發(fā)布日期：2017-05-03
智能手機簡直已經(jīng)成為我們生活中必不可少的一部分了，很多科學(xué)家也在嘗試開發(fā)手機應(yīng)用程序來診斷、監(jiān)測疾病，糖尿病恐怕是其中應(yīng)用最多的疾病之一了。
《科學(xué) 轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》封面
這次，來自華東師范大學(xué)的葉海峰研究員帶領(lǐng)他的團隊在《科學(xué) 轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上發(fā)表了封面文章，他們將智能手機與光遺傳學(xué)相結(jié)合，竟然可以利用手機app和特制LED燈來遠程調(diào)控糖尿病的治療[1]！
所以這是怎么做到的呢？簡單概括一下，首先我們需要一個有藍牙功能的血糖儀，可以將血糖數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾Capp上，app會對數(shù)據(jù)進行處理，判斷血糖水平，當app判斷血糖水平過高時，就會觸發(fā)植入進小鼠體內(nèi)的可以發(fā)出遠紅外光的LED燈。經(jīng)過燈光照射的細胞可以分泌胰島素或胰高血糖素樣肽-1（GLP-1，回腸內(nèi)分泌的一種多肽，可以減少腸蠕動，抑制胃排空，有助于控制飲食，減輕體重，目前主要作為2型糖尿病藥物作用的靶點），就可以使小鼠的血糖降低到正常范圍內(nèi)了！
葉海峰研究員（前排右一）及其團隊
葉海峰研究員2007年碩士畢業(yè)于華東師范大學(xué)，2012年在瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)獲得博士學(xué)位，2014年入選國家第十一批“千人計劃”青年項目，同時回到母校——華東師大任教。葉博士主攻合成生物學(xué)領(lǐng)域，利用合成生物學(xué)理念，人工設(shè)計、合成智能基因網(wǎng)絡(luò)調(diào)控系統(tǒng)，并用于疾病的診斷與治療[2]。
對于這個新研究，葉博士認為，這是“邁向個性化、數(shù)字化精準醫(yī)學(xué)時代的重要一步”[3]。雖然前面的介紹聽起來很簡單，似乎沒什么“難度”的樣子，但是探索出這套“巧妙的系統(tǒng)”可真的不是那么容易的事情。
基因表達活躍度最高波長為730nm的遠紅外光照射時，基因表達活躍度最高
首先，研究人員設(shè)計出了可以“被光控制”的細胞，他們將光敏細菌蛋白轉(zhuǎn)入了小鼠細胞中，這種“定制細胞”可以在光照下激活與分泌胰島素或GLP-1有關(guān)的基因。經(jīng)過逐一的實驗，研究人員發(fā)現(xiàn)，這些細胞中的特定基因只能被遠紅外光所激活，而且在波長為730nm時基因表達最活躍。
接下來，研究人員開發(fā)了一款app，并取名為“ECNU-TeleMed”，這款app連接有一個“控制箱”，里面有設(shè)計好的電路，可以接通遠紅外光LED燈，app能夠遠程調(diào)節(jié)光照的強度和照射時間。研究人員將定制細胞移植入糖尿病小鼠皮下，然后用LED燈進行照射，發(fā)現(xiàn)不出2個小時，糖尿病小鼠超標的血糖就可以降到正常范圍內(nèi)。而且照射4個小時，效果能持續(xù)半個月！
I型糖尿病小鼠胰島素分泌量的對比（J）、血糖水平的對比（K）和光照2小時后葡萄糖耐量的對比（L），其中橫坐標（﹣﹣）為未移植定制細胞且未接受遠紅外光照射，（-﹢）為未移植定制細胞但接受遠紅外光照射，以此類推；下方N、O、P圖為II型糖尿病小鼠的各項對比，依次與上方J、K、L圖對應(yīng)
看到這，大家可能會覺得，這好像和我們開始的“太長不看”版介紹不太一樣??！當然了，這只是這個“智能控制器”的1.0版本。在取得了這樣的好的成效后，研究人員開始琢磨，如果應(yīng)用到人身上，難道每次都要讓糖尿病患者抽出4個小時，在遠紅外光下面照一照嗎？這也太不人性化了！于是，他們繼續(xù)探索，設(shè)計出了一種特殊的水凝膠，把“定制細胞”和能發(fā)出遠紅外光的小型LED燈都放入水凝膠中，再放入一個藍牙信號接收器。研究人員想，這樣，手機就可以通過藍牙來控制LED燈，照射之后激活定制細胞中的基因，達到控制血糖的目的了！這就是“智能控制器”的進階2.0版本了。在實驗中，研究人員將“組裝”好的水凝膠移植到了小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)水凝膠的性質(zhì)非常穩(wěn)定，對血糖水平的控制也和直接照射有同樣的效果！
QQ截圖20170427141849然而，這依然不是“最終版”，因為研究人員還希望能夠更加“一條龍服務(wù)”。所以，他們又找來了有藍牙功能的血糖儀，血糖儀可以將測得的血糖數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾Capp中，app內(nèi)置了算法，可以對血糖水平進行分析，然后與預(yù)設(shè)的“閾值”進行對比，如果血糖“超標”了，app就會發(fā)射信號“打開”LED燈了。app依然可以調(diào)節(jié)光強和照射時間，進而控制胰島素或GLP-1的分泌量，實現(xiàn)對血糖的“智能化”控制。這就是最終的3.0版本了。
懷俄明大學(xué)的分子生物學(xué)家Mark Gomelsky教授在同期的《科學(xué) 轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)》雜志上專門為這個研究撰寫了一篇評論文章[4]。他認為，在人體上的應(yīng)用或許可以通過“LED手環(huán)”來實現(xiàn)，而不需要將LED燈植入體內(nèi)，而且這種方法還可以用來治療其他疾病。葉博士表示，他的終極目標是“全自動血糖監(jiān)測和糖尿病治療系統(tǒng)”，可以通過手機每天24小時持續(xù)監(jiān)測糖尿病患者的身體狀況[5]。想象一下，假如有一天這變?yōu)楝F(xiàn)實，對于糖尿病患者來說，無疑是一項“改變生活”的科技發(fā)明，我們期待這一天早日到來。
參考資料：
[1] Jiawei Shao, el. Smartphone-controlledoptogenetically engineered cells enable semiautomatic glucose homeostasis indiabetic mice. Science Translational Medicine, 2017; 9 （387）： eaal2298 DOI:10.1126/scitranslmed.aal2298
[2] http://faculty.ecnu.edu.cn/s/2803/main.jspy
[3] http://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/devices/smartphonecontrolled-cells-keep-diabetes-in-check
[4] http://stm.sciencemag.org/content/9/387/eaan3936
[5] https://www.technologyreview.com/s/604262/smartphone-controlled-cells-could-pump-insulin-for-diabetics/
來源：奇點網(wǎng)（微信公眾號：geekheal_com）
