想象一下這樣一個(gè)場景：一名糖尿病患者在吃完飯后，掏出手機(jī)，輕輕觸碰了幾下屏幕。信號穿過他的身體，激活了體內(nèi)的一個(gè)小裝置，而在這個(gè)裝置里，裝有能分泌胰島素的細(xì)胞。在電信號的激活下，這些細(xì)胞里的基因開始工作，產(chǎn)生胰島素，協(xié)助控制糖尿病患者的血糖。

這看起來像是科幻小說一般的場景，可能會在不久后成為現(xiàn)實(shí)。在今天最新一期《科學(xué)》雜志上，一支來自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zürich）的科研團(tuán)隊(duì)報(bào)道了這種黑科技的原型。相關(guān)的新聞指出，這是人們首次檢驗(yàn)電信號能如何直接激活基因表達(dá)。在小鼠體內(nèi)，這種技術(shù)已經(jīng)得到了檢驗(yàn)。

具體來看，科學(xué)家們設(shè)計(jì)了一個(gè)小裝置。小裝置的一邊是預(yù)先打印好的電路，能接受電信號；另一邊則是裝有人類細(xì)胞，用一條很細(xì)的電線與電路進(jìn)行相連。整個(gè)裝置的尺寸非常小，大概只有一枚硬幣這么大。

▲這種裝置只有硬幣這么大（圖片來源：參考資料[1]）

當(dāng)這個(gè)小裝置接受到身體外部的信號后，就會將電信號直接傳輸?shù)郊?xì)胞這里，激活鈣離子和鉀離子通道。這又會在細(xì)胞內(nèi)觸發(fā)信號級聯(lián)反應(yīng)，調(diào)控胰島素基因的表達(dá)，在短短幾分鐘內(nèi)就分泌胰島素。

在皮下植入這個(gè)裝置后，研究人員們在1型糖尿病的小鼠模型中檢驗(yàn)了這套系統(tǒng)在動物體內(nèi)的可行性。研究表明，電信號的確可以啟動胰島素的表達(dá)，使小鼠的血糖恢復(fù)正常。

▲本裝置的作用機(jī)理（Illustration: Katja Schubert / after Krawczyk K et al., Science 2020；版權(quán)所有：ETH Zürich）

研究人員們指出，這種裝置具有不少優(yōu)點(diǎn)。通訊作者M(jìn)artin Fussenegger教授認(rèn)為，它有望讓醫(yī)生和患者通過手機(jī)應(yīng)用，直接調(diào)控胰島素的產(chǎn)生。在互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)助下，即便相隔千里之外，只要檢測到生理數(shù)據(jù)的異常，就可以直接進(jìn)行干預(yù)。

但這種裝置目前也有一些短板，譬如我們需要找到一種能便捷替換這些細(xì)胞的方法。畢竟這些細(xì)胞都有壽命限制。研究人員們估計(jì)，大約每3周，就要對細(xì)胞進(jìn)行更新。此外，他們還需要確保這種裝置的安全性。如果被電腦黑客入侵，可能就會帶來潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

▲《科學(xué)》雜志對遠(yuǎn)程調(diào)控細(xì)胞的一些設(shè)想（圖片來源：參考資料[2]）

《科學(xué)》雜志對本文有很高的評價(jià)，并做了專文解讀。在解讀的最后，作者指出，用電信號來控制基因表達(dá)，為我們添加了重要的工具?？紤]到我們還有光遺傳學(xué)等用其他信號來控制基因表達(dá)的工具，在未來的某一天，或許我們能把這些工具組合起來，更好地用于基礎(chǔ)科研，或是人類疾病的治療。

參考資料：

[1] Krzysztof Krawczyk et al., (2020), Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice, Science, DOI: 10.1126/science.aau7187

[2] Matthew I. Brier and Jonathan S. Dordick, (2020), Remote activation of cellular signaling, Science, DOI: 10.1126/science.abb9122

[3] Using electrical stimulus to regulate genes, Retrieved May 28, 2020, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-05/ez-ues052820.php