為了尋找更有效的1型糖尿病治療方法，科學家們一直在努力尋找新的技術和治療手段。最近，一項重要的實驗性研究在這方面取得了有趣的突破。這項新研究的背后是一種名為“電流控制基因”的新型技術，其基本概念可以追溯到20世紀80年代。當時，研究人員開始在微生物領域開發這一概念，希望通過電刺激或電流來控制微生物細胞中的基因表達和生物活動。這種“電學世界”和“生物學世界”的交叉研究為后來的生物電子學和生物醫學領域的發展奠定了基礎。新研究在20世紀80年代的基礎上，采用類似的概念，但將其應用于人類細胞。

近期，蘇黎世聯邦理工學院的Martin Fussenegger博士等人，通過基因工程創造出一種對電流刺激作出反應的人類細胞，并在小鼠體內進行了概念驗證實驗，通過電流刺激植入的基因工程細胞，成功調控了血糖水平。相關論文以“An electrogenetic interface to program mammalian gene expression by direct current”為題，發表在Nature Metabolism期刊上。該論文第一作者是蘇黎世聯邦理工學院的黃金波博士。

發展電基因接口

研究團隊開發了一種名為直流（DC）激活調控技術（DART）的電基因調控技術。該技術通過使用低電壓直流電在人類細胞中快速產生自由電子和自由基物質，從而在低劑量下無中介物質地產生活性氧自由基（ROS）。研究團隊設計了一個電基因接口，使得人類細胞能夠對直流電刺激做出反應，并實現DC可調的基因調控。通過對人類胚胎腎細胞（HEK293）進行實驗，研究人員證明了通過對基因組進行重組，使細胞對電生活性氧自由基產生過敏，從而實現直接的、無需輔因子的DC控制的基因表達調節。通過將轉錄因子NRF2重構到合成抗氧化反應元件（ARE）的啟動子上，研究人員實現了對治療性基因（如胰島素基因）的直接調節。

圖2 哺乳動物細胞中直流激活轉基因表達開關的設計

1型糖尿病治療的潛在應用為了驗證這項技術的可行性，研究團隊在1型糖尿病小鼠模型中應用DART技術實現了胰島素表達的遙控調節。通過每天一次在皮下植入的基因工程細胞上使用世界衛生組織（WHO）批準和美國食品藥品監督管理局（FDA）許可的針灸針電極進行4.5 V直流電10秒的刺激，成功地觸發了足夠的胰島素產生，從而減輕了餐后血糖波動并恢復了正常的血糖水平。這意味著這項技術有望用于1型糖尿病患者的治療，通過可穿戴電子設備直接干預代謝過程。

圖3 DART系統治療1型糖尿病小鼠的適應性和驗證

總之，該論文介紹了一種名為直流激活調控技術（DART）的電基因接口，該技術能夠在人類細胞中實現通過電池提供的直流電刺激來介導、時間和電壓依賴的轉基因表達。這種DART技術利用直流電源產生無毒性水平的活性氧自由基，通過生物傳感器可逆地微調合成啟動子。在1型糖尿病小鼠模型的概念驗證實驗中，成功觸發了胰島素的釋放并恢復了正常血糖水平。雖然這項技術還處于早期階段，并需要更多的研究和驗證，但其前景非常令人鼓舞。該技術有望使可穿戴電子設備能夠直接進行代謝干預和基因療法，為個性化醫學干預提供了重要的技術支持。

責任編輯：彭菁