Science：利用电流控制胰岛素释放，从而实时控制糖尿病小鼠的血糖水平
来源：本站原创 2020-06-04 17:00
2020年6月4日讯/生物谷BIOON/---在糖尿病患者的体内植入一种含有胰岛素产生细胞（即产生胰岛素的细胞）和电子控制单元的装置。一旦患者吃了东西，血糖就会升高，他们就可以使用智能手机上的应用程序触发电信号，或者他们可以预先配置应用程序，如果提前吃了食物，那么这种应用成就就会自动触发电信号。过了一会儿，这些细胞就会释放出必要数量的胰岛素来调节患者的血糖水
2020年6月4日讯/生物谷BIOON/---在糖尿病患者的体内植入一种含有胰岛素产生细胞（即产生胰岛素的细胞）和电子控制单元的装置。一旦患者吃了东西，血糖就会升高，他们就可以使用智能手机上的应用程序触发电信号，或者他们可以预先配置应用程序，如果提前吃了食物，那么这种应用成就会自动触发电信号。过了一会儿，这些细胞就会释放出必要数量的胰岛素来调节患者的血糖水平。
这可能听起来像是科幻小说，但很快就可能成为现实。如今，在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院、巴塞尔大学、中国华东师范大学和西湖大学等研究机构的研究人员介绍了他们开发的这种植入物的原型。他们的研究是首次研究如何利用电信号直接激活和调节基因表达的。当在小鼠身上测试他们的方法时，他们证实它非常有效。相关研究结果发表在2020年5月29日的Science期刊上，论文标题为“Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice”。论文通信作者为苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系生物技术和生物工程教授Martin Fussenegger博士。
这些研究人员在开发对血脂水平过高或血糖水平过低等特定的身体生理状态作出反应的基因网络和植入物方面有着丰富的经验。虽然此类基因网络会对生化刺激做出反应，但是它们也可以通过替代性的、外来的因素（比如光线）来加以控制。Fussenegger说，“我们想用电直接控制基因表达已经有很长时间了；如今我们终于成功了。”
电路板和细胞容器是关键
这些研究人员设计出的植入物由几个部分组成。它的一侧有一块印刷电路板（PCB），可容纳接收器和电子控制单元；另一侧是一个装有人细胞的胶囊。将PCB与这种细胞容器连接在一起的是一根细小的电缆。
来自体外的无线电信号会激活这种植入物中的电子控制单元，然后将电信号直接传输给这种植入物中的人细胞。这些电信号刺激钙和钾通道的特殊组合；反过来，这又会触发细胞内控制胰岛素基因的信号级联反应。随后，所产生的胰岛素被装入到囊泡中，这些电信号导致这些囊泡与细胞膜融合，从而在几分钟内将胰岛素释放到细胞外。
身体互联网（Internet of the Body）即将到来
Fussenegger看到了这一最新进展的几个优势。他解释道，“我们开发出的植入物可能能够连接到网络世界。”医生或患者可能使用一款应用程序直接干预并触发胰岛素分泌，一旦植入物传输了必要的生理数据，他们也可能通过互联网进行远程操作。Fussenegger说，“这类设备将使得人们完全融入数字世界，成为物联网甚至是身体互联网的一部分。”
当谈及黑客攻击的潜在风险时，他采取了一个冷静的观点：“人们已经佩戴理论上很容易受到网络攻击的起搏器，但这些设备有足够的保护措施。这也是我们必须在植入物中加入的东西。”
就目前的情况来看，他认为最大的挑战是在基因方面。为了确保不对细胞和基因造成损害，他和他的研究团队还需要进一步研究可以使用的最大电流。他们还必须优化电子控制元件和这些细胞之间的连接。
最后一个需要克服的障碍是找到一种新的、更容易、更方便的方法来更换植入物中所使用的细胞，而这一工作大约每隔三周就必须进行一次。为了进行实验，Fussenegger和他的研究团队将两个加注颈口（filler neck）连接到他们的原型上，以便更换细胞；他们希望找到一个更实用的解决方案。
不过，在他们的系统可以在人类身上使用之前，还必须开展一系列的临床测试。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Krzysztof Krawczyk et al. Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice. Science, 2020, doi:10.1126/science.aau7187.
2.Matthew I. Brier et al. Remote activation of cellular signaling. Science, 2020, doi:10.1126/science.abb9122.
3.Using electrical stimulus to regulate genes
https://medicalxpress.com/news/2020-05-electrical-stimulus-genes.html
这可能听起来像是科幻小说，但很快就可能成为现实。如今，在一项新的研究中，来自瑞士苏黎世联邦理工学院、巴塞尔大学、中国华东师范大学和西湖大学等研究机构的研究人员介绍了他们开发的这种植入物的原型。他们的研究是首次研究如何利用电信号直接激活和调节基因表达的。当在小鼠身上测试他们的方法时，他们证实它非常有效。相关研究结果发表在2020年5月29日的Science期刊上，论文标题为“Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice”。论文通信作者为苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系生物技术和生物工程教授Martin Fussenegger博士。
图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.aau7187。
这些研究人员在开发对血脂水平过高或血糖水平过低等特定的身体生理状态作出反应的基因网络和植入物方面有着丰富的经验。虽然此类基因网络会对生化刺激做出反应，但是它们也可以通过替代性的、外来的因素（比如光线）来加以控制。Fussenegger说，“我们想用电直接控制基因表达已经有很长时间了；如今我们终于成功了。”
电路板和细胞容器是关键
这些研究人员设计出的植入物由几个部分组成。它的一侧有一块印刷电路板（PCB），可容纳接收器和电子控制单元；另一侧是一个装有人细胞的胶囊。将PCB与这种细胞容器连接在一起的是一根细小的电缆。
来自体外的无线电信号会激活这种植入物中的电子控制单元，然后将电信号直接传输给这种植入物中的人细胞。这些电信号刺激钙和钾通道的特殊组合；反过来，这又会触发细胞内控制胰岛素基因的信号级联反应。随后，所产生的胰岛素被装入到囊泡中，这些电信号导致这些囊泡与细胞膜融合，从而在几分钟内将胰岛素释放到细胞外。
身体互联网（Internet of the Body）即将到来
Fussenegger看到了这一最新进展的几个优势。他解释道，“我们开发出的植入物可能能够连接到网络世界。”医生或患者可能使用一款应用程序直接干预并触发胰岛素分泌，一旦植入物传输了必要的生理数据，他们也可能通过互联网进行远程操作。Fussenegger说，“这类设备将使得人们完全融入数字世界，成为物联网甚至是身体互联网的一部分。”
当谈及黑客攻击的潜在风险时，他采取了一个冷静的观点：“人们已经佩戴理论上很容易受到网络攻击的起搏器，但这些设备有足够的保护措施。这也是我们必须在植入物中加入的东西。”
就目前的情况来看，他认为最大的挑战是在基因方面。为了确保不对细胞和基因造成损害，他和他的研究团队还需要进一步研究可以使用的最大电流。他们还必须优化电子控制元件和这些细胞之间的连接。
最后一个需要克服的障碍是找到一种新的、更容易、更方便的方法来更换植入物中所使用的细胞，而这一工作大约每隔三周就必须进行一次。为了进行实验，Fussenegger和他的研究团队将两个加注颈口（filler neck）连接到他们的原型上，以便更换细胞；他们希望找到一个更实用的解决方案。
不过，在他们的系统可以在人类身上使用之前，还必须开展一系列的临床测试。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Krzysztof Krawczyk et al. Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice. Science, 2020, doi:10.1126/science.aau7187.
2.Matthew I. Brier et al. Remote activation of cellular signaling. Science, 2020, doi:10.1126/science.abb9122.
3.Using electrical stimulus to regulate genes
https://medicalxpress.com/news/2020-05-electrical-stimulus-genes.html
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