科学家开发出一种生物电子设备 可以调节人体内的基因

听起来像科幻小说，对不对?巴塞尔生物系统科学与工程系ETH生物技术与生物工程学教授Martin Fussenegger

领导的一组研究人员发表了一项研究，这是第一个探索如何使用小鼠的电信号直接激活和调节基因表达的研究。 。

这项发表在《科学》杂志上的研究概述了研究人员在老鼠身上进行测试的原型设备，并确定该设备“完美”地工作。Fussenegger说：“长期以来，我们一直希望直接用电来控制基因表达;现在我们终于成功了。”

设计细胞是合成生物学的新兴焦点，有望在实质上产生或产生治疗剂。总体而言，研究团队在创建能够对体内某些生理状态(例如，不同的血脂水平或血糖水平)做出反应的遗传网络和合成植入物方面拥有大量经验。已经证明，此类网络除了对外界刺激(例如光)外，还对生化刺激做出反应。但是电呢?

未来生物电子设备

那是下一个挑战。Fussenegger及其团队设计了一种生物电子设备，该生物电子设备由若干组件组成，包括印刷电路板和包含工程人β细胞的胶囊，其创建的目的是使它们通过迅速从细胞内储存囊泡释放胰岛素来应对膜去极化。连接这两个组件的电缆很细。生物电子设备被植入体内，人体外部的无线电信号激活设备内的电子设备，随后电子设备直接将信号传输到细胞。该信号触发细胞膜上的电荷逆转，因此钙离子流入细胞，钾离子流出。暂时的电荷逆转激活了胰岛素产生基因，结果胰岛素被转运到膜上，然后释放。

在这项研究中，研究人员在1型糖尿病小鼠模型中测试了他们的设备，将其皮下植入，并发现电触发的囊泡释放系统可以实时恢复正常血糖水平，胰岛素水平在10分钟内达到峰值。

研究人员认为，从理论上讲，该设备可以植入糖尿病患者的体内，并连接到他们智能手机上的应用程序。一旦患者吃了食物并且血糖水平开始上升，他们就可以使用手机上的应用程序来触发电信号，此后不久，细胞就可以被触发释放所需量的胰岛素，从而调节每个患者的胰岛素水平。血糖水平。

身体的互联网

Fussenegger认为，该团队的最新发展具有一系列优势：“我们的植入物可以与网络世界相连，”他说。“医生或患者可以使用应用程序直接干预并触发胰岛素产生，一旦植入物传输了必要的生理数据，他们也可以通过互联网进行远程操作。”

Fussenegger说：“这种设备将使人们能够完全集成到数字世界中，并成为物联网甚至身体互联网的一部分。”

前景很容易让人兴奋，但是这种设备是新颖的，在接近人类之前，必须考虑许多因素。

首先，众所周知，电子设备有被黑客入侵的危险。为此，Fussenegger说：“人们已经戴上了起搏器，从理论上讲它很容易受到网络攻击，但是这些设备具有足够的保护。这也是我们也必须在植入物中使用的东西。”

此外，该设备与遗传学相互作用，并且，如CRISPR和基因组工程工具之类的技术的出现已证明，从安全性和监管的角度来看，这并非易事。科学家将需要进行更多的研究，以确认对细胞和这些细胞内的基因没有造成损害，并确定可以采用的最大电流是多少。

最后，就物流而言，如何更换植入物中的细胞?团队目前的工作表明，这需要每三周完成一次。这有多实用?

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