Используя обычные батарейки, ученые стимулировали высвобождение инсулина из генетически модифицированных клеток человека, имплантированных мышам с диабетом, и восстановили нормальный уровень сахара в их крови.
Исследователи надеются, что новая «электрогенетическая» технология настройки экспрессии генов в конечном итоге будет использована в носимых устройствах, которые можно будет использовать для регулировки активности клеток, имплантированных в человеческое тело.
Профессор биотехнологии и биоинженерии Мартин Фуссенеггер из Высшей технической школы Цюриха и Базельского университета и его коллеги разработали интерфейс DART, в котором используется постоянный ток от стандартных 1,5-вольтовых батареек типа АА или ААА. Они протестировали DART на мышиной модели диабета 1-го типа. Для этого они имплантировали модифицированные человеческие клетки под кожу спины мышей и стимулировали клетки с помощью двух игл для акупунктуры, размещенных рядом с местом имплантации. Иглы были прикреплены к батарейкам с помощью провода. Электрический ток проходил через иглы и вызывал незначительный окислительный стресс в имплантированных клетках, который выражался в накоплении активных форм кислорода. На них реагировал встроенный в клетки белок, который служил транскрипционным фактором, то есть мог включать или выключать действие другого гена. В данном случае он регулировал работу гена, ответственного за инсулин.
Клетки были генетически модифицированы таким образом, чтобы стимулировать работу гена, если уровень активных форм кислорода, производимых электрическим током, был достаточно высоким, а когда активные формы кислорода рассеивались, ген «выключался». Стимуляции клеток в течение всего 10 секунд один раз в день было достаточно, чтобы вызвать экспрессию генов и выделение достаточного количества инсулина для восстановления нормального уровня глюкозы в крови у лабораторных мышей.
Лаборатория Фуссенеггера ранее разработала электрогенетическое устройство, которое использовало для активации клеток переменный ток при высоком напряжении, но оно требовало слишком много энергии, чтобы его можно было использовать в носимых устройствах. Новое исследование показывает, что электронный контроль экспрессии генов не требует большой мощности или сложных устройств.
Работа опубликована в журнале Nature Metabolism.