柳葉刀子刊：用音樂(lè)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(jiàn)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(dǎo)致高血糖，進(jìn)而導(dǎo)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?；颊咄ǔＲ蕾囉谧⑸浠蚴褂靡葝u素泵來(lái)額外提供胰島素。
近年來(lái)，科學(xué)家們希望通過(guò)直接在體內(nèi)重新產(chǎn)生和施用胰島素的方法來(lái)幫助糖尿病患者生活的更輕松。其中一個(gè)解決方案是將產(chǎn)生胰島素的工程化細(xì)胞封裝后植入體內(nèi)，為了能夠從外部控制這些細(xì)胞何時(shí)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(chǎng)。
而近期，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出了一種新方法——通過(guò)播放音樂(lè)刺激細(xì)胞在幾分鐘內(nèi)釋放胰島素，例如皇后樂(lè)隊(duì)的熱門歌曲《We Will Rock You》。
這項(xiàng)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(xì)胞接收聲波
為了讓產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞接受聲波，研究團(tuán)隊(duì)使用了一種來(lái)自大腸桿菌的離子通道蛋白。這種蛋白對(duì)機(jī)械刺激作出反應(yīng)，其位于細(xì)菌的細(xì)胞膜上并調(diào)節(jié)鈣離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部。研究團(tuán)隊(duì)將這種細(xì)菌離子通道蛋白整合到了產(chǎn)生人類胰島素的細(xì)胞中，嵌入細(xì)胞膜。
正如預(yù)期的那樣，這些細(xì)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(xì)胞。這會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜的電荷逆轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)充滿胰島素的小泡與細(xì)胞膜融合，并向外界釋放胰島素。
特定音樂(lè)促進(jìn)胰島素分泌
研究團(tuán)隊(duì)首先確定了激活離子通道效果強(qiáng)烈的音樂(lè)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(lè)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(huì)大大減少。
他們研究了在85分貝的音量下，哪種音樂(lè)類型能引起較強(qiáng)的胰島素反應(yīng)。結(jié)果顯示，皇后樂(lè)隊(duì)的《We Will Rock You》等低沉的搖滾樂(lè)位居榜首，其次是動(dòng)作電影《復(fù)仇者聯(lián)盟》的配樂(lè)。相比之下，胰島素對(duì)古典音樂(lè)和吉他音樂(lè)的反應(yīng)相當(dāng)弱。
該研究的領(lǐng)導(dǎo)者、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)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(yīng)，而所有的反應(yīng)都在15分鐘內(nèi)發(fā)生。這與健康人在天然葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素反應(yīng)相當(dāng)。
不必?fù)?dān)心環(huán)境噪音干擾
為了測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)，研究團(tuán)隊(duì)將產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞植入小鼠體內(nèi)，并將動(dòng)物的腹部直接放在音響上，此時(shí)播放音樂(lè)能夠觸發(fā)小鼠體內(nèi)植入的細(xì)胞釋放胰島素。而如果小鼠能夠自由活動(dòng)，播放音樂(lè)就無(wú)法觸發(fā)胰島素釋放。
研究團(tuán)隊(duì)表示，該研究設(shè)計(jì)的細(xì)胞只有當(dāng)合適的聲音直接在植入細(xì)胞的皮膚上方播放時(shí)才會(huì)觸發(fā)胰島素釋放。因此不會(huì)受到環(huán)境噪音的影響。此外，植入細(xì)胞中的胰島素釋放完后需要大約四小時(shí)來(lái)重新產(chǎn)生，因此，這些細(xì)胞即使每隔一小時(shí)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(dǎo)致危及生命的低血糖。
這項(xiàng)研究距離臨床應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走，但它提供了一個(gè)概念證明，表明可以通過(guò)聲波等機(jī)械刺激來(lái)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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