Un nanomatériau peut améliorer l’effet de l’insuline sur le système nerveux

Il pourrait y avoir un moyen à l’avenir d’améliorer le traitement du diabète – avec un meilleur contrôle de la glycémie et de son utilisation par le cerveau, et un risque moindre de problèmes neurologiques – en attachant de l’insuline à un nanomatériau spécialement conçu.

Des chercheurs de l’Ohio State University ont mis au point un composé composé d’insuline liée à une chaîne d’acides aminés qui comprend un groupe antioxydant. Une étude antérieure chez la souris, publiée dans Biomatériauxont suggéré que les propriétés antidiabétiques de ce nanomatériau comprenaient l’amélioration de la consommation et de la disponibilité du glucose comme carburant pour le cerveau.

Dans une nouvelle étude, l’équipe a comparé les effets thérapeutiques du composé expérimental aux effets de l’insuline seule et du nanomatériau seul dans des modèles murins de diabète de type 1. Les mesures du contrôle de la glycémie et de l’activité des gènes liés à l’insuline dans le cerveau des souris traitées avec la thérapie combinée se sont rapprochées de celles des animaux sains, et ces mêmes souris ont mieux réussi les tests de réflexion et de mémoire.

Des recherches antérieures ont établi un lien entre le diabète de type 1 et de type 2 et des problèmes de fonction cognitive et un risque plus élevé de démence, mais “les complications neurologiques du diabète sont les moins traitées”, a déclaré Ouliana Ziouzenkova, professeure agrégée de sciences humaines à l’Ohio State et auteure principale de l’étude.

“Nous avons constaté chez la souris que notre molécule et l’insuline combinées étaient meilleures que chaque traitement seul pour inverser les problèmes liés au diabète et produisaient une performance cognitive considérablement améliorée par rapport à tous les autres groupes.”

La recherche est publiée dans la revue Pharmacie.

La molécule que les scientifiques ont utilisée pour se lier à la structure chimique de l’insuline, appelée AAC2, a été développée dans le laboratoire du co-auteur principal de l’étude, Jon Parquette, professeur de chimie et de biochimie à l’Ohio State.

Parquette et ses collaborateurs ont créé une série de molécules à partir de petites chaînes d’acides aminés et, pour fabriquer AAC2, l’ajout d’un fragment structurel de la coumarine antioxydante. Les chaînes sont conçues pour s’empiler comme des briques et se coller les unes aux autres de manière à leur permettre de s’auto-assembler en nanofibres qui portent une charge électrique positive. Les forces électriques maintiennent ensemble l’insuline et l’AAC2 pour former un complexe supramoléculaire.

« C’est important parce que beaucoup de choses qui se passent à l’échelle biologique semblent être à l’échelle du nanomètre. Les protéines, les surfaces cellulaires, les virus sont tous des objets à l’échelle nanométrique », a-t-il déclaré. “Donc, si vous pouvez faire des choses qui fonctionnent à cette échelle, vous avez une meilleure capacité à intervenir dans les processus biologiques.”

Le corps des personnes atteintes de diabète de type 1 ne fabrique pas une quantité suffisante d’insuline, et chez les personnes atteintes de diabète de type 2, le corps ne peut pas utiliser correctement l’insuline pour transférer le sucre du sang vers les cellules musculaires et adipeuses, et de nombreuses autres cellules dans le corps, qui utilisent le glucose comme source d’énergie. Le cerveau, un organe majeur nécessitant l’utilisation de glucose comme carburant, s’appuie sur des transporteurs spécifiques pour livrer le glucose – des transporteurs dont la fonction peut être endommagée par des irrégularités des niveaux de glucose telles que celles qui se produisent dans le diabète.

Dans cette étude, des expériences ont été menées sur des souris qui ont été chimiquement et génétiquement modifiées pour avoir des carences en insuline qui provoquent des niveaux élevés de sucre dans le sang, la marque du diabète de type 1 ou de type 2. Les chercheurs ont injecté aux animaux tous les trois jours soit de l’insuline humaine seule (utilisée pour distinguer le traitement de l’insuline produite par les souris), soit la molécule AAC2 seule, soit la molécule AAC2 liée à l’insuline humaine en tant que thérapie combinée.

L’équipe a découvert que seule la thérapie combinée produisait des niveaux de glucose stables chez les souris sur une longue période de temps et influençait positivement l’expression des gènes et le transport des neurotransmetteurs dans leur cerveau. Les souris traitées avec la thérapie combinée ont également obtenu de meilleurs résultats aux tests cognitivo-comportementaux que les animaux traités uniquement avec de l’insuline ou la nanofibre AAC2.

Les résultats suggèrent que ces avantages sont liés à la façon dont les interactions de l’insuline avec le nanomatériau influencent deux aspects de l’utilisation du glucose dans le corps : la dégradation du glucose pour le métabolisme énergétique et l’utilisation du glucose pour le stockage et les besoins structurels. Ensemble, ces impacts positifs de la thérapie peuvent rétablir un équilibre énergétique sain, a déclaré Ziouzenkova.

“Notre concept a fourni un effet métabolique équilibré impliquant une voie tout à fait unique induite par ce complexe supramoléculaire”, a-t-elle déclaré.

Les recherches se poursuivront sur les mécanismes exacts affectant le cerveau, les effets secondaires à long terme et la manière dont le composé se dégrade dans le corps. Ziouzenkova a déclaré que les découvertes prometteuses sur le diabète suggèrent que cette plate-forme de nanofibres à base d’acides aminés pourrait être utile pour améliorer les traitements d’autres troubles neurologiques et métaboliques. Kristy Townsend, professeure agrégée de neurochirurgie, s’est jointe à l’équipe de recherche pour explorer ces directions.

Référence: Lee A, Mason ML, Lin T, et al. Les nanofibres d’acides aminés améliorent la glycémie et confèrent une efficacité thérapeutique cognitive à l’insuline liée. Pharmacie. 2022;14(1):81. doi : 10.3390/pharmaceutics14010081

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