柳葉刀子刊：用音樂觸發(fā)基因開關(guān)，激活胰島素分泌，治療糖尿病
糖尿病是全世界范圍內(nèi)非常常見的代謝性疾病，由于胰島素分泌缺陷和/或其生物作用受損，導致高血糖，進而導致各種組織，特別是眼、腎、心臟、血管、神經(jīng)的慢性損害、功能障礙。患者通常依賴于注射或使用胰島素泵來額外提供胰島素。
近年來，科學家們希望通過直接在體內(nèi)重新產(chǎn)生和施用胰島素的方法來幫助糖尿病患者生活的更輕松。其中一個解決方案是將產(chǎn)生胰島素的工程化細胞封裝后植入體內(nèi)，為了能夠從外部控制這些細胞何時以及將多少胰島素釋放到血液中，研究人員開發(fā)了幾種不同的觸發(fā)因素——光、溫度和電場。
而近期，蘇黎世聯(lián)邦理工學院的研究人員開發(fā)出了一種新方法——通過播放音樂刺激細胞在幾分鐘內(nèi)釋放胰島素，例如皇后樂隊的熱門歌曲《We Will Rock You》。
這項研究以：Tuning of cellular insulin release by music for real-time diabetes control 發(fā)表在了《柳葉刀》子刊 The Lancet Diabetes & Endocrinology 上。
讓細胞接收聲波
為了讓產(chǎn)生胰島素的細胞接受聲波，研究團隊使用了一種來自大腸桿菌的離子通道蛋白。這種蛋白對機械刺激作出反應，其位于細菌的細胞膜上并調(diào)節(jié)鈣離子進入細胞內(nèi)部。研究團隊將這種細菌離子通道蛋白整合到了產(chǎn)生人類胰島素的細胞中，嵌入細胞膜。
正如預期的那樣，這些細胞中的離子通道在“聽到聲音”后打開，允許帶正電的鈣離子流入細胞。這會導致細胞膜的電荷逆轉(zhuǎn)，進而導致細胞內(nèi)充滿胰島素的小泡與細胞膜融合，并向外界釋放胰島素。
特定音樂促進胰島素分泌
研究團隊首先確定了激活離子通道效果強烈的音樂的音量和頻率，他們發(fā)現(xiàn)，60分貝左右的音量水平和50赫茲的低音頻率是觸發(fā)離子通道打開的有效條件。為了激發(fā)胰島素的較大釋放，聲音或音樂必須持續(xù)至少3秒，并暫停較多5秒。如果間隔太久，釋放的胰島素就會大大減少。
他們研究了在85分貝的音量下，哪種音樂類型能引起較強的胰島素反應。結(jié)果顯示，皇后樂隊的《We Will Rock You》等低沉的搖滾樂位居榜首，其次是動作電影《復仇者聯(lián)盟》的配樂。相比之下，胰島素對古典音樂和吉他音樂的反應相當弱。
該研究的領(lǐng)導者、蘇黎世聯(lián)邦理工學院的 Martin Fussenegger 教授表示，《We Will Rock You》在5分鐘內(nèi)觸發(fā)了大約70%的胰島素反應，而所有的反應都在15分鐘內(nèi)發(fā)生。這與健康人在天然葡萄糖誘導的胰島素反應相當。
不必擔心環(huán)境噪音干擾
為了測試整個系統(tǒng)，研究團隊將產(chǎn)生胰島素的細胞植入小鼠體內(nèi)，并將動物的腹部直接放在音響上，此時播放音樂能夠觸發(fā)小鼠體內(nèi)植入的細胞釋放胰島素。而如果小鼠能夠自由活動，播放音樂就無法觸發(fā)胰島素釋放。
研究團隊表示，該研究設(shè)計的細胞只有當合適的聲音直接在植入細胞的皮膚上方播放時才會觸發(fā)胰島素釋放。因此不會受到環(huán)境噪音的影響。此外，植入細胞中的胰島素釋放完后需要大約四小時來重新產(chǎn)生，因此，這些細胞即使每隔一小時就暴露在聲音中，也不可能每次都釋放出充足的胰島素而導致危及生命的低血糖。
這項研究距離臨床應用還有很長的路要走，但它提供了一個概念證明，表明可以通過聲波等機械刺激來控制基因網(wǎng)絡(luò)。此外，除了用于控制胰島素釋放外，該系統(tǒng)還可用于控制其他治療性蛋白質(zhì)的釋放。
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