糖尿病患者にとって、インスリンは健康を保ち、血糖値を正常に維持するうえで欠かせません。しかし、血糖値が高くなりすぎたり低くなりすぎたりしないよう、必要なインスリン量を正確に判断するのは難しいため、理想的な解決策とは言えません。
MITのエンジニアたちは、新たに開発したタイプのインスリンで糖尿病治療の改善を目指しています。マウスを用いた試験で、改変インスリンは少なくとも10時間血流中を循環し、血糖値の変化に迅速に反応することを研究者らは示しました。これにより、患者が一日を通して血糖値を繰り返し測定し、インスリンを注射する必要がなくなる可能性があります。
「本当の課題は、必要なときに適切な量のインスリンを利用できるようにすることです。インスリンが少なすぎれば血糖値が上がり、多すぎれば危険なほど低くなる可能性があります」と、MIT化学工学科のSamuel A. Goldblith准教授であり、MITのKoch Institute for Integrative Cancer ResearchおよびInstitute for Medical Engineering and ScienceのメンバーでもあるDaniel Andersonは述べます。「現在利用できるインスリンは、患者の血糖値とは無関係に作用します。」
Andersonと、MITのDavid H. Koch Institute教授であるRobert Langerは、今週の『Proceedings of the National Academy of Sciences』に掲載された、開発したインスリンについての論文の上級著者です。筆頭著者はHung-Chieh (Danny) Chou、元博士研究員のMatthew Webber、博士研究員のBenjamin Tangです。その他の著者は、技術助手のAmy LinとLavanya Thapa、David Deng、Jonathan Truong、Abel Cortinasです。
グルコース応答性インスリン
1型糖尿病の患者は、通常は膵臓で産生され、筋肉や脂肪組織に血流中のグルコースを取り込ませて代謝を調節するインスリンが不足しています。糖尿病治療の中核をなすインスリン注射には、さまざまな方法があります。長時間作用型と呼ばれる改変インスリンを使う人もいます。このインスリンは最大24時間血流中にとどまり、必要なときに常に一定量がある状態を保ちます。また、摂取カロリーや血中の糖の量をもとに、注射する量を計算する患者もいます。
MITのチームは、長時間循環するだけでなく、必要なとき、つまり血糖値が高すぎるときにのみ活性化する新しいタイプのインスリンの開発に着手しました。これにより、患者の血糖値が危険なほど低くなるのを防げます。これは低血糖症と呼ばれる状態で、ショックや死に至ることもあります。
このグルコース応答性インスリンを作るため、研究者らはまず、脂肪分子が長く連なってインスリン分子から垂れ下がる、脂肪族ドメインと呼ばれる疎水性分子を付加しました。これによりインスリンは血流中をより長く循環しますが、その正確な仕組みはまだ分かっていません。一つの仮説では、脂肪の尾部が血流中にあるタンパク質のアルブミンと結合し、インスリンを隔離して糖分子への結合を防ぐ可能性があります。
研究者らはさらに、グルコースと可逆的に結合できるPBAと呼ばれる化学基を付加しました。血糖値が高いとき、糖がインスリンに結合してこれを活性化し、インスリンが細胞に過剰な糖を取り込ませるようになります。
研究チームは、開発した分子の4種類の変異体を作製しました。それぞれ異なる化学修飾を施したPBA分子を含み、修飾にはフッ素原子や窒素原子などが用いられました。次に、インスリン欠乏症になるよう遺伝子操作したマウスで、これらの変異体を通常のインスリンおよび長時間作用型インスリンとともに試験しました。
各タイプのインスリンを比較するため、研究者らは10時間にわたり数時間おきにグルコースを投与し、マウスの血糖値の反応を測定しました。その結果、フッ素で修飾したPBAを含む開発インスリンが最も効果的だと分かりました。このタイプのインスリンを投与されたマウスは、血糖値の急上昇に最も速く反応しました。
「改変インスリンは、未改変インスリンや長時間作用型インスリンよりも適切に血糖値をコントロールできました」とAndersonは述べます。
この新しい分子は、グルコース応答性インスリンによって糖尿病をより適切に管理するという、数十年来の目標を科学者が実現する助けとなり得る、概念上の大きな前進だと、Case Western Reserve Universityの生化学・医学教授Michael Weissは述べます。
「AndersonとLangerの技術によって、このアイデアを糖尿病の日常的な治療へと移行できれば、糖尿病治療における驚くべき進歩となるでしょう」と、研究チームには参加していないWeissは述べます。
新たな選択肢
長時間作用型インスリンの代わりに、このタイプのインスリンを1日1回投与すれば、患者にとってより良い選択肢となり、血糖値の変動を抑えられる可能性があるとAndersonは述べます。血糖値の変動が何年、何十年も続くと健康上の問題を引き起こすことがあります。研究者らは今後、ほかの動物モデルでもこのタイプのインスリンを試験する予定であり、血糖値への応答性をさらに高めるため、インスリンの化学組成の調整にも取り組んでいます。
「性能を高め、さらに安全で有効にするために、どうすればこれをさらに調整できるか、引き続き検討しています」とAndersonは述べます。
本研究は、Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust、Tayebati Family Foundation、National Institutes of Health、Juvenile Diabetes Research Foundationの助成を受けました。
この記事は MIT Newsとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムが見解を支持することを意味するものではありません。
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著者：Anne TraftonはMIT Newsの執筆者です。
画像：ロサンゼルスの無料医療クリニックCare Harbor LAで、糖尿病検査を受ける人。REUTERS。