左：本研究通訊作者葉海峰研究員；右：本研究第一作者邵佳偉

 

　　近年來，隨著行動通訊技術的不斷革新，智能型手機快速發展，也成為行動醫療不可或缺的一部分，已應用在血糖監控中。但是，目前對糖尿病患者僅有診斷和檢測功能，無法實現治療。因此，華東師大生命科學學院的葉海峰研究員團隊巧妙地將合成生物學與電子工程學相結合，開發了一種集糖尿病診斷和治療為一體的智能診療新系統。

集糖尿病診斷和治療為一體的智能診療新系統

 

　　該系統有兩大功能特點：第一，研究人員可通過手機ECNU-TeleMed app超遠程控制遠紅光亮度來調控基因表現量；第二，糖尿病白老鼠血糖高低訊號，可以被轉化翻譯成遠紅光亮度來調控基因表現量。

通過智能手機控制遠紅光響應的工程化細胞達到糖尿病半自動化治療的設計示意圖

 

　　首先，研究人員利用合成生物學理念，設計合成了遠紅光調控基因表現的定制化細胞，該改造細胞在遠紅光的照射下，可以產生任何想要的報告基因或藥物蛋白，例如綠色熒光蛋白或胰島素等。

遠紅光調控基因表達控制系統設計示意圖及其調控報告基因表達的動力學特征研究

遠紅光時空控制定制化細胞表達綠色熒光蛋白。可以實現用遠紅光在體外培養的單層細胞上任意寫字。左圖為細胞上方放有鏤空ECNU字樣的黑紙，右圖為遠紅光激活細胞表達綠色熒光蛋白

 

　　當研究人員將遠紅光控制胰島素表現的定制化細胞，移植到糖尿病老鼠皮下時，給予糖尿病老鼠直接遠紅光照射，可以啟動皮下移植的細胞產生胰島素，并起到良好的降血糖效果。利用該治療方法，糖尿病鼠只需要每天光照2-4小時，就可以把血糖維持在正常水平并長達半個月時間。

 

　　研究人員采用了多學科聯合設計方法，進一步設計、開發出糖尿病診療一體化智能控制系統。使用血糖儀測出老鼠的血糖值后，可通過藍牙無線傳送到特制的智能控制器（Smart Controller）和智能型手機中。當血糖值高于預先設定的安全血糖閾值時，智能控制器可以點亮移植在老鼠體內、含有定制化細胞的水凝膠LED復合體(Hydroge LED)，從而觸發定制化細胞產生胰島素或GLP-1，達到降血糖并維持血糖穩定的作用。此外，當手機顯示異常時，亦可以強制控制智能控制器，進行優化方案治療。

 

　　懷俄明大學分子生物學家Mark Gomelsky針對此次研究撰寫了一篇評論。他說，相較于將圓盤植入人體皮膚，透過配戴LED手環也能達成同樣效果，而且更簡單。不過，改造的細胞仍然需要單獨注射到體內，目前這種改造細胞需要多久注射一次仍不清楚。

 

　　Gomelsky教授認為，華東師大的技術可能不是治療第1型糖尿病的最佳方法，畢竟，美國食品藥物管理局（FDA）去年才剛批準了第一臺全自動胰島素注射器上市。但他認為，該技術可以用來遠端控制細胞產生基因改造的藥物，用于其他疾病的治療。

 

　　來源： 華東師范大學