Использование электрического стимула для регулирования генов

Использование электрического стимула для регуляции генов
                Команде исследователей во главе с профессором ETH Мартином Фуссенеггером впервые удалось использовать электрический ток для непосредственного контроля экспрессии генов. Их работа служит основой для медицинских имплантатов, которые можно включать и выключать с помощью электронных устройств вне тела. Предоставлено: Катя Шуберт/им. Кравчика К. и др., Science 2020

Вот как это работает. Устройство, содержащее инсулин-продуцирующие клетки и электронный блок управления, имплантировано в организм диабетика. Как только пациент съедает что-то и его уровень сахара в крови повышается, он может использовать приложение на своем смартфоне, чтобы вызвать электрический сигнал, или они могут предварительно сконфигурировать приложение, чтобы сделать это автоматически, если еда была введена заранее. Вскоре после этого клетки выделяют необходимое количество инсулина, вырабатываемого для регулирования уровня сахара в крови пациента.
                                                                                       

Это может звучать как научная фантастика, но вскоре может стать реальностью. Команда исследователей во главе с Мартином Фуссенеггером, профессором биотехнологии и биоинженерии ETH на факультете науки и техники биосистем в Базеле, представила свой прототип для такого имплантата в новой статье в журнале Science. Их исследование является первым, чтобы изучить, как экспрессия генов может быть непосредственно активирована и регулируется с помощью электрических сигналов. Исследуя свой подход на мышах, исследователи установили, что он работает отлично.

Базельские ученые имеют богатый опыт в разработке генетических сетей и имплантатов, которые реагируют на определенные физиологические состояния организма, такие как слишком высокий уровень липидов в крови или слишком низкий уровень сахара в крови. Хотя такие сети реагируют на биохимические раздражители, они также могут контролироваться альтернативными внешними воздействиями, такими как свет. «Мы давно хотели напрямую контролировать экспрессию генов с помощью электричества; теперь мы наконец добились успеха», — говорит Фуссенеггер.

Печатная плата и контейнер с ячейками удерживают клавишу

Имплантат, разработанный исследователями, состоит из нескольких частей. С одной стороны, он имеет печатную плату (PCB), которая вмещает приемник и управляющую электронику; с другой — капсула, содержащая клетки человека. Подключение печатной платы к контейнеру ячейки осуществляется с помощью крошечного кабеля.

Радиосигнал снаружи тела активирует электронику в имплантате, который затем передает электрические сигналы непосредственно в клетки. Электрические сигналы стимулируют особую комбинацию кальциевых и калиевых каналов; в свою очередь, это запускает сигнальный каскад в клетке, которая контролирует ген инсулина. Затем клеточный аппарат загружает инсулин в пузырьки, которые электрические сигналы вызывают слияние с клеточной мембраной, высвобождая инсулин в течение нескольких минут.

Скоро в продаже: Интернет тела

Fussenegger видит несколько преимуществ в этой последней разработке. «Наш имплант может быть связан с кибер-вселенной, — объясняет он. Врачи или пациенты могут использовать приложение для непосредственного вмешательства и запуска производства инсулина, что они также могут делать удаленно через Интернет, как только имплантат передаст необходимые физиологические данные. «Подобное устройство позволило бы людям полностью интегрироваться в цифровой мир и стать частью Интернета вещей — или даже Интернета тела», — говорит Фуссенеггер.

Когда речь идет о потенциальном риске атак хакеров, он придерживается уравновешенного взгляда: «Люди уже носят кардиостимуляторы, которые теоретически уязвимы для кибератак, но эти устройства имеют достаточную защиту. Это то, что мы должны включить в наши имплантаты тоже «, говорит он.

В настоящее время, самая большая проблема, которую он видит, связана с генетической стороной вещей. Чтобы гарантировать, что никакие повреждения не причинены клеткам и генам, ему и его группе необходимо провести дальнейшие исследования максимального тока, который можно использовать. Исследователи также должны оптимизировать связь между электроникой и ячейками.

И последнее препятствие, которое нужно преодолеть, — это найти новый, более простой и удобный способ замены клеток, используемых в имплантате, что необходимо делать примерно каждые три недели. Для своих экспериментов Фуссенеггер и его команда исследователей прикрепили две заливные горловины к своему прототипу, чтобы заменить клетки; они хотят найти более практичное решение.

Прежде чем их систему можно будет использовать на людях, она все же должна пройти целую серию клинических испытаний./p>

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *