Insulina Sensible A La Glucosa

Estudio que informa las propiedades de NNC2215, una insulina sensible a la glucosa que busca responder de forma inteligente a los niveles de glucosa en sangre

Lugones Editorial©

Un objetivo de larga data ha sido diseñar una insulina sensible a la glucosa que pueda autoajustar su bioactividad de manera reversible de acuerdo con los niveles de glucosa ambiental para finalmente lograr un mejor control glucémico y a su vez reducir el riesgo de hipoglucemia.

En este sentido, el riesgo de inducir hipoglucemia constituye el principal desafío asociado con la terapia con insulina para la diabetes. Las dosis de insulina deben ajustarse para garantizar que los valores de glucosa en sangre estén dentro del rango normal, pero hacer coincidir las dosis de insulina con los niveles fluctuantes de glucosa es difícil porque incluso una dosis de insulina ligeramente más alta de lo necesario puede conducir a una incidencia hipoglucémica, que puede ser desde incómoda hasta potencialmente mortal.

Se ha buscado diseñar una insulina que se active cuando los niveles de glucosa estén elevados, y permanezca inactiva en situaciones hipoglucemia

NNC2215

En su artículo, los autores describen el diseño y las propiedades de NNC2215, un conjugado de insulina con bioactividad que responde de forma reversible a un rango de glucosa relevante para la diabetes, como se demuestra in vitro e in vivo.

NNC2215 fue diseñado mediante la conjugación de un macrociclo de unión a la glucosa y un glucósido a la insulina, introduciendo así un interruptor que puede abrir y cerrarse en respuesta a la glucosa y, por lo tanto, equilibrar la insulina entre conformaciones activas y menos activas.

La afinidad del receptor de insulina para NNC2215 aumentó 3,2 veces cuando la concentración de glucosa aumentó de 3 a 20 mM. En estudios en animales, se demostró que la bioactividad sensible a la glucosa de NNC2215 conduce a la protección contra la hipoglucemia al tiempo que cubre parcialmente las excursiones de glucosa.

NNC2215 es un conjugado de insulina con bioactividad que responde de forma reversible a un rango de glucosa relevante para la diabetes

Contexto

El uso de insulina para controlar la diabetes conlleva el riesgo de introducir hipoglucemia, es decir, valores de glucosa en sangre por debajo de 3,9 mM. Para facilitar un mejor control glucémico sin riesgo de hipoglucemia, la idea de diseñar una insulina que pueda modificar su bioactividad en respuesta a los diferentes niveles de glucosa en sangre se ha perseguido desde la década de 1970.

A pesar de muchas publicaciones y patentes, hasta la fecha, ningún mecanismo ha demostrado resolver el problema en la medida en que se pueda aplicar para tratar la diabetes. El concepto de introducir un interruptor sensible a la glucosa en la molécula de insulina se ha seguido durante muchos años.

A continuación, los autores describen el diseño molecular de NNC2215, una insulina con un interruptor de glucosa incorporando el macrociclo en B29Lys e introduciendo un O1-glucósido a través de un enlazador corto en B1Phe.

NNC2215 es una molécula de insulina con un interruptor sensible a la glucosa. Al aumentar las concentraciones de glucosa, el interruptor se equilibra hacia un estado abierto y la afinidad del receptor de insulina de NNC2215 es alta, contribuyendo así a prevenir la hiperglucemia. Cuando los niveles de glucosa disminuyen, el interruptor se equilibra hacia un estado cerrado, interfiriendo con la capacidad de NNC2215 para unirse al receptor de insulina, contribuyendo así a prevenir la hipoglucemia. Los modelos de dorsal de insulina, macrociclo, glucósido y glucosa se prepararon utilizando BIOVIA Discovery Studio (Dassault Systèmes).

Modelos 3D de NNC2215 en formas abiertas y cerradas. La columna vertebral de la insulina se muestra como cintas y los elementos de interruptor (glucósido y macrociclo) como representaciones de palo. Las cadenas receptoras de insulina A y C de PDB 6PXV se muestran como representaciones de superficies blancas y grises. La forma abierta de NNC2215 (amarilla) tiene glucosa libre (naranja; esquina superior izquierda) unida al macrociclo en B29. El B1-glucósido de NNC2215 en forma abierta se muestra en naranja (a la derecha). La forma cerrada de NNC2215 (cian) tiene el glucósido unido en el macrociclo y muestra un choque entre la parte C-terminal de la cadena B de la insulina, incluido el interruptor y el dominio C-terminal del receptor de insulina (α-CT, púrpura).

Química

En su extenso trabajo, los autores describen que el macrociclo se conjugó a la insulina humana desB30 en el grupo amino B29Lys Nε a través de la formación de triazol entre un derivado de macrociclo que lleva un enlazador de azidopropilo del techo de macrociclo y un enlazador de alquino unido a B29Lys (por conjugación a pH > 10 para obtener el producto B29).

La conjugación a través del techo del macrociclo elude la necesidad de abordar ortogonalmente uno de los tres ácidos carboxílicos, como se necesitaría para la conjugación a cualquiera de los grupos COOH en los pilares del macrociclo. Se descubrió que los dendrímeros que se utilizaron para asegurar una buena solubilidad acuosa del macrociclo originalmente reportado eran innecesarios cuando se trabaja con conjugados insulina-macrociclo.

A. NNC2215 con conjugación dual del macrociclo en B29 y el glucósido en B1. El compuesto de control NNC2215a solo tiene el macrociclo B29. Preparado utilizando BIOVIA Draw (Dassault Systèmes).

B. medición ITC de la afinidad de la glucosa con el macrociclo libre. Se obtuvo un Kd de 98 μM ajustando los datos a un modelo de unión 1:1.

C. Análisis de la unión de la glucosa hacia NNC2215 (Kd = 2,1 mM) y NNC2215a (Kd = 0,5 mM) usando MS nativo (los espectros de masa nativos en bruto se muestran en los datos suplementarios). Los valores R2 de la regresión no lineal son 0,9989 para NNC2215 y 0,9994 para NNC2215a. Los datos son medios ± s.d. n = 3 réplicas técnicas. Las barras de error s.d. son más cortas que el tamaño de los símbolos. Los valores individuales se muestran como cuadrados/círculos negros

Procedimiento

A lo largo del trabajo los autores describen:

La construcción de modelos estructurales de la unión del receptor de insulina a NNC2215 con el interruptor en el estado abierto o cerrado superponiendo modelos de NNC2215 en el complejo del receptor insulina-insulina Protein Data Bank (PDB) 6PXV para ejemplificar su funcionamiento.
Para estudiar la interacción sensible a la glucosa de NNC2215 con el receptor de insulina in vitro, se realizaron estudios de unión al receptor de insulina en ausencia o presencia de diferentes concentraciones de glucosa, mediante los cuales la unión del receptor de insulina humana A (hIR-A) a NNC2215 se comparó con la de la insulina humana y la insulina degludec (una insulina basal acilada y de acción prolongada).
Para investigar la activación y desactivación sensible a la concentración de glucosa de NNC2215 in vivo, desarrollaron tres protocolos diferentes que detallan claramente.
Detalladamente describen los resultados obtenidos del estudio de la L-glucosa en ratas y el estudio hipoglucémico en cerdos LYD.
Plantean modelos farmacocinéticos/farmacodinámicos.
Analizan la tolerancia a la glucosa en ratas STZ-diabéticas.

Desencadenamiento de NNC2215 mediante la dosificación de ratas i.v. con 0 a 2 g kg-1 L-glucosa, lo que resulta en la reducción de la D-glucosa.

Conclusiones

Los conjugados de insulina con propiedades como NNC2215 son prometedores para mejorar el tratamiento de la diabetes al reducir potencialmente el riesgo de hipoglucemia y cubrir en parte la necesidad de insulina de acción rápida a la hora de comer.

La combinación de estas dos características debería permitir una titulación de insulina más agresiva en comparación con las terapias de insulina actuales para lograr niveles normales de glucosa sin aumentar el riesgo de hipoglucemia. Esto podría mejorar tanto los riesgos y complicaciones a corto como a largo plazo asociados con la diabetes.

NNC2215 ilustra cómo se pueden diseñar los interruptores moleculares para permitir el control autónomo de la bioactividad molecular en respuesta a las concentraciones cambiantes de otra molécula, incluso dentro de un rango estrecho como es el caso de los niveles de glucosa en sangre.

De este modo, el desarrollo de insulinas sensibles a la glucosa emerge como una forma de responder de forma inteligente a los niveles de glucosa en sangre. Este enfoque apunta a diseñar una insulina que se active solo cuando los niveles de glucosa estén elevados, y permanezca inactiva en situaciones de normoglucemia o hipoglucemia, disminuyendo así el riesgo de eventos adversos.

El desarrollo de insulinas sensibles a la glucosa emerge como una forma de responder de forma inteligente a los niveles de glucosa en sangre

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