智能手表控制系統設計示意圖。
如今，許多健身追蹤器和智能手表都包含發光二極管（LED）。LED發射出的連續或脈沖綠光可以穿透皮膚，測量用戶在活動或休息時的心率。近日，瑞士蘇黎世聯邦理工大學（ETH）領導的研究團隊正試圖開發這類流行設備的全新應用方式：用LED透過皮膚控制基因，從而改變細胞行為。
ETH的Martin Fussenegger教授解釋瞭這項工作面臨的挑戰：“人類細胞中自然產生的分子系統對綠光無響應。因此，我們必須打造新系統。”Fussenegger教授帶領的團隊最終開發瞭一種分子開關，在植入後能夠被智能手表的LED模塊發出的綠光激活。相關研究成果於當地時間6月7日刊登在《自然通訊》雜志中。
分子開關與研究人員引入人類細胞的基因網絡密切相關。一旦細胞暴露在綠光之下，網絡結構（即包含的基因）就能產生胰島素或其他物質。切斷綠光源，分子開關失效，進程停止。這種系統在未來或許能成為治療糖尿病的利器。由於適配標準智能手表軟件，研究人員沒有必要再開發專用程序。他們用豬皮、活鼠和智能手表完成瞭新系統的測試，在測試期間，他們成功通過啟動應用程序打開瞭綠燈。Fussenegger教授說：“現有的智能手表為我們提供瞭一個通用的分子開關解決方案。新模型發射的光脈沖非常適合維持基因網絡的運轉。”
然而，分子開關也更為復雜——分子復合物被整合到細胞膜上，並與連接物質相連。受到綠光激發後，投射到細胞內的成分轉而脫落，並被運送到細胞核中，激活產生胰島素的基因。當綠光消失後，脫落碎片與嵌在細胞膜中的對應碎片重新建立連接。
Fussenegger教授表示：“我們首次用商用智能可穿戴設備完善瞭植入工作。大多數智能手表都能發出綠光，這是潛在應用的基礎，因為用戶不需要購買特殊設備。不過，由於現階段細胞治療的局限性，這項技術至少在未來10年內不太可能投入臨床實踐。”
編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：陳之涵
期刊來源：《自然通訊》
期刊編號：2041-1723
原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2021/06/210607084616.htm
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