Uno studio, pubblicato su Cell Metabolism, è il primo confronto su larga scala del modo in cui diverse persone producono insulina in risposta a ciascuno dei tre macronutrienti: carboidrati (glucosio), proteine (amminoacidi) e grassi (acidi grassi).
La produzione di insulina
Quando si tratta di gestire i livelli di zucchero nel sangue, la maggior parte delle persone pensa a contare i carboidrati. Ma una nuova ricerca della University of British Columbia mostra che, per alcuni, potrebbe essere altrettanto importante considerare le proteine e i grassi nella loro dieta.
I risultati rivelano che la produzione dell’ormone insulina, che regola la glicemia, è molto più dinamica e personalizzata di quanto si pensasse in precedenza, evidenziando per la prima volta un sottoinsieme della popolazione che è ipersensibile agli alimenti grassi.
“Il glucosio è il noto motore dell’insulina, ma siamo rimasti sorpresi nel vedere una variabilità così elevata, con alcuni individui che mostravano una forte risposta alle proteine e altri ai grassi, cosa che non era mai stata caratterizzata prima”, ha affermato l’autore principale, il dott. James Johnson, professore di scienze cellulari e fisiologiche presso l’UBC.
“L’insulina svolge un ruolo importante nella salute umana , in tutto, dal diabete, dove è troppo bassa, all’obesità, all’aumento di peso e persino ad alcune forme di cancro, dove è troppo alta. Queste scoperte gettano le basi per una nutrizione personalizzata che potrebbe trasformare il modo in cui trattiamo e gestiamo una serie di condizioni.”
Per lo studio, i ricercatori hanno condotto test su isolotti pancreatici di 140 donatori deceduti, uomini e donne, di un’ampia fascia di età. Gli isolotti sono stati esposti a ciascuno dei tre macronutrienti, mentre i ricercatori hanno misurato la risposta insulinica insieme ad altre 8.000 proteine.
Sebbene la maggior parte delle cellule insulari dei donatori presentasse la risposta insulinica più forte ai carboidrati, circa il 9% rispondeva in modo più forte alle proteine, mentre un altro 8% delle cellule donatrici rispondeva più ai grassi che a qualsiasi altro nutriente, persino al glucosio.
“Questa ricerca sfida la convinzione consolidata che i grassi abbiano effetti trascurabili sul rilascio di insulina in tutti”, afferma la prima autrice, la dott. ssa Jelena Kolic, ricercatrice associata nel laboratorio Johnson presso l’UBC. “Con una migliore comprensione dei fattori individuali che determinano la produzione di insulina in una persona, potremmo potenzialmente fornire una guida dietetica personalizzata che aiuterebbe le persone a gestire meglio i livelli di zucchero nel sangue e di insulina”.
Il team di ricerca ha anche esaminato un sottoinsieme di cellule insulari di donatori affetti da diabete di tipo 2. Come previsto, queste cellule donatrici avevano una bassa risposta insulinica al glucosio. Tuttavia, i ricercatori sono rimasti sorpresi nel vedere che la loro risposta insulinica alle proteine è rimasta in gran parte intatta.
“Ciò rafforza realmente la tesi secondo cui le diete ricche di proteine potrebbero avere benefici terapeutici per i pazienti con diabete di tipo 2 e sottolinea la necessità di ulteriori ricerche sulla secrezione di insulina stimolata dalle proteine”, ha affermato il dott. Kolic.
Il team ha condotto un’analisi completa dell’espressione proteica e genica sulle cellule delle isole pancreatiche , fornendo informazioni sulle caratteristiche molecolari e cellulari che modellano la produzione di insulina. In futuro, affermano i ricercatori, potrebbe essere possibile utilizzare test genetici per determinare quali macronutrienti hanno maggiori probabilità di innescare la risposta insulinica di una persona.
Come passo successivo, i ricercatori sperano di espandere il loro lavoro in studi clinici che testeranno la risposta dell’insulina al trio di macronutrienti in un contesto reale e di iniziare a sviluppare approcci nutrizionali personalizzati basati sui risultati.
Rigenerare l’insulina nelle cellule staminali pancreatiche
I ricercatori si stanno concentrando sulla sfida più grande: rigenerare l’insulina nelle cellule staminali pancreatiche e sostituire la necessità di iniezioni regolari dell’ormone.
I ricercatori del Baker Heart and Diabetes Institute hanno dimostrato in un articolo pubblicato su Signal Transduction and Targeted Therapy che le cellule di insulina di nuova generazione possono rispondere al glucosio e produrre insulina in seguito alla stimolazione con due farmaci approvati dalla Food and Drug Administration statunitense in appena 48 ore.
Inoltre, hanno confermato che questo percorso di risveglio delle cellule produttrici di insulina è praticabile nelle fasce di età comprese tra 7 e 61 anni, fornendo informazioni molto utili sui meccanismi alla base della rigenerazione delle cellule beta.
Utilizzando cellule pancreatiche derivate da donatori bambini e adulti affetti da diabete di tipo 1 e da una persona non diabetica, un team guidato dal professor Sam El-Osta ha dimostrato come le cellule produttrici di insulina, distrutte nelle persone con diabete di tipo 1 , possono essere rigenerate trasformandosi in cellule che rilevano il glucosio e secernono funzionalmente insulina.
In questo ultimo studio del team di Human Epigenetics, si dimostra che gli inibitori di piccole molecole attualmente utilizzati per tumori rari e approvati dalla FDA statunitense possono ripristinare rapidamente la produzione di insulina nelle cellule pancreatiche distrutte dal diabete.
Sebbene le attuali opzioni farmaceutiche per il trattamento del diabete aiutino a controllare i livelli di glucosio nel sangue, non prevengono, arrestano o invertono la distruzione delle cellule che secernono insulina.
Questo nuovo approccio terapeutico ha il potenziale per diventare il primo trattamento in grado di modificare la malattia nel diabete di tipo 1, facilitando la produzione di insulina responsiva al glucosio sfruttando le cellule pancreatiche rimanenti del paziente, consentendo così alle persone affette da diabete di raggiungere potenzialmente l’indipendenza dalle iniezioni di insulina 24 ore su 24.
Questo trattamento modificante la malattia rappresenta anche una soluzione promettente per il numero significativo di australiani affetti da diabete insulino-dipendente, che rappresentano il 30% dei soggetti affetti da diabete di tipo 2.
Lo sviluppo di nuove terapie farmacologiche volte a ripristinare la funzionalità del pancreas affronta la dura realtà della carenza di organi dei donatori.
“Consideriamo questo approccio rigenerativo un importante progresso verso lo sviluppo clinico “, ha affermato il professor El-Osta. “Finora, il processo rigenerativo è stato incidentale e, in mancanza di conferma, ancora più importante, i meccanismi epigenetici che governano tale rigenerazione negli esseri umani rimangono poco compresi”, ha affermato.
Questa ricerca dimostra che 48 ore di stimolazione con inibitori di piccole molecole sono sufficienti per ripristinare la produzione di insulina dalle cellule pancreatiche danneggiate.
Il JDRF Senior Research Fellow, il dott. Keith Al-Hasani ha affermato che il passo successivo è stato quello di studiare il nuovo approccio rigenerativo in un modello preclinico. L’obiettivo è sviluppare questi inibitori come farmaci per ripristinare la produzione di insulina nelle persone affette da diabete.
Man mano che il lavoro procede, aumenta anche la necessità di tradurre rapidamente. Oltre 530 milioni di adulti vivono con il diabete, e si prevede che tale numero salirà a 643 milioni entro il 2030.
la riattivazione delle cellule beta-like nel pancreas per produrre insulina
Uno studio proof-of-concept dimostra che le cellule duttali derivate dal pancreas umano possono essere influenzate dalla stimolazione farmacologica per rigenerare cellule beta-like che rilasciano funzionalmente insulina, offrendo nuove speranze alle persone affette da diabete.
Lo studio preclinico , condotto da Safiya Naina Marikar del Baker Heart and Diabetes Institute e pubblicato sulla rivista Clinical Epigenetics , dimostra come i farmaci possano influenzare le cellule progenitrici del pancreas, inducendole a riattivarsi trasformandosi in cellule di insulina produttrici di tipo beta, inibendo l’enzima EZH2.
Con il diabete di tipo 1, il danno e la distruzione delle cellule beta significano che il pancreas produce poca o nessuna insulina. Ciò provoca un accumulo di glucosio nel flusso sanguigno invece di entrare nelle cellule. Questo accumulo di glucosio nel sangue è chiamato iperglicemia, con il corpo incapace di utilizzare il glucosio per produrre energia.
I ricercatori hanno dedicato molto tempo ed energie alla ricerca di alternative come la terapia di sostituzione cellulare e il trapianto di pancreas, un’opzione potenziale limitata a causa della cruda realtà della carenza di organi donati. Questo approccio esamina la capacità rigenerativa delle cellule pancreatiche stimolando le cellule staminali duttali con inibitori di piccole molecole come strategia alternativa per ripristinare la produzione di insulina per le persone affette da diabete.
I farmaci utilizzati nello studio includono un farmaco di sintesi utilizzato principalmente come terapia contro il cancro (con sovraespressione di EZH2 riscontrata nei tumori) e un farmaco di origine naturale che è stato testato come trattamento per condizioni infiammatorie.
La dottoranda presso la Monash University, Safiya Naina Marikar, che lavora presso il Baker Institute nel programma di epigenetica umana del professor Sam El-Osta, afferma che questo studio suggerisce che le cellule riprogrammate sono in grado di produrre insulina e di svolgere funzionalità critiche come la secrezione di insulina in risposta alla stimolazione del glucosio .
Il professor El-Osta afferma che questo entusiasmante lavoro di epigenetica condotto da scienziati all’inizio della loro carriera potrebbe avere importanti implicazioni nel migliorare la vita delle persone affette da diabete negli anni a venire.
Sebbene siano necessari ulteriori studi per analizzare il meccanismo e l’identità dei bersagli cellulari per migliorare i metodi di riduzione del peso del diabete insulino -dipendente, queste scoperte aprono una nuova entusiasmante strada alla rigenerazione delle cellule beta come possibile fonte alternativa al trapianto di isole pancreatiche per le persone affette da diabete e colmano questa lacuna terapeutica.
Stimolando i nervi collegati al pancreas è possibile rigenerare le cellule che producono insulina
L’insulina è un ormone che riduce i livelli di glucosio nel sangue. Le uniche cellule che la producono sono le cellule beta pancreatiche (cellule β), e una diminuzione di queste cellule è una delle principali cause del diabete. Sebbene le terapie volte ad aumentare le cellule β pancreatiche siano attese con ansia, una strategia che possa aumentare le cellule β, finora, non è stata sviluppata.
In un promettente progresso, un gruppo di ricerca della Facoltà di Medicina dell’Università di Tohoku ha rivelato che la stimolazione dei nervi vagali autonomi collegati al pancreas può migliorare la funzionalità e anche aumentare il numero di cellule β pancreatiche nei topi.
“Utilizzando l’optogenetica, abbiamo sviluppato per primi un mezzo per stimolare individualmente il nervo vago che porta al pancreas nei topi”, afferma Imai. “Questo nuovo metodo ha portato a un notevole aumento della quantità di insulina nel sangue quando è stato somministrato zucchero, indicando una migliore funzionalità delle cellule β”.
Un’ulteriore stimolazione di questo nervo per due settimane ha più che raddoppiato il numero originale di cellule β. La stimolazione dei nervi vagali pancreatici ha attivato le cellule β in termini sia di qualità che di quantità.
Quando Imai e i suoi colleghi hanno applicato questo metodo a un modello murino di diabete insulino-deficiente, la rigenerazione delle cellule β pancreatiche ha migliorato il diabete in questi topi. Ciò rappresenta il primo trattamento di successo del diabete nei topi mediante stimolazione dei nervi vagali collegati al pancreas.
“Ci auguriamo che i nostri risultati portino allo sviluppo di nuove strategie e metodi preventivi per il diabete”, aggiunge Imai. “Ci aspettiamo anche che faccia progredire la nostra comprensione dei meccanismi che regolano la funzione e il numero delle cellule β pancreatiche, nonché le cause del diabete”.