左：本研究通讯作者叶海峰研究员；右：本研究第一作者邵佳伟
近年来，随着行动通讯技术的不断革新，智能型手机快速发展，也成为行动医疗不可或缺的一部分，已应用在血糖监控中。但是，目前对糖尿病患者仅有诊断和检测功能，无法实现治疗。因此，华东师大生命科学学院的叶海峰研究员团队巧妙地将合成生物学与电子工程学相结合，开发了一种集糖尿病诊断和治疗为一体的智能诊疗新系统。
集糖尿病诊断和治疗为一体的智能诊疗新系统
该系统有两大功能特点：第一，研究人员可通过手机ECNU-TeleMed app超远程控制远红光亮度来调控基因表现量；第二，糖尿病白老鼠血糖高低讯号，可以被转化翻译成远红光亮度来调控基因表现量。
通过智能手机控制远红光响应的工程化细胞达到糖尿病半自动化治疗的设计示意图
首先，研究人员利用合成生物学理念，设计合成了远红光调控基因表现的定制化细胞，该改造细胞在远红光的照射下，可以产生任何想要的报告基因或药物蛋白，例如绿色荧光蛋白或胰岛素等。
远红光调控基因表达控制系统设计示意图及其调控报告基因表达的动力学特征研究
远红光时空控制定制化细胞表达绿色荧光蛋白。可以实现用远红光在体外培养的单层细胞上任意写字。左图为细胞上方放有镂空ECNU字样的黑纸，右图为远红光激活细胞表达绿色荧光蛋白
当研究人员将远红光控制胰岛素表现的定制化细胞，移植到糖尿病老鼠皮下时，给予糖尿病老鼠直接远红光照射，可以启动皮下移植的细胞产生胰岛素，并起到良好的降血糖效果。利用该治疗方法，糖尿病鼠只需要每天光照2-4小时，就可以把血糖维持在正常水平并长达半个月时间。
研究人员采用了多学科联合设计方法，进一步设计、开发出糖尿病诊疗一体化智能控制系统。使用血糖仪测出老鼠的血糖值后，可通过蓝牙无线传送到特制的智能控制器（Smart Controller）和智能型手机中。当血糖值高于预先设定的安全血糖阈值时，智能控制器可以点亮移植在老鼠体内、含有定制化细胞的水凝胶LED复合体(Hydroge LED)，从而触发定制化细胞产生胰岛素或GLP-1，达到降血糖并维持血糖稳定的作用。此外，当手机显示异常时，亦可以强制控制智能控制器，进行优化方案治疗。
怀俄明大学分子生物学家Mark Gomelsky针对此次研究撰写了一篇评论。他说，相较于将圆盘植入人体皮肤，透过配戴LED手环也能达成同样效果，而且更简单。不过，改造的细胞仍然需要单独注射到体内，目前这种改造细胞需要多久注射一次仍不清楚。
Gomelsky教授认为，华东师大的技术可能不是治疗第1型糖尿病的最佳方法，毕竟，美国食品药物管理局（FDA）去年才刚批准了第一台全自动胰岛素注射器上市。但他认为，该技术可以用来远端控制细胞产生基因改造的药物，用于其他疾病的治疗。
来源： 华东师范大学
