Pessoas com diabetes tipo 1 devem verificar a glicose no sangue várias vezes ao dia e injetar insulina em si mesmas para manter os níveis de açúcar no sangue dentro de uma faixa saudável. Uma alternativa melhor, há muito procurado por pesquisadores do diabetes, seria a insulina projetada para permanecer na corrente sanguínea, tornando-se ativo apenas quando necessário, como logo após uma refeição.

Um obstáculo para o desenvolvimento desse tipo de "insulina responsiva à glicose" é que é difícil saber como essas drogas se comportarão sem testá-las em animais. Os pesquisadores do MIT criaram agora um modelo de computador que deve agilizar o processo de desenvolvimento:seu novo modelo pode prever como a insulina responsiva à glicose (GRI) afetará o açúcar no sangue dos pacientes, com base em características químicas, como a rapidez com que o GRI é ativado na presença de glicose.

"O conceito de GRI tem sido um objetivo de longa data do campo do diabetes, "diz Michael Strano, o Carbon P. Dubbs Professor de Engenharia Química no MIT. "Se feito corretamente, você pode fazer com que os diabéticos tomem uma dose ocasional e nunca tenham que se preocupar com o açúcar no sangue. "

O novo modelo permitiu aos pesquisadores identificar vários candidatos fortes da GRI, que agora planejam testar em animais.

Strano é o autor sênior de dois artigos recentes sobre GRIs, que aparecem nas revistas Química da Natureza e Materiais Avançados de Saúde . O primeiro autor de ambos os artigos é o estudante de graduação do MIT, Naveed Bakh.

"Um design racional"

Nos últimos anos, os cientistas experimentaram vários tipos de GRIs. No recente artigo da Nature Chemistry, Strano e colegas delinearam alguns dos progressos realizados e estabeleceram uma série de abordagens sintéticas específicas que poderiam ajudar a tornar o GRIs uma realidade prática. Isso inclui o uso de modelos matemáticos do corpo humano para prever como os GRIs se comportariam nos pacientes, tornando mais fácil projetar e testar tais drogas.

No artigo Advanced Healthcare Materials, a equipe do MIT usou esse tipo de modelagem para analisar a insulina que é modificada para que possa interagir com a glicose. A insulina tem moléculas chamadas PBA ligadas a ela, e essas moléculas de PBA podem se ligar à glicose, que então ativa a insulina.

Outras abordagens GRI que os cientistas tentaram envolvem insulina incorporada em hidrogéis que liberam a droga quando encontram glicose, e partículas portadoras de insulina feitas de polímeros que se degradam quando se ligam à glicose. Em todos esses casos, é importante saber com que força a glicose vai interagir com o GRI e com que rapidez a insulina começará a agir.

A equipe do MIT desenvolveu equações que descrevem o comportamento da insulina modificada com PBA com base em parâmetros como a intensidade com que a glicose se liga ao GRI e a rapidez com que a insulina é ativada. Eles combinaram essas equações com os modelos existentes de como a glicose e a insulina se comportam em diferentes compartimentos do corpo, como vasos sanguíneos, músculo, e tecido adiposo.

“Começamos pensando no GRI como um conjunto de equações, "Strano diz." O resultado é o primeiro desenho racional para o GRI. "

Como resultado, os pesquisadores agora podem inserir características específicas da GRI e modelar como a GRI se comportará no corpo humano ao longo de um período de 24 horas, com refeições consumidas em determinados intervalos ao longo do dia. O modelo prevê quanto açúcar no sangue aumentará após as refeições, a força da resposta à insulina desencadeada, e o nível de açúcar no sangue resultante.

Os pesquisadores incorporaram os limites de açúcar no sangue recomendados pela American Diabetes Association em seu modelo, permitindo-lhes determinar quais parâmetros GRI produzem controle de açúcar no sangue dentro das diretrizes sugeridas.

O artigo mostra que é possível otimizar o projeto de insulina modificada quimicamente, diz Frank Doyle, o reitor da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson da Universidade de Harvard.

"Além disso, eles demonstram controle eficaz (simulado) por três refeições em um período de 24 horas, bem como um cenário de refeição perdida. Tomados em conjunto, esses resultados revelam a promessa emocionante de tal estratégia para o tratamento do diabetes, junto com a oportunidade de avaliação clínica humana, "diz Doyle, que não estava envolvido no estudo.

Embora este modelo seja específico para uma categoria de GRI, os pesquisadores planejam aplicar esta abordagem para desenvolver modelos semelhantes para outros tipos de GRIs.

Novos candidatos

Strano diz que espera que outros pesquisadores, particularmente químicos medicinais, usará o novo modelo para orientar o desenvolvimento de novos candidatos GRI. A equipe do MIT também está buscando vários dos melhores candidatos previstos pelo modelo e planeja trabalhar com Michael Weiss, professor de bioquímica da Case Western Reserve University, para testá-los em ratos.

Os pesquisadores acreditam que esta abordagem poderia ser estendida a outros tipos de drogas que responderiam a mudanças nas condições fisiológicas, por exemplo, anticoagulantes que são ativados quando as proteínas de coagulação do sangue aumentam.

"Poderíamos imaginar um futuro em que essa seja a norma para todas as terapêuticas:poderíamos pedir aos nossos medicamentos para modular sua potência com base em nosso imediato, necessidade instantânea em tempo real, "Strano diz." Isso é incrível neste momento, mas o ponto de partida deste conceito é um modelo para seu design. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.