Science带来黑科技！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。Nature一篇文章证明，过多的电子是包括II型糖尿病在内的代谢疾病的危险因素。

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。

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。

一块电路板和它的细胞容器

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看到了这一最新技术的几个优势。“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。

这是否涉及到黑客攻击的潜在风险？，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，他所看到的最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最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。

要克服的最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。

原文检索：Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice

（生物通：伍松）