Para peneliti telah mengembangkan sakelar gen baru yang dapat diaktifkan menggunakan tambalan nitrogliserin yang tersedia secara komersial yang diaplikasikan pada kulit. Suatu hari, para peneliti ingin menggunakan sakelar semacam ini untuk memicu terapi sel untuk berbagai penyakit metabolisme.
Tubuh mengatur metabolisme dengan tepat dan terus menerus, dengan sel -sel khusus di pankreas terus -menerus memantau jumlah gula dalam darah, misalnya. Ketika kadar gula darah ini meningkat setelah makan, tubuh menggerakkan kaskade sinyal untuk menurunkannya.
Pada orang yang menderita diabetes, mekanisme pengaturan ini tidak lagi berfungsi persis seperti yang seharusnya. Karena itu mereka yang terkena memiliki terlalu banyak gula dalam darah mereka dan perlu mengukur kadar gula darah mereka dan menyuntikkan diri dengan insulin untuk mengaturnya. Ini adalah pendekatan yang relatif tidak tepat dibandingkan dengan mekanisme tubuh sendiri.
Melengkapi sel dengan fungsi khusus
Martin Fussenegger adalah Profesor Bioteknologi dan Bioengineering di Departemen Ilmu Biosistem dan Teknik ETH Zurich di Basel. Dengan situasi di atas dalam pikiran, ia dan timnya telah mengerjakan terapi sel selama beberapa waktu. Suatu hari, harapannya adalah bahwa terapi ini akan memungkinkan penyakit metabolisme seperti diabetes diobati secara individual dan tepat – atau bahkan disembuhkan.
Tapi bagaimana cara kerja terapi sel ini? Pertama, para peneliti memodifikasi sel manusia dengan memasukkan jaringan gen yang memberikan kemampuan khusus sel. Sel -sel ini ditanamkan di bawah kulit, misalnya, dan jaringan diaktifkan oleh stimulus eksternal tertentu.
Sakelar yang cocok adalah kuncinya
Untuk itu, para peneliti telah mengembangkan berbagai jenis sakelar selama beberapa tahun terakhir. Beberapa dapat dikontrol secara elektrik, yang lain dengan cahaya, dan satu bahkan menggunakan musik oleh band rock Inggris Queen (lihat).
Para peneliti di Basel sekarang telah mengembangkan varian lain, yang telah mereka sajikan dalam jurnal Nature Biomedical Engineering.
“Bagi saya, solusi ini adalah saklar gen terbaik yang saya dan kelompok saya telah bangun sejauh ini,” kata Fussenegger. Alasannya adalah bahwa sakelar dapat dipicu menggunakan nitrogliserin bahan aktif yang sudah lama ada, dan bahwa sarana aplikasi – menempelkan tambalan pada kulit – sangat sederhana. Patch yang sesuai sudah tersedia untuk dibeli dalam berbagai ukuran di apotek apa pun.
Nitrogliserin dengan cepat berdifusi keluar dari tambalan dan ke dalam kulit, di mana ia menemukan implan yang berisi sel -sel ginjal manusia yang dimodifikasi.
Jaringan diaktifkan oleh nitrat oksida
Sel-sel ini secara khusus mencegat nitrogliserin dan memiliki enzim bawaan yang mengubahnya menjadi nitrat oksida (NO), molekul pensinyalan alami. Dalam tubuh, tidak ada biasanya menyebabkan pembuluh darah melebar, yang menyebabkan peningkatan aliran darah. Ini dipecah dalam beberapa detik dan karenanya hanya mempengaruhi area yang sangat terlokalisasi.
Sel-sel yang ditanamkan dimodifikasi sehingga tidak memicu produksi dan pelepasan kimia messenger GLP-1, yang pada gilirannya meningkatkan pelepasan insulin oleh sel beta pankreas dan dengan demikian mengatur kadar gula darah. GLP-1 juga memicu perasaan kenyang, sehingga mengurangi asupan makanan.
Sakelar baru dibuat secara eksklusif dari konstituen manusia – yaitu, tidak mengandung komponen dari spesies lain. “Itu fitur baru dan inovatif,” kata Fussenegger. Dengan komponen dari spesies lain, selalu ada risiko pemicu palsu, gangguan dengan proses tubuh sendiri, atau reaksi kekebalan tubuh. “Di sini, kita bisa mengesampingkannya.”
Seluruh gudang sakelar
Dalam 20 tahun terakhir, profesor ETH telah mengembangkan berbagai sakelar gen yang berbeda, beberapa di antaranya merespons pemicu fisik seperti arus, gelombang suara atau cahaya. Jenis mana yang memiliki peluang terbaik untuk diimplementasikan suatu hari nanti?
“Pemicu fisik menarik karena kita tidak perlu menggunakan molekul yang mengganggu proses tubuh sendiri,” kata ahli bioteknologi. Dia menjelaskan bahwa sinyal listrik sangat ideal untuk mengendalikan sakelar dan jaringan gen menggunakan elektronik portabel seperti smartphone atau jam tangan pintar – dan AI kemudian dapat dimasukkan juga. “Karena itu saya berpikir terapi sel elektrogenetik memiliki peluang terbaik untuk implementasi. Dalam hal sakelar kimia, saya melihat solusi baru sebagai berada dalam posisi kutub,” kata Fussenegger.
Namun, pengembangan lebih lanjut dari terapi sel ini berdasarkan sakelar gen adalah proses yang kompleks dan panjang. “Mengembangkan terapi sel untuk memasarkan kematangan tidak hanya membutuhkan waktu beberapa dekade tetapi juga membutuhkan banyak staf dan sumber daya yang cukup,” kata peneliti. “Tidak ada jalan pintas.”
Sampai sekarang, karya Fussenegger telah berfokus terutama pada terapi sel untuk diabetes, yang merupakan salah satu penyakit metabolisme paling umum di dunia, yang mempengaruhi satu dari sepuluh orang. “Itulah model penyakit yang bekerja dengan kami. Namun secara fundamental, juga dimungkinkan untuk mengembangkan terapi sel untuk penyakit metabolisme, autoimun atau bahkan neurodegeneratif lainnya – pada prinsipnya, untuk segala sesuatu yang membutuhkan regulasi dinamis.” Menurut Fussenegger, banyak obat seperti palu yang digunakan untuk menyerang masalah secara membabi buta. “Terapi sel, di sisi lain, menyelesaikan masalah dengan cara yang mirip dengan tubuh,” katanya.
Referensi
Mahameed M, Xue S, Danuser B, Charpin-El Hamri G, Xie M, Fussenegger M: Sakelar gen nitrogliserin-responsif untuk produksi protein terapeutik yang sesuai permintaan, rekayasa biomedis alam, 14 Februari 2025, DOI: 10.1038/s41551- 025-01350-7
