Это прорыв, который может проложить путь к носимым устройствам, программирующим гены для выполнения медицинских вмешательств, сообщается в новом исследовании.

В новом эксперименте исследователи смогли запустить выработку инсулина в клетках, посылая электрические токи через “электрогенетический” интерфейс, который активирует целевые гены.

Будущие приложения этого интерфейса могут быть разработаны для доставки терапевтических доз для лечения широкого спектра заболеваний, включая диабет, путем прямого управления ДНК млекопитающих с помощью электричества.

В настоящее время наблюдается взрыв интереса к медицинским носимым устройствам, которые представляют собой портативные технологии, ориентированные на здоровье, такие как фитнес-трекеры, биосенсоры, мониторы артериального давления и портативные устройства для электрокардиограммы.

Умные носимые устройства стали важным инструментом для многих врачей и пациентов, побуждая исследователей продолжать разрабатывать новые платформы для сбора медицинских данных или даже проведения медицинских вмешательств.

Теперь ученые во главе с Джинбо Хуангом, молекулярным биологом из Цюрихского технологического института, изобрели интерфейс с батарейным питанием, который они называют “технологией регулирования, приводимой в действие постоянным током”, или DART, который может запускать специфические реакции генов с помощью электрического тока.

Хуан и его коллеги описали устройство как “скачок вперед, представляющий собой недостающее звено, которое позволит носимым устройствам контролировать гены в не столь отдаленном будущем”, согласно исследованию, опубликованному в понедельник в журнале Nature.

Исследователи называют это:

«Электрогенетический интерфейс для программирования экспрессии генов млекопитающих постоянным током».

Аннотация

Носимые электронные устройства играют быстро растущую роль в сборе данных о здоровье людей для персонализированных медицинских вмешательств; однако носимые устройства пока не могут напрямую программировать генную терапию из-за отсутствия прямого электрогенетического интерфейса.

Здесь мы обеспечиваем недостающее звено, разрабатывая электрогенетический интерфейс, который мы называем технологией регулирования постоянного тока (DC) (DART), которая обеспечивает опосредованную электродами, зависящую от времени и напряжения экспрессию трансгенов в клетках человека с использованием постоянного тока от батарей.

DART использует источник постоянного тока для генерации нетоксичных уровней активных форм кислорода, которые действуют через биосенсор для обратимой точной настройки синтетических промоторов.

«В экспериментальном исследовании на мышах-самцах с диабетом 1 типа, один раз в день трансдермальная стимуляция подкожно имплантированных микрокапсулированных инженерных клеток человека иглами для акупунктуры с напряжением (4,5 В постоянного тока в течение 10 с) стимулировала высвобождение инсулина и восстанавливала нормогликемию.

Мы считаем, что эта технология позволит носимым электронным устройствам напрямую программировать метаболические вмешательства.»

Та же группа в ETH Zürich первоначально продемонстрировала, что гены могут быть электрически активированы в рамках исследования, которое было опубликовано в 2020 году. Этот новый модифицированный дизайн упрощает первоначальный дизайн, имплантируя человеческие клетки поджелудочной железы мышам с диабетом 1 типа.

Затем исследователи использовали электростимулирующие акупунктурные иглы, чтобы включить точные гены, участвующие в регулировании доз инсулина, гормона, который необходим для лечения диабета. Как следствие, концентрация глюкозы в крови модельных мышей вернулась к нормальному уровню.

Хуанг и его коллеги сказали, что эта электрическая тонкая настройка экспрессии генов млекопитающих создает основу для “электроуправляемой экспрессии генов на основе носимых устройств с возможностью подключения медицинских вмешательств к интернету тела или интернету вещей”, согласно исследованию.

“Хотя мы выбрали производство инсулина, контролируемое DART, для подтверждения концепции, должно быть легко связать контроль DART с производством и дозированием широкого спектра биофармацевтических препаратов in situ”, — заключила команда.

“Мы считаем, что простые электрогенетические интерфейсы, такие как DART, которые функционально соединяют аналоговые биологические системы с цифровыми электронными устройствами, имеют большие перспективы для различных будущих методов лечения на основе генов и клеток”.


Источники:

www.vice.com

www.nature.com