Команде исследователей во главе с профессором ETH Мартином Фуссенеггером впервые удалось использовать электрический ток для непосредственного контроля экспрессии генов. Эта работа служит основой для появления медицинских биоимплантатов, которыми можно управлять дистанционно с помощью приложения на смартфоне.
Colourbox
Традиционно имплантаты на основе живых клеточных структур реагируют на биохимические раздражители, такие как слишком высокий уровень липидов в крови или слишком низкий уровень сахара. С учётом развития электроники было бы заманчиво научиться управлять биоимплантатами электрическими импульсами. Это позволило бы автоматизировать процессы слежения за здоровьем или проводить контролируемое лечение, в том числе удалённо.
«Мы давно хотели напрямую контролировать экспрессию генов с помощью электричества; теперь мы, наконец, добились успеха», ― сказал Фуссенеггер.
Модуль для дистанционного управления выработкой инсулина (Krzysztof Krawczyk / ETH Zurich)
Созданный учёными из Цюриха имплантат предназначен для управляемой выработки инсулина. Модуль размерами чуть больше 3 см состоит из управляющей платы и ёмкости с клетками человека, способными вырабатывать инсулин. Ёмкость подключена к плате электроники миниатюрным кабелем, и всё это управляется без проводного подключения со смартфона.
После приёма пищи или по расписанию, если приём пищи строго регламентирован, приложение посылает на имплантат сигнал. Модуль электроники начинает вырабатывать импульсы тока, которые воздействуют непосредственно на клетки, находящиеся в ёмкости. Точнее, электрические сигналы стимулируют особую комбинацию кальциевых и калиевых каналов, что, в свою очередь, запускает сигнальный каскад в клетке, которая контролирует ген инсулина. Затем клеточный аппарат загружает инсулин в пузырьки-везикулы, которые входят в соприкосновение с клеточной мембраной и высвобождают инсулин в течение нескольких минут.
Схема стимуляции клеток электрическими импульсами для воздействия на гены, ответственные за выработку инсулина
Учёные проверили работу имплантата на мышах и убедились в реальности проекта. Впрочем, до начала клинических испытаний на людях ещё предстоит убедиться в том, что электрические сигналы не несут вреда генам других клеток. Также проблемой остаётся замена вырабатывающих инсулин клеток в ёмкости имплантата. Их необходимо менять раз в три недели. Нет практического смысла в удалённо управляемых имплантатах, если каждые три недели из них необходимо буквально сливать отработавшие клетки и заливать свежие.
