科學也可以如此靠近

科學家成功地利用電流直接控制基因表達,為醫學植入物提供了方向

11月
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2020

2020年11月16日23時 科技養生

科技養生

這就是它的工作原理。一種含有胰島素產生細胞和電子控制單元的裝置被植入糖尿病患者體內。一旦病人吃了東西,血糖升高,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,如果事先輸入了食物,他們就可以預先配置應用程式來實現這一點。過了一會兒,細胞釋放出必要的胰島素來調節病人的血糖水平。

這聽起來像科幻小說,但很快就會變成現實。由巴塞爾生物系統科學和工程系ETH生物技術和生物工程系教授Martin Fussenegger領導的一個研究小組在期刊上發表了一篇新的論文,介紹了這種植入的原型。科學。他們的研究是第一次研究如何利用電信號直接激活和調控基因表達。當研究人員在老鼠身上測試他們的方法時,他們發現這種方法非常有效。

基於巴塞爾的科學家在開發基因網絡和植入物方面有著豐富的經驗,這些網絡和植入物能對人體的特定生理狀態做出反應,例如血脂水平過高或血糖水平過低。儘管這些網絡對生物化學刺激有反應,但它們也可以被替代的外部影響控制,比如光。「很長一段時間以來,我們一直想直接控制基因的表達,現在我們終於成功了,」Fussenegger說。

電路板和電池容器持有鑰匙。

研究人員設計的植入物由幾個部分組成。一方面,它有一個印刷電路板(PCB),可以容納接收器和控制電子設備;另一方面是一個包含人類細胞的膠囊。將PCB與電池容器連接起來是一條很小的電纜。

來自身體外部的無線電信號激活植入體中的電子設備,然後電子信號直接發送到細胞。電信號刺激鈣和鉀通道的特殊組合,進而觸發控制胰島素基因的細胞內的信號級聯。隨後,細胞機器將胰島素裝入小泡中,電信號使其與細胞膜融合,在幾分鐘內釋放胰島素。

即將到來:身體的網際網路

Fussenegger看到了這一最新發展的幾個優點。「我們的植入可以連接到網絡世界,」他解釋道。醫生或病人可以使用應用程式直接干預並觸發胰島素生產,一旦植入物傳輸了所需的生理數據,他們也可以在網際網路上遠程進行這項工作。Fussenegger說:「這種設備可以使人們完全融入數字世界,成為物聯網的一部分甚至身體的網際網路。」

當談到黑客攻擊的潛在風險時,他持冷靜的觀點:「人們已經戴著起搏器,理論上很容易受到網絡攻擊,但這些設備有足夠的保護。這也是我們植入的東西,」他說。

就目前情況而言,他所看到的最大挑戰是基因方面的問題。為了確保細胞和基因不會受到損害,他和他的團隊需要對可以使用的最大電流進行進一步的研究。研究人員還必須優化電子設備與細胞之間的聯繫。

最後一個要克服的障礙是找到一種新的、更簡單、更方便的方法來替代植入體中使用的細胞,這種方法必須大約每三周完成一次。在他們的實驗中,Fussenegger和他的研究團隊在他們的原型上附加了兩個填充頸,以取代細胞;他們希望找到一個更實用的解決方案。

然而,在他們的系統應用於人類之前,它還必須通過一系列的臨床測試。


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