立健康的能量平衡。

她说:“我们的概念提供了一种平衡的代谢效应，涉及由这种超分子复合物诱导的完全独特的途径。”

有关影响大脑的确切机制、任何长期副作用以及该化合物如何在体内降解的研究将继续进行。Ziouzenkova说，对糖尿病有希望的发现表明，这种基于氨基酸的纳米纤维平台可能有助于加强其他神经和代谢疾病的治疗。神经外科副教授克里斯蒂·汤森(Kristy Townsend)加入了研究团队，探索这些方向。

参考:李A，马文明，林涛，等。氨基酸纳米纤维结合胰岛素可改善血糖并赋予认知治疗功效。制药学．2022; 14(1): 81。doi:10.3390 / pharmaceutics14010081

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