Naukowcy od dawna pracują nad tym, jak leczyć otyłość, poważny stan, który może prowadzić do nadciśnienia, cukrzycy, przewlekłych stanów zapalnych i chorób układu krążenia. Badania wykazały również silną korelację między otyłością a rakiem – ostatnie dane pokazują, że palenie, picie alkoholu i otyłość są największymi czynnikami przyczyniającymi się do raka na całym świecie.
Rozwój komórek tłuszczowych, które są wytwarzane z maleńkich progenitorów podobnych do fibroblastów, nie tylko aktywuje specyficzne geny komórek tłuszczowych, ale także powoduje ich wzrost poprzez magazynowanie większej ilości lipidów (adipocytów i tkanki tłuszczowej). W rzeczywistości magazynowanie lipidów jest definiującą funkcją komórki tłuszczowej. Ale przechowywanie zbyt dużej ilości lipidów może powodować niezdrowe komórki tłuszczowe i prowadzić do otyłości.
Wyzwania w celowaniu w komórki tłuszczowe
Możliwość celowania w komórki tłuszczowe i bezpiecznego oddzielania tworzenia się niezdrowego tłuszczu od zdrowego metabolizmu tłuszczu byłaby odpowiedzią na modlitwy wielu ludzi. Głównym wyzwaniem w leczeniu otyłości jest to, że tkanka tłuszczowa, która nie jest ciągła w organizmie, ale znajduje się kawałek po kawałku w „magazynach”, była trudna do namierzenia w sposób specyficzny dla magazynu, z dokładną lokalizacją.
Istnieją dwa główne rodzaje tłuszczu: tłuszcz trzewny, tkanki wewnętrzne otaczające żołądek, wątrobę i jelita oraz tłuszcz podskórny, znajdujący się pod skórą w dowolnym miejscu ciała. Tłuszcz trzewny wytwarza brzuchy; tłuszcz podskórny może tworzyć podbródki, tłuszcz na ramionach itp. Do tej pory nie było sposobu na specyficzne leczenie trzewnej tkanki tłuszczowej. A obecne metody leczenia podskórnej tkanki tłuszczowej, takie jak liposukcja, są inwazyjne i destrukcyjne.
Nowe badania wykorzystują kationowe nanomateriały do zwalczania tłuszczu
Dwa nowe badania przeprowadzone przez naukowców z Columbia Engineering i Columbia University Irving Medical Center (CUIMC) mogą dać odpowiedź na celowanie w komórki tłuszczowe w sposób specyficzny i zdrowy. Artykuły pokazują nową metodę leczenia otyłości za pomocą kationowych nanomateriałów, które mogą celować w określone obszary tłuszczu i hamować niezdrowe przechowywanie powiększonych komórek tłuszczowych. Materiały remodelują tkankę tłuszczową zamiast ją niszczyć, jak na przykład liposukcja. Pierwszy artykuł, opublikowany dzisiaj przez Nature Nanotechnology, koncentruje się na otyłości trzewnej lub tłuszczu brzusznym. Drugi artykuł, opublikowany online 28 listopada przez Biomaterials, koncentruje się na tłuszczu pod skórą, jak również na przewlekłym zapaleniu związanym z otyłością.
Zespół naukowców kierowany przez Li Qianga, profesora nadzwyczajnego patologii i biologii komórki w CUIMC oraz Kama Leonga, Samuela Y. Shenga, profesora inżynierii biomedycznej i biologii systemowej w CUIMC, stwierdził, że tkanka tłuszczowa zawiera duże ilości ujemnie naładowanej macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM) do przechowywania komórek tłuszczowych. Uważali, że ta ujemnie naładowana sieć ECM może stanowić swego rodzaju system autostrad dla dodatnio naładowanych cząsteczek. Wzięli więc dodatnio naładowany nanomateriał, PAMAM generacji 3 (P-G3) i wstrzyknęli go otyłym myszom. P-G3 szybko rozprzestrzenił się w tkance, a zespół był podekscytowany, że ich metoda ukierunkowana na tkankę tłuszczową trzewną zadziałała.
Nieoczekiwane wyniki
A potem stało się coś intrygującego: P-G3 wyłączył program magazynowania lipidów w komórkach tłuszczowych i myszy straciły na wadze. Było to całkowicie nieoczekiwane, biorąc pod uwagę dobrze ugruntowaną funkcję P-G3 w neutralizowaniu ujemnie naładowanych patogenów, takich jak szczątki komórek DNA/RNA, w celu złagodzenia stanu zapalnego.
“Nasze podejście jest wyjątkowe – odbiega od podejścia farmakologicznego lub chirurgicznego” – mówi Qiang, który specjalizuje się w biologii otyłości i adipocytów. „Użyliśmy ładunku kationowego do odmłodzenia zdrowych komórek tłuszczowych, techniki, której nikt nigdy nie stosował w leczeniu otyłości. Myślę, że ta nowatorska strategia otworzy drzwi do zdrowszej i bezpieczniejszej redukcji tkanki tłuszczowej”.
P-G3 pomaga w tworzeniu nowych komórek tłuszczowych, a także hamuje niezdrowe magazynowanie lipidów w powiększonych komórkach tłuszczowych
W tych dwóch badaniach naukowcy odkryli, że materiał kationowy, P-G3, może robić intrygujące rzeczy z komórkami tłuszczowymi – pomagał w tworzeniu nowych komórek tłuszczowych, ale także oddzielał magazynowanie lipidów od funkcji porządkowych komórek tłuszczowych. A ponieważ hamuje niezdrowe magazynowanie lipidów w powiększonych komórkach tłuszczowych, myszy miały więcej metabolicznie zdrowych, młodych, małych komórek tłuszczowych, takich jak te występujące u noworodków i sportowców. Naukowcy odkryli, że ta funkcja rozprzęgania P-G3 sprawdza się również w biopsjach ludzkiego tłuszczu, co wskazuje na potencjał translacji u ludzi.
„Dzięki P-G3 komórki tłuszczowe nadal mogą być komórkami tłuszczowymi, ale nie mogą rosnąć” – powiedział Leong, pionier w stosowaniu polikationów do usuwania patogenów. „Nasze badania podkreślają nieoczekiwaną strategię leczenia otyłości trzewnej i sugerują nowy kierunek badań nanomateriałów kationowych w leczeniu chorób metabolicznych”.
Nowe zastosowania w dostarczaniu leków, terapii genowej i estetyce
Teraz, gdy mogą selektywnie celować w tłuszcz trzewny, Leong i Qiang wyobrażają sobie kilka zastosowań. Badanie Biomaterials pokazuje proste podejście, które można wykorzystać do celów estetycznych; podobnie jak Botox, P-G3 można wstrzykiwać miejscowo do określonego podskórnego magazynu tłuszczu. Badacze, którzy oczekują na patenty, obecnie przekształcają P-G3 w różne pochodne, aby poprawić skuteczność, bezpieczeństwo i specyficzność depot.
Naukowcy są szczególnie podekscytowani rozwojem P-G3 w platformę, która może dostarczać leki i terapie genowe konkretnie do określonego magazynu tłuszczu. Może to zmienić przeznaczenie wielu leków ze względów bezpieczeństwa ogólnoustrojowego, takich jak tiazolidynodiony (TZD), silny, ale niebezpieczny lek, który jest silnym modulatorem tłuszczu i jest stosowany w leczeniu cukrzycy typu 2 – ale został powiązany z niewydolnością serca i zakazany w kilku kraje.
„Jesteśmy bardzo podekscytowani odkryciem, że ładunek kationowy jest sekretem celowania w tkankę tłuszczową” – powiedział Qiang. „Teraz możemy zmniejszać tkankę tłuszczową w sposób specyficzny dla depot – gdziekolwiek chcemy – i w bezpieczny sposób bez niszczenia komórek tłuszczowych. To duży postęp w leczeniu otyłości”.