Diyabet, vücudun çok az insülin ürettiği veya hiç insülin üretmediği bir durumdur. Bu nedenle şeker hastaları bu hormonun enjeksiyon veya pompa yoluyla dışarıdan sağlanmasına bağımlıdır.
İsviçre‘nin Basel kentindeki ETH Zürih‘teki biyosistem bilimi ve mühendislik bölümünden Martin Fussenegger liderliğindeki araştırmacılar, diyabetli kişilerin hayatlarını kolaylaştırmak istiyor ve insülini doğrudan vücutta üretip uygulamak için çözümler arıyor.
Bilim adamlarının peşinde olduğu çözümlerden biri, insülin üreten tasarımcı hücrelerin vücuda implante edilebilecek kapsüller içine alınmasıdır. Hücrelerin kana ne zaman ve ne kadar insülin saldığını dışarıdan kontrol edebilmek için araştırmacılar son yıllarda ışık, sıcaklık ve elektrik alanları gibi farklı tetikleyicileri araştırıp uyguladılar.
Fussenegger ve meslektaşları şimdi başka, yeni bir uyarı yöntemi geliştirdiler: Müziği kullanarak hücreleri dakikalar içinde insülin salgılayacak şekilde tetikliyorlar. Bu, özellikle İngiliz rock grubu Queen‘in küresel hiti “We Will Rock You” ile işe yarıyor.
İnsülin üreten hücrelerin ses dalgalarına duyarlı olmasını sağlamak için araştırmacılar E. coli bakterisinden bir protein kullandılar. Bu tür proteinler mekanik uyaranlara yanıt verir ve hayvanlarda ve bakterilerde yaygındır. Protein, bakterinin zarında bulunur ve kalsiyum iyonlarının hücrenin içine akışını düzenler. Araştırmacılar bu bakteriyel iyon kanalının planını insandaki insülin üreten hücrelere dahil etti. Bu, hücrelerin iyon kanalını kendilerinin oluşturmasına ve onu zarlarına yerleştirmesine olanak tanır.
Bilim adamlarının gösterdiği gibi, bu hücrelerdeki kanal sese tepki olarak açılarak pozitif yüklü kalsiyum iyonlarının hücrenin içine akmasına izin veriyor. Bu, hücre zarında yükün tersine dönmesine yol açar, bu da hücre içindeki küçük insülin dolu keseciklerin hücre zarıyla kaynaşmasına ve insülinin dışarıya salınmasına neden olur.
Hücre kültürlerinde araştırmacılar ilk olarak hangi frekansların ve hacim seviyelerinin iyon kanallarını en güçlü şekilde aktive ettiğini belirlediler. İyon kanallarını tetiklemede en etkili olanların 60 desibel (dB) civarındaki ses seviyeleri ve 50 hertzlik bas frekansları olduğunu buldular. Maksimum insülin salınımını tetiklemek için ses veya müziğin en az üç saniye devam etmesi ve en fazla beş saniye duraklaması gerekiyordu. Aralıklar çok uzaksa, önemli ölçüde daha az insülin salınıyordu.
Son olarak araştırmacılar, hangi müzik türünün 85 dB ses seviyesinde en güçlü insülin tepkisine neden olduğunu araştırdı. Queen‘in “We Will Rock You” şarkısı gibi gürleyen baslara sahip rock müzik zirveye çıktı ve ardından The Avengers aksiyon filminin müzikleri geldi . Klasik müzik ve gitar müziğine verilen insülin tepkisi kıyaslandığında oldukça zayıftı.
“We Will Rock You” insülin tepkisinin kabaca %70’ini 5 dakika içinde ve tamamını 15 dakika içinde tetikledi. Fussenegger, bunun sağlıklı bireylerin doğal glikoz kaynaklı insülin tepkisiyle karşılaştırılabilir olduğunu söylüyor.
Sistemi bir bütün olarak test etmek için araştırmacılar, insülin üreten hücreleri farelere yerleştirdiler ve hayvanları, karınları doğrudan hoparlöre gelecek şekilde yerleştirdiler. Araştırmacıların insülin tepkisini gözlemleyebilmesinin tek yolu buydu. Ancak hayvanlar bir “fare diskosunda” serbestçe hareket edebilselerdi, müzik insülin salınımını tetikleyemezdi.
Fussenegger şöyle açıklıyor: “Tasarımcı hücrelerimiz, yalnızca doğru sese sahip ses kaynağı doğrudan implantın üzerindeki cilt üzerinde çalındığında insülin salgılar.” Hormonun salınımı, uçak gürültüsü, çim biçme makineleri, itfaiye sirenleri veya konuşmalar gibi ortam gürültüleriyle tetiklenmedi.
Fussenegger, hücre kültürleri ve fareler üzerinde yapılan testlerden anladığı kadarıyla, insanlara implante edilen hücrelerin sürekli olarak ve en ufak bir gürültüde bile insülin salgılama riskinin çok az olduğunu düşünüyor.
Bir başka güvenlik tamponu da insülin depolarının tükendikten sonra tamamen yenilenmesi için dört saate ihtiyaç duymasıdır. Yani hücreler saatlik aralıklarla sese maruz kalsalar bile her seferinde tam miktarda insülin salgılayamazlar ve hayati tehlike oluşturan hipoglisemiye neden olmazlar.
Fussenegger, “Ancak bu, günde üç öğün yemek yiyen bir diyabet hastasının tipik ihtiyaçlarını karşılayabilir ” diyor. Kişi dört saatten fazla yemek yemese bile insülinin keseciklerde uzun süre kaldığını açıklıyor. “Hiçbir tükenme veya kasıtsız boşalma söz konusu değil.”
Ancak klinik uygulama henüz çok uzakta. Araştırmacılar yalnızca genetik ağların ses dalgaları gibi mekanik uyaranlarla kontrol edilebileceğini gösteren bir kavram kanıtı sundular. Bu prensibin pratiğe uygulanıp uygulanmayacağı, bir ilaç şirketinin bunu yapmak isteyip istemediğine bağlıdır. Sonuçta geniş çapta uygulanabilir: Sistem yalnızca insülinle değil, tedavi amaçlı kullanıma uygun her türlü proteinle de çalışır.
