2020年6月4日訊/
生物谷BIOON/---在
糖尿病患者的體內植入一種含有胰島素產生細胞（即產生胰島素的細胞）和電子控制單元的裝置。一旦患者吃了東西，血糖就會升高，他們就可以使用智慧型手機上的應用程式觸發電信號，或者他們可以預先配置應用程式，如果提前吃了食物，那麼這種應用成就會自動觸發電信號。過了一會兒，這些細胞就會釋放出必要數量的胰島素來調節患者的血糖水平。
這可能聽起來像是科幻小說，但很快就可能成為現實。如今，在一項新的研究中，來自瑞士蘇黎世聯邦理工學院、巴塞爾大學、中國華東師範大學和西湖大學等研究機構的研究人員介紹了他們開發的這種植入物的原型。他們的研究是首次研究如何利用電信號直接激活和調節基因表達的。當在小鼠身上測試他們的方法時，他們證實它非常有效。相關研究結果發表在2020年5月29日的Science期刊上，論文標題為「Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice」。論文通信作者為蘇黎世聯邦理工學院生物系統科學與工程系生物技術和生物工程教授Martin Fussenegger博士。
圖片來自Science, 2020, doi:10.1126/science.aau7187。
這些研究人員在開發對血脂水平過高或血糖水平過低等特定的身體生理狀態作出反應的基因網絡和植入物方面有著豐富的經驗。雖然此類基因網絡會對生化刺激做出反應，但是它們也可以通過替代性的、外來的因素（比如光線）來加以控制。Fussenegger說，「我們想用電直接控制基因表達已經有很長時間了；如今我們終於成功了。」
電路板和細胞容器是關鍵這些研究人員設計出的植入物由幾個部分組成。它的一側有一塊印刷電路板（PCB），可容納接收器和電子控制單元；另一側是一個裝有人細胞的膠囊。將PCB與這種細胞容器連接在一起的是一根細小的電纜。
來自體外的無線電信號會激活這種植入物中的電子控制單元，然後將電信號直接傳輸給這種植入物中的人細胞。這些電信號刺激鈣和鉀通道的特殊組合；反過來，這又會觸發細胞內控制胰島素基因的信號級聯反應。隨後，所產生的胰島素被裝入到囊泡中，這些電信號導致這些囊泡與細胞膜融合，從而在幾分鐘內將胰島素釋放到細胞外。
身體網際網路（Internet of the Body）即將到來Fussenegger看到了這一最新進展的幾個優勢。他解釋道，「我們開發出的植入物可能能夠連接到網絡世界。」醫生或患者可能使用一款應用程式直接幹預並觸發胰島素分泌，一旦植入物傳輸了必要的生理數據，他們也可能通過網際網路進行遠程操作。Fussenegger說，「這類設備將使得人們完全融入數字世界，成為物聯網甚至是身體網際網路的一部分。」
當談及黑客攻擊的潛在風險時，他採取了一個冷靜的觀點：「人們已經佩戴理論上很容易受到網絡攻擊的起搏器，但這些設備有足夠的保護措施。這也是我們必須在植入物中加入的東西。」
就目前的情況來看，他認為最大的挑戰是在基因方面。為了確保不對細胞和基因造成損害，他和他的研究團隊還需要進一步研究可以使用的最大電流。他們還必須優化電子控制元件和這些細胞之間的連接。
最後一個需要克服的障礙是找到一種新的、更容易、更方便的方法來更換植入物中所使用的細胞，而這一工作大約每隔三周就必須進行一次。為了進行實驗，Fussenegger和他的研究團隊將兩個加注頸口（filler neck）連接到他們的原型上，以便更換細胞；他們希望找到一個更實用的解決方案。
不過，在他們的系統可以在人類身上使用之前，還必須開展一系列的臨床測試。（生物谷 Bioon.com）
參考資料：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.