MOF plus inzulin – potencijal za novo liječenje dijabetesa

MOF je čarobna riječ, ali ne u smislu pseudoznanstvenog misticizma nego u smislu izreke Arthura Clarkea da se „dovoljno razvijena tehnologija ne može razlikovati od magije“. Ta čarobna riječ, MOF, čini se, otvara sva vrata ljudskih želja za bogatstvom, a ponajviše za zdravljem, jer zdravlje je preduvjet svega, pa tako i bogatstva.

No, da se spustimo iz poetsko-filozofskih visina u svakodnevnicu, reći ćemo da se iza kratice MOF krije stručni termin „metal-organic framework“, što bi se, uzimajući u obzir mnogoznačnost engleske riječi framework, moglo prevesti kao „metalno-organska okosnica“. Što bi to bilo? Možda bi najjednostavnije bilo reći da je MOF molekulska suprastruktura sastavljena od anorganskih (metalnih) i organskih dijelova – dijelova sastavljenih od organskih molekula, molekula ugljikovih spojeva.

Druga važna, ovaj put ne čarobna nego ključna riječ je diabetes mellitus iliti šećerna bolest. Znamo da je dijabetes autoimuno razaranje beta-stanica gušterače, pa je inzulin supstitucijska terapija, ne kauzalni lijek. Kauzalni lijek bi bio zaustavljanje autoimunosti i obnova beta-stanica.

Sinteza inzulina za današnju farmaceutsku industriju nije problem, no problem je njegova administracija, način unošenja u tijelo. Tu se pojavljuju problemi.

Prvi je da se inzulin ne smije davati odjednom, u velikoj dozi, jer onda hiperglikemiju (višak šećera u krvi) zamjenjuje hipoglikemija (manjak šećera u krvi).

Drugi je problem možda lakši, ali je za pacijenta neugodniji. Inzulin je naime protein, a svaki se protein kad dođe u želudac, a potom u dvanaesnik razgrađuje do aminokiselina. To znači, jasno je, da se inzulin u izvornom stanju ne može uzimati u obliku tableta jer nikad ne bi stigao do krvi.

Oba su problema, upravo zahvaljujući MOF-u, riješili znanstvenici iz Kine i Sjedinjenih Država te su rezultate svojih istraživanja objavili u znanstvenom radu „Efficient oral insulin delivery with sustained release by foliate-conjugated metal-organic framework nanoparticles“ što je izišao u časopisu Matter. Izrazi „oral insulin delivery“ i „sustained release“ ukazuju da su uspjeli u svojem naumu. Jesu li?

Njihov se lijek zove INS@FA-Zr-MOF, a dobiva se tako da se postepeno sastavlja od četiri dijela: čestica (klastera) atoma cirkonija (Zr₆), liganda (TATB) koji te čestice povezuje, te folne kiseline (FA) koja služi za vezanje molekula inzulina (INS). Prvo se čestice Zr₆ povežu molekulama liganda u oktaedarske nanočestice metalno-organske okosnice Zr-MOF, potom se doda folna kiselina, a na kraju inzulin (INS).

Zašto je baš taj MOF, označen kao PCN-777 izabran? Odgovor je jednostavan: on je naime dovoljno velik (3,8 nm) i dovoljno šupalj (2,8 cm³ šupljina po gramu) da se u njega mogu smjestiti povelike molekule inzulina. Sastav? Polovicu mase nanočestice (50 %) čini inzulin, 41 % PCN-777, a 9 % folna kiselina.

Vezivanje folne kiseline (vitamina B₉) omogućuje da probavni trakt i stanična membrana prihvati nanočesticu kao nešto organsko. Ona se naime može vezati za PCFT (proton-coupled folate transporter) na membrani crijevnih stanica i pod krinkom folne kiseline ući u nju.

Druga je funkcija u tome da se djelovanjem fosfata folna kiselina odvaja od nanočestice, a kad se odvoji, iz nje mogu slobodno izlaziti molekule inzulina. Riječ je dakle o kavezu za inzulin koji ga štiti od enzima u želucu i dvanaesniku te mu omogućuje da uđe u stanicu, pa tek da u krvi oslobodi svoj ljekoviti teret. U krvi je naime koncentracija fosfata, PO₄^3-, naročito visoka, a fosfati se natječu za mjesta vezivanja folne kiselina na klasterima Zr₆. Ioni PO₄^3- postepeno zamjenjuju molekule folne kiseline, a njihovom zamjenom dolazi do isto takvog, postepenog otpuštanja inzulina. A to je upravo ono što se htjelo postići.

Pokusi na dijabetičnim kunićima su pokazali da jedna doza novog lijeka, uzetog na usta, smanjuje razinu šećera (glukoze) u krvi za pedeset posto već nakon šest sati te je drži nepromijenjenom 36 sati nakon uzimanja. Štoviše, na šećer u krvi gotovo ne utječe uzimanje hrane – što je još jedna blagodat za dijabetičare. I što još reći? Toksikološka su istraživanja pokazala da nova terapija nema nuspojava, pa se možemo nadati da će se na tržištu pojaviti još jedan, no ovaj put vrlo djelotvoran lijek protiv tvrdokorne bolesti koju su s pravom ili nepravom nazvali „šećernom“.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951., je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, od 2017. u mirovini. Autor je oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske i bioanogranske kemije te povijesti i filozofije znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir te za mrežne stranice Panopticum i, naravno, Bug online. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, među kojima su „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i „Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti“.