Исследователи уже давно работают над тем, как лечить ожирение, серьезное заболевание, которое может привести к гипертонии, диабету, хроническому воспалению и сердечно-сосудистым заболеваниям. Исследования также выявили сильную корреляцию ожирения и рака — последние данные показывают, что курение, употребление алкоголя и ожирение вносят наибольший вклад в развитие рака во всем мире.

Развитие жировых клеток, которые образуются из крошечного фибробластоподобного предшественника, не только активирует специфические гены жировых клеток, но и увеличивает их за счет накопления большего количества липидов (адипоцитов и жировой ткани). Фактически, хранение липидов является определяющей функцией жировой клетки. Но накопление слишком большого количества липидов может сделать жировые клетки нездоровыми и привести к ожирению.

Проблемы в нацеливании на жировые клетки

Способность воздействовать на жировые клетки и безопасно отделять нездоровое образование жира от здорового жирового метаболизма стала бы ответом на молитвы многих людей. Основная проблема в лечении ожирения заключается в том, что жировую ткань, которая не является сплошной в организме, а находится по частям в "депо", трудно целенаправленно воздействовать на депо специфическим образом, точно определяя местоположение.

Существует два основных вида жира: висцеральный жир, внутренние ткани, которые окружают желудок, печень и кишечник, и подкожный жир, находящийся под кожей в любой части тела. Висцеральный жир образует выпуклости; подкожный жир может образовывать подбородочные щеки, жир на руках и т.д. На сегодняшний день не существует способа специфического лечения висцеральной жировой ткани. А современные методы лечения подкожного жира, такие как липосакция, являются инвазивными и разрушительными.

Новые исследования используют катионные наноматериалы для борьбы с жиром

Два новых исследования, проведенных исследователями из Columbia Engineering и Медицинского центра Ирвинга Колумбийского университета (CUIMC), могут дать ответ на вопрос о том, как целенаправленно воздействовать на депо жировых клеток - конкретно и полезно для здоровья. В статьях демонстрируется новый метод лечения ожирения с использованием катионных наноматериалов, которые могут воздействовать на определенные участки жира и препятствовать нездоровому накоплению увеличенных жировых клеток. Материалы реконструируют жир, а не разрушают его, как, например, при липосакции. Первая статья, опубликованная сегодня Nature Nanotechnology, посвящена висцеральному ожирению, или жиру на животе. Вторая статья, опубликованная онлайн 28 ноября Biomaterials, посвящена жировым отложениям под кожей, а также хроническому воспалению, связанному с ожирением.

Команда исследователей, возглавляемая Ли Цяном, адъюнкт-профессором патологии и клеточной биологии в CUIMC, и Кам Леонгом, Сэмюэлем Й. Профессор биомедицинской инженерии и системной биологии CUIMC Шэн признал, что жировая ткань содержит большое количество отрицательно заряженного внеклеточного матрикса (ECM) для удержания жировых клеток. Они думали, что эта отрицательно заряженная сеть ECM может обеспечить своего рода систему магистралей для положительно заряженных молекул. Поэтому они взяли положительно заряженный наноматериал PAMAM поколения 3 (P-G3) и ввели его мышам с ожирением. P-G3 быстро распространился по всей ткани, и команда была взволнована тем, что их метод целенаправленного воздействия на висцеральный жир сработал.

Неожиданные результаты

А затем произошло нечто интригующее: P-G3 отключил программу накопления липидов в жировых клетках, и мыши похудели. Это было совершенно неожиданно, учитывая хорошо зарекомендовавшую себя функцию P-G3 в нейтрализации отрицательно заряженных патогенов, таких как остатки клеток ДНК / РНК, для облегчения воспаления.

"Наш подход уникален — он отличается от фармакологических или хирургических подходов", - говорит Цян, который специализируется на ожирении и биологии адипоцитов. "Мы использовали катионный заряд для омоложения здоровых жировых клеток - метод, который никто никогда не использовал для лечения ожирения. Я думаю, что эта новая стратегия откроет путь к более здоровому и безопасному сокращению жировых отложений".

P-G3 способствует образованию новых жировых клеток, а также подавляет нездоровое накопление липидов в увеличенных жировых клетках

В этих двух исследованиях исследователи обнаружили, что катионный материал, P-G3, может оказывать интригующее воздействие на жировые клетки — в то время как он способствует образованию новых жировых клеток, он также отделяет накопление липидов от хозяйственных функций жировых клеток. А поскольку он подавляет нездоровое накопление липидов в увеличенных жировых клетках, у мышей было больше метаболически здоровых, молодых, маленьких жировых клеток, подобных тем, что встречаются у новорожденных и спортсменов. Исследователи обнаружили, что эта разобщающая функция P-G3 также сохраняется при биопсии жировой ткани человека, что указывает на потенциал трансляции у людей.

"С P-G3 жировые клетки все еще могут быть жировыми клетками, но они не могут расти", - сказал Леонг, пионер в использовании поликатиона для уничтожения патогенов. "Наши исследования подчеркивают неожиданную стратегию лечения висцерального ожирения и предлагают новое направление изучения катионных наноматериалов для лечения метаболических заболеваний".

Новые приложения для доставки лекарств, генной терапии и эстетики

Теперь, когда они могут избирательно воздействовать на висцеральный жир, Леонг и Цян предполагают несколько применений. Исследование биоматериалов демонстрирует простой подход, который может быть использован в эстетических целях; подобно ботоксу, P-G3 можно локально вводить в определенное подкожное жировое депо. Исследователи, у которых есть ожидающие патенты, в настоящее время разрабатывают P-G3 для различных производных, чтобы повысить эффективность, безопасность и специфичность депо.

Что особенно волнует исследователей, так это превращение P-G3 в платформу, которая может доставлять лекарства и генную терапию конкретно в данное жировое депо. Это может привести к перепрофилированию многих лекарств из соображений системной безопасности, таких как тиазолидиндионы (TZDs), мощный, но небезопасный препарат, который является сильным модулятором жира и используется для лечения диабета 2 типа, но он был связан с сердечной недостаточностью и запрещен в нескольких странах.

"Мы очень рады обнаружить, что катионный заряд является секретом воздействия на жировую ткань", - сказал Цян. "Теперь мы можем сокращать жир специфичным для депо способом - в любом месте, где захотим, — и безопасным способом, не разрушая жировые клетки. Это серьезный шаг вперед в лечении ожирения".