新研究利用電流控制基因，讓細胞被電擊，產生胰島素

經過基因工程改造的人類細胞在受到微電流刺激時會產生胰島素，這種細胞有一天可能被用于開發更好的1型糖尿病治療方法。研究人員培育出了一種細胞，這種細胞能對活性氧(ROS)產生連鎖反應，ROS就是通電時產生的不穩定的含氧自由基，最終開啟了制造胰島素所需的基因。

在一項概念驗證實驗中，他們將這種工程細胞植入小鼠體內，發現當給電針灸針施加電流時，這些細胞會釋放出胰島素。

該研究的合著者、蘇黎世瑞士聯邦理工學院的生物工程師Martin Fussenegger說，該研究結果發表在7月31日的《自然-代謝》雜志上，為這項技術有朝一日被納入醫療植入物提供了希望。

倫敦帝國理工學院合成生物學家Rodrigo Ledesma Amaro（沒有參與這項研究）說，這項技術“可以使用普通電池和較低的電壓，與可植入設備兼容”。

電子基因開關

利用電來控制生物過程的想法早在20世紀80年代就出現了，當時研究人員開始利用微生物來發展這一概念。Fussenegger和他的團隊一直致力于研究人類細胞，希望開發“電子世界和基因世界之間的接口”，Fussenegger說。這可以通過在植入細胞中開啟或關閉特定基因來靶向遺傳疾病，使它們能夠傳遞關鍵的蛋白質。

例如，1型糖尿病患者很少或根本不分泌胰島素，而胰島素是控制人體血糖水平的關鍵激素。這種刺激細胞按需產生胰島素的能力可以幫助那些患有這種疾病的人避免高血糖，防止血糖水平達到危險的高水平。

Fussenegger和他的同事們設計了胰島素生成細胞，可以通過操縱它們對活性氧的反應來激活它們。這些有毒分子是在細胞代謝過程中自然產生的，但它們的形成也可以通過對細胞施加直流電來誘導。

貝爾格萊德大學研究ROS在疾病中的作用的Esma Isenovic說:“在低水平時，ROS可以作為一種重要的信號分子和基因表達的關鍵調節劑。”但在氧化應激過程中，當活性氧過量時，它們會攻擊其他分子并破壞正常功能。為了避免這種情況，細胞通常會產生抗氧化蛋白來中和ROS。

在工程細胞中，研究人員通過將產生胰島素的基因置于合成啟動子序列之后，這樣來“偽裝”胰島素基因。啟動子序列是與抗氧化劑產生基因相關的DNA區域，在對活性氧的反應中被激活。該序列包含重復的“抗氧化反應元件”，在氧化應激過程中自然增強抗氧化蛋白的表達。

胰島素植入

一旦作者證明了這種方法可行，他們就可以更進一步，將重新編程的人類細胞整合到一個裝置中，植入患有高血糖的小鼠體內。他們用針將電流輸送到細胞中，這些細胞位于皮下膠囊中。當該裝置受到刺激時，動物的血液胰島素水平升高，血糖水平恢復正常。胰島素的釋放量可以通過改變電流的長度和強度來控制。

該團隊希望有一天這個系統可以被改編成由計算機或智能手機控制的可穿戴醫療設備。

但這項技術仍處于非常早期的階段，在進行人體測試之前還需要做更多的工作。Isenovic說，現在考慮將其用于治療還為時過早。她指出，下一步用更大的樣本量在不同的小鼠模型中研究這項技術，將有助于“全面了解”該系統的潛在應用。

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