Matematiksel Model ile Diyabete Çözüm...

ÇEVİRİ: Nurullah KAYA, 16 Mart 2020, İstanbul

Matematiksel model, diyabet için daha iyi bir tedaviye öncülük edebilir.

Yeni bir model, insanlarda ve hayvanlarda hangi tür glikoza duyarlı insülinin işe yarayacağını tahmin edebilir.

MIT araştırmacıları tarafından geliştirilen yeni bir glikoza duyarlı insülin modeli, diyabet için daha iyi tedaviye öncülük edebilir ve düzenli manuel glikoz seviyesi testi ihtiyacını ortadan kaldırabilir.

Şeker hastalığını tedavi etmek için umut vaat eden yeni bir strateji, hastalara kan dolaşımında dolaşan ve artan kan şekeri seviyeleriyle aktive edilene kadar uykuda kalan bir insülin vermek.

Bu glikoza duyarlı insülinlerin (GRI) insanlar için kullanıma elverişliliğini görebilmek için klinik araştırma aşamasına giren tek aday da insanlarda etkinlik gösteremediğinden onaylanmamıştır.

MIT'de Kimya Mühendisliği Karbon P. Dubbs Profesörü Michael Strano: “İnsanlarda başarısız olacak ancak hayvanlarda başarı gösterecek olan GRI'ler var ve modellerimiz bunu tahmin edebilir” diyor. “Teorik olarak, diyabet araştırmacılarının tipik olarak kullandığı hayvan sistemi için, sonuçların insanlara nasıl tercüme edileceğini hemen tahmin edebiliriz.”

Strano, bugün Diyabet dergisinde yayınlanan çalışmanın kıdemli yazarıdır. MIT yüksek lisans öğrencisi Jing Fan Yang makalenin baş yazarıdır. Diğer MIT yazarları, doktora sonrası Xun Gong ve yüksek lisans öğrencisi Naveed Bakh’tır. Indiana Üniversitesi Tıp Fakültesi'nde biyokimya ve moleküler biyoloji profesörü Michael Weiss ve Case Western Reserve Üniversitesi'nden Faramarz Ismail-Beigi, Kelley Carr, Nelson Phillips de makalenin yazarları arasında.

Optimal Tasarım

Diyabetli hastalar genellikle gün boyunca kan şekerini ölçmek ve kan şekeri çok yükseldiğinde insülin enjekte etmek zorundadırlar. Potansiyel bir alternatif olarak, birçok diyabet araştırmacısı, günde sadece bir kez enjekte edilebilen ve kan şekeri seviyeleri yükseldiğinde harekete geçecek olan glikoza duyarlı insülin geliştirmek için çalışıyor.

Bilim adamları bu ilaçları tasarlamak için çeşitli stratejiler kullandılar. Örneğin, insülin, glikoz mevcut olduğunda çözünen ve ilacı salan bir polimer parçacığı tarafından taşınabilir. Veya insülin, glikoza bağlanabilen ve insülin aktivasyonunu tetikleyebilen moleküller ile modifiye edilebilir. Bu yazıda, MIT ekibi, pBA adı verilen ve glikoza bağlanabilen ve insülini aktive edebilen moleküller ile kaplı bir GRI'ya odaklandı.

Yeni çalışma, Strano’nun laboratuvarının ilk kez 2017 yılında geliştirdiği bir matematiksel model üzerine inşa edilmiştir. Model, aslında kan damarları, kas ve yağ dokusu gibi insan vücudunun farklı bölmelerinde glikoz ve insülinin nasıl davrandığını açıklayan bir denklemler dizisidir. Bu model, glikoza ne kadar sıkı bağlandığı ve insülinin ne kadar hızlı aktive olduğu gibi kimyasal özelliklere dayanarak, belirli bir GRI'nın vücudun farklı bölgelerindeki kan şekerini nasıl etkileyeceğini tahmin edebilir.

Strano, “Herhangi bir glikoza duyarlı insülin için matematiksel denklemlere dönüştürebilir ve bunu modelimize ekleyebilir ve insanlarda nasıl performans göstereceği konusunda çok net tahminler yapabiliriz” diyor.

Bu model GRI'lerin geliştirilmesinde yararlı bir rehberlik sunmasına rağmen, araştırmacılar, hayvanlardaki testlerden elde edilen veriler üzerinde de çalışabilirse çok daha yararlı olacağını fark ettiler. Modeli, endokrin ve metabolik yanıtları insanlardan çok farklı olan kemirgenlerin GRI'lere nasıl tepki vereceğini tahmin edebilecek şekilde uyarlamaya karar verdiler.

“Kemirgenlerde çok fazla deneysel çalışma yapıldı, ancak kemirgenlerin kullanımında çok fazla kusur olduğu biliniyor. Bazıları şimdi oldukça akıllıca bu duruma '[klinik] çeviride kaybolmuş' olarak atıfta bulunuyor ”diyor Yang.

“Bu makale, insan endokrin sistemi modelimizi aldık ve onu bir hayvan modeline bağladığımız için öncülük ediyor” diye ekliyor Strano.

Bunu başarmak için araştırmacılar, insanlar ve kemirgenler arasındaki glikoz ve insülini nasıl işledikleri konusunda en önemli farklılıkları belirlediler ve bu da modeli kemirgenlerden verileri yorumlayacak şekilde uyarlamalarını sağladı.

Araştırmacılar, modelin bu iki varyantını kullanarak, PBA ile modifiye edilmiş GRI'nin insanlar ve kemirgenlerde iyi çalışması için gereken GRI özelliklerini tahmin edebildiler. Olası GRI'lerin yaklaşık yüzde 13'ünün hem kemirgenlerde hem de insanlarda iyi çalışacağını, yüzde 14'ünün insanlarda çalışacağını, ama kemirgenlerde çalışmayacağını, yüzde 12'sinin kemirgenlerde çalışacağını, insanlarda işe yaramayacağını buldular.

Gong, “Modelimizi potansiyel aday yelpazesindeki her noktayı test etmek için kullandık” diyor. “Optimal bir tasarım var ve bu optimal tasarımın insanlar ve kemirgenler arasında örtüştüğü yeri bulduk.”

Arıza analiz ediliyor

Bu model, diğer GRI tiplerinin davranışlarını tahmin etmek için de uyarlanabilir. Bunu göstermek için, araştırmacılar Merck'in 2014'ten 2016'ya kadar test ettiği ve sonuçta hastalarda başarılı olmayan glikoza duyarlı bir insülinin kimyasal özelliklerini temsil eden denklemler yarattılar. Şimdi, modellerinin ilacın başarısızlığını tahmin edip etmeyeceğini test etmeyi planlıyorlar.

“Bu deneme pek çok umut verici hayvan verisine dayanıyordu, ancak insanlara ulaştığında başarısız oldu. Soru, bu hatanın önlenip önlenemeyeceğidir ”diyor Strano. “Bunu zaten matematiksel bir temsile dönüştürdük ve şimdi aracımız neden başarısız olduğunu anlamaya çalışabilir.”

Strano’nun laboratuvarı, modelin sonuçlarına göre yeni GRI'ları tasarlamak ve test etmek için Weiss ile işbirliği yapıyor. İlaç geliştirme aşamasında bu tür bir modelleme yapmak, önerilen bir GRI'nın birçok olası varyantını test etmek için gereken hayvan deneylerinin sayısını azaltmaya yardımcı olabilir.

Araştırmacıların onu kullanmak isteyen herkese sunduğu bu tür bir model, bir hastanın vücudundaki koşullara yanıt vermek için tasarlanmış diğer ilaçlara da uygulanabilir.

Strano, “Bir gün, vücuda girecek ve potansiyel olarak gerçek zamanlı hasta cevabına dayanarak güçlerini modüle edecek yeni tür ilaçlar düşünebilirsiniz” diyor. “GRI'leri işe alırsak, bu, bir ilacın verildiği ve kolesterol veya fibrinojen seviyeleri gibi bazı terapötik son noktalara yanıt olarak gücünün sürekli olarak modüle edildiği farmasötik endüstrisi için bir model olabilir.”

Araştırma JDRF tarafından finanse edildi.

Anne Trafton | MIT Haber Merkezi, Mart 9, 2020

Kaynak: http://news.mit.edu/2020/math-model-glucose-insulin-diabetes-0609