華東師范大學發表Science子刊封面：糖尿病診療新突破

　　來自華東師范大學生命科學學院，上海市調控生物學重點實驗室等處的研究人員發表了題為“Smartphone-controlled optogenetically engineered cells enable semiautomatic glucose homeostasis in diabetic mice”的文章，將活體組織和高科技相結合，研發出了一種集糖尿病診斷和治療為一體的診療新系統，首次實現通過智能手機超遠程調控治療糖尿病的目的。

　　這一研究成果公布在4月26日的Science Translational Medicine雜志封面上，文章的通訊作者是華東師范大學生命科學學院“青年千人”葉海峰研究員，第一作者為邵佳偉。這項研究在國內合成生物學領域具有標志性意義，也有望成為未來個性化、數字化、全球化精準醫療新的風向標。

　　全球有超過4.15億的糖尿病患者，他們常常需要給自己注射胰島素來控制其血糖。人類細胞可通過基因工程改造成有效制造并輸送激素和信號分子的活工廠，可是大多數合成生物途徑都不能提供與數碼傳感器同等水平的敏感性和精確性。近幾年來，隨著移動通訊技術的不斷革新，智能手機得到了飛速的發展，從一個單純的通話設備逐漸轉變為集高清相機、電子銀行、全球定位系統為一體的多功能電子設備。同時，智能手機也成為移動醫療的重要組成部分，其在血糖監控中已經有了應用。

　　在這篇文章中，研究人員發現利用智能手機能控制生成胰島素，這樣得到的細胞可以幫助糖尿病小鼠將血糖濃度保持在正常范圍之內。這一系統有兩大功能特點：第一，研究人員可通過智能手機ECNU-TeleMed app 超遠程控制遠紅光亮度來調控基因表達量；第二，糖尿病小鼠血糖高低信號可以被轉化翻譯成遠紅光亮度來調控基因表達量。

　　通過智能手機控制遠紅光響應的工程化細胞達到糖尿病半自動化治療的設計示意圖

　　首先，研究人員利用合成生物學理念，設計合成了遠紅光調控基因表達的定制化細胞，該定制化細胞在遠紅光的照射下，可以被激活表達任何想要的報告基因或藥物蛋白，例如綠色熒光蛋白或胰島素等。當研究人員將遠紅光控制胰島素表達的定制化細胞移植到糖尿病小鼠皮下時，給予糖尿病小鼠直接遠紅光照射，可以激活皮下移植的細胞表達胰島素并起到良好的降血糖效果。利用該治療方法，糖尿病鼠只需要每天光照2-4小時，就可以把血糖維持在正常水平并長達半個月時間。此外，該治療方法降血糖效果見效非常快，只需要光紅光照射1-2小時，血糖就顯著降低到正常水平。

　　研究人員采用了多學科聯合設計方法，進一步設計開發了糖尿病診療一體化智能控制系統。小鼠的血糖值由血糖儀讀取獲得后，可通過藍牙無線發送到定制的智能控制器（Smart Controller）和智能手機中。當血糖值高于預先設定的安全血糖閾值時，智能控制器可以點亮移植在小鼠體內含有定制化細胞的水凝膠LED復合體(Hydroge LED)，從而激活定制化細胞產生胰島素或GLP-1達到降血糖并維持血糖穩定的作用，最終實現自動診斷、精準治療的目的。

　　此外，當智能手機中顯示治療異常時，亦可以強制控制智能控制器，進行優化方案治療。當研究者們在糖尿病模型鼠中植入Hydroge LED時，實現了對糖尿病小鼠診療一體化的智能治療，并取得了良好的治療效果，為今后臨床上診療一體化、精準治療糖尿病提供了新思路與新策略。

　　作者表示，這項研究成功地將數碼信號與改造細胞關聯，這代表了將類似基于細胞的治療轉化為臨床治療的道路上邁出了重要一步。同期Science Translational Medicine也發表了評論文章，Mark Gomelsky等人認為這是一項“突出的成果（an outstanding example）”，“令人驚嘆的研究發現（an amazing study）”。