這便是被喻為「第三次生物科技革命」的合成生物學，上海科學家的系列研究充分展現了這一前沿科技領域的遠大前程。在醫藥健康領域，它不僅會給糖尿病患者帶來福音，還將成為未來醫療實現個性化、數位化和精準化的新風向標。
獲得光控定製細胞
「美國半導體研究聯盟首次提出『半導體合成生物學』概念，在其戰略發展報告中引用的唯一中國人的相關研究成果，就是我們的這項工作。」80後的葉海峰已經是研究員、博導，依託華東師範大學生命學院及上海市調控生物學重點實驗室，組建了合成生物學與生物醫學工程課題組。
隨著哺乳動物合成生物學的飛速發展，誘導型基因環路被廣泛應用於基因功能的研究、代謝性疾病、神經性疾病以及腫瘤的治療。雖然研究者們已經開發出了藍光調控的CRISPR-dCas9內源基因轉錄系統能操縱內源基因組基因的表達，但由於藍光具有較強的細胞毒性和組織穿透性弱等缺點，極大的限制了其在基因功能的研究和轉化醫學的應用。葉海峰的最新研究成果克服了這一缺點，將CRISPR-dCas9和光遺傳學這兩大技術相結合，開發出了遠紅光調控的CRISPR-dCas9內源基因轉錄激活裝置（FACE）。通過光受體元件庫挖掘、理性設計、基因線路重排和組裝，成功構建了一種遠紅光調控轉基因表達控制系統，最終獲得了遠紅光調控基因表達的光控基因線路。該基因線路被上載到哺乳動物細胞中，便能獲得光控定製細胞。這種定製細胞在遠紅光的照射下，可被激活並表達任何目的報告基因或藥物蛋白，例如，綠色螢光蛋白或胰島素等。
葉海峰領銜的科研團隊，通過向細胞植入人工設計合成的基因線路，得到了他們需要的定製化細胞：可以在遠紅光的刺激下激活表達人胰高血糖素樣肽-1（治療2型糖尿病蛋白藥物）或胰島素。接著，研究人員將這種定製化細胞與遠紅光LED燈的水凝膠聚合體植入糖尿病小鼠背部的皮膚下。一旦配套的血糖儀監測到小鼠的血糖濃度突破閾值，系統就會通過藍牙或無線網絡點亮小鼠體內的LED燈，激活定製化細胞產生胰島素。小鼠每天接受2到4小時的光照，體內的胰島素在15天內都基本維持在正常水平。此外，在接受光照1-2小時後，糖尿病小鼠的血糖就能降到正常水平。
開發電子藥物平臺
「我們利用合成生物學、光遺傳學、電子軟體工程等多學科交叉技術，巧妙地開發了一種集糖尿病診斷和治療為一體的半自動化診療新系統，在國際上首次實現通過智慧型手機APP超遠程調控胰島素表達。」葉海峰介紹，這種能夠被智慧型手機遙控的定製化光敏細胞，除了糖尿病，光遺傳學工具在帕金森病和精神分裂症的治療上也有用武之地，並有望首次使因視網膜色素病變而視力衰退的人群重獲光明。
合成生物學是繼DNA雙螺旋發現所催生的分子生物學、「人類基因組計劃」實施所催生的基因組學後的第三次生物技術革命，將引發新一輪的世界科技革命。2014年在瑞士蘇黎世聯邦理工學院獲得博士學位後歸來的葉海峰說，在理論上，由合成生物學帶來的「細胞藥廠」有可能產生任何藥物，但在實際應用中，還有很多問題需要攻克。比如，遠程操控體內用藥如何達到全自動化、數位化精準？「細胞藥廠」可否長期有效？
作為華東師大新成立的醫學合成生物研究中心挑大梁的專家，葉海峰的眼光放得很遠。「上海理應在合成生物學領域佔有重要的一席之地。」他正在探索的是結合半導體合成生物學優勢，利用具有超遠程精確調控信息輸入優勢的電子信息和軟體工程，將其與合成生物學、光遺傳學巧妙結合，實現遠程全自動化智能閉環診療糖尿病。
「我們將致力於開發一種全自動化、數字精準調控釋放胰島素的糖尿病閉合環路智能診療系統。主要研究方向是基於光遺傳學基礎，開發一種全自動化、數位化精準糖尿病閉合環路智能診療電子藥物平臺。解決糖尿病患者每天注射或餐前服藥問題，極大降低糖尿病治療成本，改善患者的生活質量。我們還將推出定製細胞電子藥丸膠囊新概念，用於未來疾病的個性化精準診療……」他說。
首席記者 王蔚