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可穿戴设备与生物系统通信以控制基因表达 

可穿戴设备已经变得普遍,并且越来越受欢迎。 这些设备通常将生物材料与电子设备连接起来。 一些可穿戴电磁设备充当机械能量采集器来提供能量。 目前, 没有可用的“直接电遗传接口”。 因此,可穿戴设备无法直接对基于基因的疗法进行编程。 研究人员开发了第一个直接电遗传接口,可以在人类细胞中表达转基因。 它被称为 DART(直流电流驱动调节技术),使用直流电源产生活性氧,作用于合成启动子进行表达。 在 1 型糖尿病小鼠模型中,该装置刺激皮下植入的工程人类细胞释放胰岛素,从而恢复正常血糖水平。  

可穿戴电子设备,例如智能手表、健身追踪器、 VR耳机如今,智能珠宝、联网眼镜、蓝牙耳机和许多与健康相关的设备已经很常见,并且越来越受欢迎,尤其是在健康领域。 通常,非侵入性健康相关设备将生物材料(包括酶)与电子设备连接起来,用于监测生物体液(汗液、唾液、间质液和眼泪)中的活动性、生命体征和生物标志物。 一些可穿戴设备电磁设备也充当机械能量采集器来提供能量。  

互联 可穿戴设备 在收集个人健康数据方面发挥着关键作用,这些数据可以方便地提供个性化医疗保健,包括基于基因的疗法。 1型糖尿病 就是这样一种情况,可穿戴监测设备可以刺激和控制皮下植入的工程人体细胞中胰岛素的表达,以释放胰岛素并恢复正常的血糖水平。 设备需要一个电遗传接口来控制基因表达。 但由于没有任何功能性通信接口,电子世界和遗传世界在很大程度上仍然不兼容,可穿戴设备尚未发展到能够提供 基于基因的疗法.  

瑞士巴塞尔苏黎世联邦理工学院的研究人员最近成功开发了这样一种接口,使电子设备能够通过使用低电平直流电流与遗传世界进行通信。 名为 DART(直流驱动调节技术),该技术可产生无毒水平的 活性氧 可逆地微调合成启动子。 在小鼠模型中,其应用成功刺激植入皮下的工程人类细胞释放胰岛素并恢复血糖水平。  

目前,DART看起来很有前途,但它已经通过了严格的临床试验,并证明了其在安全性和有效性方面的价值。 未来,带有 DART 功能的可穿戴电子设备可能能够直接对代谢干预进行编程。 

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参考文献:  

  1. 金杰, et al.,2018。可穿戴生物电子学:基于酶的穿戴式电子设备。 附件。 化学。 资源。 2018, 51, 11, 2820–2828。 发布日期:6 年 2018 月 XNUMX 日。DOI: https://doi.org/10.1021/acs.accounts.8b00451  
  1. 黄J.,薛S.,布赫曼,P.。 2023.一种通过直流电对哺乳动物基因表达进行编程的电遗传接口。 自然新陈代谢。 发布日期:31 年 2023 月 XNUMX 日。DOI: https://doi.org/10.1038/s42255-023-00850-7  

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乌梅什·普拉萨德(Umesh Prasad)
乌梅什·普拉萨德(Umesh Prasad)
科学记者| 《科学欧洲》杂志创始人编辑

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