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你或许已经习惯了用智能手环或手表监测自己的健康参数，比如心率变化、睡眠质量或是体能消耗等，但你有没有设想过，通过可穿戴电子设备，还能自己控制细胞里的基因表达，刺激和干预自己的生理指标？
这不是科幻作品中的情节，而是已经能实现的技术了。瑞士巴塞尔大学（University of Basel）和苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的科研人员最近开发了一种创新的“电遗传”接口，可通过可穿戴电子设备直接编程代谢干预。
根据他们发表在《自然-代谢》（Nature Metabolism）期刊上的概念性验证研究结果，这套系统通过轻微的电流，可以激活工程人体细胞中的基因，使其表达胰岛素，让1型糖尿病小鼠的血糖水平恢复正常。
研究人员把这套可调节的接口称为DART，即“直流激发的调控技术”，因为装上普通的电池或移动充电器就可提供电流控制目标基因的表达，适用于可穿戴电子设备。低电压输送的直流电可以快速产生自由电子以及无细胞毒性的低浓度活性氧（ROS）。产生的活性氧继而通过ROS生物传感器作用，对合成的启动子进行可逆地微调，实现基因表达的开和关。
▲哺乳动物细胞中直流电激活转基因表达开关的设计示意图（图片来源：参考资料[1]）
在概念性验证中，研究人员首先对人体细胞进行改造，使其在受电刺激时能激活胰岛素基因的表达，然后将细胞装入凝胶微囊，植入糖尿病小鼠的背部，以针灸针作为电极，向皮下输送电刺激。
测试中，研究人员只需每天打开电源一次，以4.5伏的直流电向小鼠皮下的工程细胞持续输送短短10秒的电刺激，这套设备就触发细胞产生了足够的胰岛素，减轻餐后血糖偏移，恢复到正常的血糖水平。
▲DART系统用于帮助1型糖尿病小鼠释放胰岛素控制血糖（图片来源：参考资料[1]）
论文指出，除了应用于糖尿病的血糖管理外，合成生物学通过组装复杂的基因线路已经可以实现对多种细胞行为的控制，应用于慢性疼痛的按需镇痛、检测和消除细菌感染、以及药物的体内递送等。结合直流电触发的技术，在不久的将来，我们利用可穿戴设备或许可以实现超乎想象的功能。
参考资料：
[1] Jinbo Huang et al., (2023) An electrogenetic interface to program mammalian gene expression by direct current. Nature Metabolism Doi: https://doi.org/10.1038/s42255-023-00850-7
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