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Science电刺激也能调节基因表达了!

今天的《Nature》和《Science》新闻不约而同地跟“电”都有点关系。

这篇Science文章则证明,在糖尿病患者体内植入一个富含胰岛素生产细胞的电子装备,一旦病人吃了什么东西导致血糖升高,病人就能用智能手机上的应用程序app触发电信号,不久之后,细胞就会释放调节病人血糖水平所需的胰岛素。如果在吃饭前输入膳食种类,也可预先配置应用程序自动执行此操作。是不是有点像科幻小说?让我们来看看这款很快就能变为现实的黑科技吧。

一块电路板和它的细胞容器巴塞尔生物系统科学与工程系的ETH生物技术与生物工程教授Martin Fussenegger领导的一个研究小组在《Science》杂志的一篇新论文中介绍了他们的这种植入物的原型。他们的研究首次探讨了如何利用电信号直接激活和调节基因表达。研究人员用I型糖尿病小鼠测试,证实了它的工作原理。

巴塞尔基地的科学家在开发对身体特定生理状态(例如血脂水平过高或血糖水平过低)做出反应的基因网络和植入物方面有着丰富的经验。尽管这些网络对生化刺激有反应,但它们也可以由其他外部影响(如光)控制。“我们想用电直接控制基因表达已经有很长一段时间了,现在我们终于成功了,”Fussenegger说。

研究人员设计的植入物由几个部分组成。一方面,它有一个打印的电路板(PCB)容纳接收器和控制电子设备;另一方面是一个收纳人体细胞的胶囊。将PCB连接到细胞容器的是一条小电缆。

来自身体外部的无线电信号激活植入物中的电子元件,然后将电信号直接传输到细胞。电信号刺激钙和钾通道的特殊组合;反过来,这会触发细胞内控制胰岛素基因的信号级联。随后,细胞机器将胰岛素装入电信号导致与细胞膜融合的囊泡中,在几分钟内释放胰岛素。
值得期待的身体互联网

Fussenegger看到了这一新技术的几个优势。“我们的植入物甚至可能与网络世界相连,”他解释说。

“医生或患者可以使用一个应用程序直接干预并触发胰岛素产生,只要植入物传输了必要的生理数据,他们也可以通过互联网远程进行干预。这种设备将使人们能够完全融入数字世界,成为物联网的一部分,甚至成为人体互联网的一部分,”Fussenegger说。

这是否涉及到客攻击的潜在风险?,对此他显得很冷静:“现在的人们已经佩戴了理论上容易受到网络攻击的起搏器,但这些设备有足够的保护。这也是我们植入物中必须包含的东西。”

从目前的情况来看,他所看到的大挑战是遗传方面的问题。为了确保不会对细胞和基因造成损害,他和他的团队需要对可以使用的大电流进行进一步的研究。研究人员还必须优化电子设备和细胞之间的连接。

要克服的后一个障碍是找到一种新的、更容易和更方便的方法来替换植入物中使用的细胞,这种方法必须大约每三周更新一次植入物。在他们的实验中,Fussenegger和他的研究团队在他们的原型上附加了两个替换细胞的填料颈;他们希望找到一个更实际的解决方案。

在他们的系统应用于人类之前,它还必须通过一系列的临床测试。

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