Генната активност на „дизайнерските“ човешки клетки може да се включва и изключва дистанционно с електрически токове, показва ново проучване при мишки.
В проучване, публикувано на 31 юли в списанието Метаболизъм на природата, постоянен ток (DC) от готови потребителски батерии задейства освобождаването на инсулин от генно модифицирани човешки клетки, които учените са имплантирали под кожата на мишки с диабет. Инсулинът успешно възстановява нормалните нива на кръвната захар на гризачите.
Изследователите се надяват, че тази електрическа фина настройка на генната експресия, широко известна като „електрогенетична“ технология, в крайна сметка ще бъде интегрирана в носими устройства, които могат да се използват за настройка на дейността на дизайнерски клетки, имплантирани в човешкото тяло.
Носимите устройства вече са на мода и могат да следят пулса, кръвното налягане, нивата на кръвната захар и др. Но в момента такава технология не може да се използва за контрол на генната експресия.
Свързани: Как фитнес тракерите следят съня ви
За да преместя тази идея от научната фантастика в реалния свят, Мартин Фусенегер, професор по биотехнологии и биоинженерство в ETH Цюрих и Базелския университет, и колегите му проектираха интерфейс, наречен DC-actuated adjustment technology (DART). Захранва се с постоянен ток от стандартни 1,5-волтови AA или AAA батерии.
Като доказателство за концепцията те тестваха DART в модел мишка от тип 1 диабет. Те имплантираха създадени човешки клетки в гърбовете на гризачите и стимулираха клетките чрез две акупунктурни игли, поставени близо до мястото на имплантиране. Иглите бяха прикрепени към батериите чрез жица, чийто край беше включен в обикновен ключ за захранване.
Електрическият ток премина през иглите и предизвика малък оксидативен стрес в дизайнерските клетки, което означава, че причини леко натрупване на реактивни молекули, наречени реактивни кислородни видове (ROS). Тези молекули са открити от молекулярен сензор, вграден в клетките.
Сензорът, който е конструиран да работи като транскрипционен фактор – протеин, който се свързва с ДНК, за да „включи“ или „изключи“ ген – след това се свързва с определено място в ДНК на клетката и на свой ред активира гена на интерес, инсулиновият ген. Човешките клетки са генетично проектирани да експресират или активират интересния ген само ако нивата на ROS, произведени от електрическия ток, са достатъчно високи и когато ROS се разсейват, генът се „изключва“.
Стимулирането на дизайнерските клетки само за 10 секунди веднъж на ден беше достатъчно, за да индуцира генна експресия и да задейства достатъчно освобождаване на инсулин за възстановяване на нормалните нива на кръвната захар при лабораторните мишки.
Фюсенегер каза пред Live Science, че смята, че този нов електрогенетичен интерфейс е „пълна промяна на играта“.
„Това е огромно приложение на електрогенетиката,“ техника, която използва „електронни средства за включване на специфична генна експресия,“ Уилям Бентлисинтетичен биолог и професор в университета в Мериленд, който не е участвал в изследването, каза пред Live Science.
Лабораторията Fussenegger преди това е проектирала електрогенетично устройство, което използва променлив ток (AC) при високо напрежение, за да активира клетките, но изисква твърде много мощност, за да бъде подходящ за носими устройства. Новото проучване показва, че електронният контрол на генната експресия не се нуждае от много мощност или фантастични устройства, каза Бентли. „Това е значителен напредък.“
Бентли, който е пионер в тази технология и въвежда термина „електрогенетика“, добави, че работата все още само „представлява върха на айсберга по отношение на електронната комуникация с и контрола на биологията“. Екипът на Bentley за първи път демонстрира електронен контрол на генната експресия в експерименти, включващи конструирани бактериални клеткино това ново изследване е първото, което дистанционно регулира генната експресия в бозайник, използвайки устройство, захранвано с постоянен ток.
Фусенегер вярва, че някой ден тази технология не само ще бъде интегрирана в носими устройства, но и ще свърже метаболизма на хората с „интернет на тялото.'“ Това би означавало, че лекарите могат да се намесват дистанционно, от всяка точка на света, каза той. Въпреки това, устройствата в крайна сметка могат да бъдат програмирани да усещат и коригират автоматично кръвната захар, така че „вече няма какво да правят хората“, добави Фусенегер.
Интегрирането на тази технология в смарт часовници обаче може да не е лесно, предупреди Бентли. Едно ограничение е, че все още се нуждаете от инженерните клетки, имплантирани под тази гривна, което може да отблъсне някои хора, каза той.
Фусенегер призна, че все още има дълъг път. Следващите стъпки ще включват тестване на този електрогенетичен интерфейс в клинични изпитвания върху хора, преди да може да бъде комерсиализиран и интегриран в носими устройства.