原創(chuàng) 時光派研究院 時光派

我們的情緒、精力、健康狀態(tài)甚至世界觀，都是由體內(nèi)各種化學物質(zhì)決定，之所以出現(xiàn)精神、身體的負面情況，多半是某些功能細胞未在對的時間分泌對的物質(zhì)。

倘若不遠將來，我們可以用智能程序指揮身體激素分泌，讓其“規(guī)范化”、“健康化”，一定可以預防大量疾病，或個體化治療諸多“疑難雜癥”。

這個愿想正越來越近～

上周末，《Science》雜志披露了一個匯集西湖大學、蘇黎世聯(lián)邦理工、華東師范大學頂尖科學家成果的“生物黑科技裝備”：僅需一個 “芯片”，即可用電子設備在體外控制動物體內(nèi)的激素分泌，最終達到控制、治療疾病的目的。

圖-皮下就是平時打針做皮試的位置

芯片外觀如下圖，它的體積小于硬幣，卻是個五臟俱全的生物電子設備；

因為體積小，該芯片可以順利植入活體動物的皮下，是不是有點馬斯克追求的“人機互融共生”那味兒了？

圖-黑科技皮下芯片，雖丑但強

接下來，科學家試著用這個芯片治療糖尿病。

I型糖尿病的病因是胰島β細胞的胰島素分泌不足，科學家把一種基因改造后的人造胰島β細胞放入芯片左側(cè)圓槽，隨后將其整塊埋入糖尿病小鼠背部的皮下位置。

01

人工埋這細胞有啥意義？

要知道，普通β細胞需經(jīng)歷：

環(huán)境中的細胞介質(zhì)、輔助因子、信號因→β細胞膜去極化→電壓依賴鈣通道激活→環(huán)境中的鈣離子內(nèi)流→基因表達轉(zhuǎn)變

這一系列復雜步驟，才能最終分泌胰島素，而糖尿病患體內(nèi)這些過程多半是受損的、不靈通的！

本研究所用的人工β細胞則無需上述復雜的“環(huán)境要求”，芯片釋放指令后直接引起鈣離子內(nèi)流，隨后人工細胞分泌胰島素。

因此，只需把芯片激活程序?qū)懭胍粋€體外信號發(fā)射器（可看做芯片的“遙控板”），在需要調(diào)控血糖時（例如飯前）開啟發(fā)射器，即可無線遙控芯片，最終降低血糖。

圖-改造胰島β細胞示意圖

目前I型糖尿病所注射的速效胰島素，大約在15-20分鐘后小時后起效。

本研究這款智能芯片起效時間也與之非常接近：打開發(fā)射器僅10分鐘，小鼠體內(nèi)芯片便被激活，15分鐘后，小鼠血糖開始下降。

圖-實時監(jiān)控下的小鼠血糖

聽起來是不是很激動人心？不用打針，不用服藥，手指頭點一點，就能向體內(nèi)發(fā)送生物信號，改變整個身體的糖代謝狀態(tài)——就像發(fā)微信一般輕松簡單。

然而目前該設備只在動物身上取得成功，想要運用于人類、惠及大眾，還需升級換代，解決2個明顯“缺陷”：

1、不夠便攜

首先是不夠便攜，植入式芯片本身挺小巧（對比下圖民間生物黑客手機般大的設備......），但與之配套的體外信號發(fā)射器體積較大，且需要我們貼身攜帶（類似于藍牙耳機與手機），這感覺就和一直背著24小時心電圖監(jiān)測儀似的。

常言道“有市場就會有改進”，計算機就是短短半個世紀就從一間房變成手掌般大小的，我們也期望該設備能進化得更輕便實用。

圖-民間“生物黑客”的植入設備，小巧便攜真的很重要！

2、芯片消耗過快

第二個顯著缺點，就是芯片消耗過快。

在本論文中，芯片池中的人造β細胞使用3周后會耗竭，必須人為更換，雖然對比每日注射胰島素（需至少4次），I型糖尿病患者“皮肉之苦”的頻率降低了，但若能進一步研得更長使用壽命的芯片，將會大大提高這類產(chǎn)品的依從性和普及率。

02

那，為什么這個“又大又疼”的設備會得到《Science》雜志的重點解讀呢？

原因是科學家們看好該技術“進一步優(yōu)化”后的潛在運用空間！

正如咱開頭所說，人體所有的舒適與不適，都源于神經(jīng)-內(nèi)分泌系統(tǒng)一次次“打破穩(wěn)態(tài)”和“重建穩(wěn)態(tài)”，只要我們能基因編輯造出不同組織器官的細胞（甚至用干細胞技術獲得年輕的人源內(nèi)分泌細胞），就可“復制”該項研究成果到任意疾病治療領域。

圖-神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)是交互作用的

來進行一次不完整的“暢想”！升級版的發(fā)射器，可直接省去笨重的“遙控板”，將程序?qū)懭胧謾CAPP，只需開啟或關閉該APP，就可一鍵調(diào)控體內(nèi)多種激素。

從而治療：甲狀腺素不足引起的甲減，垂體生長激素不足引起的侏儒癥，性激素不足導致的性欲減退、不孕不育，瘦素、饑餓素分泌紊亂所致的肥胖，以及松果體褪黑素不足引起的睡眠障礙，神經(jīng)遞質(zhì)紊亂引發(fā)的神經(jīng)-精神疾病等等等等！

圖-激素分泌相關的疾?。ú糠郑?p>

時光派點評

這篇研究報道的創(chuàng)新之處在于，科學家通過基因改造，得到了可人為操縱的β細胞，這些細胞放入病患體內(nèi)后，像提線木偶般“聽話”，并成功替代已病的“原廠部件”進行工作。

除了在治病方面有巨大潛力，該技術也有望用于延緩衰老：如果能改造更多類型的體細胞（依賴于基因編輯技術進一步成熟?。敲春芏嗥鞴僭谒ダ线^程中發(fā)生萎縮、凋亡的現(xiàn)象就變得不再可怕：例如通過彌補胸腺激素，延遲免疫系統(tǒng)甚至全身衰老；通過代償性腺的分泌功能，延緩生殖衰老......

但同樣的，我們應看到該技術背后的風險。人體內(nèi)部是相對“封閉”的，一旦植入數(shù)字設備，就意味著把生命活動與計算機程序融合，這些程序能夠被編寫、矯正，也就自然能被攻擊、篡改。想象一下：黑客們像黑星巴克WIFI一樣入侵你的信號發(fā)射器(或手機APP)，在你極限運動時篡改你的糖、脂肪代謝，讓肌肉細胞能量“供不應求”，怕是要輕則頭暈手軟，重則有生命危險了~

THE END

如有任何對文章內(nèi)容的疑惑、想法，或抗衰領域的問題，歡迎掃碼聯(lián)系小助理，更有超多獨家驚喜福利免費放送哦！

參考文獻

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

閱讀原文