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撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

糖尿病是全世界范围内非常常见的代谢性疾病,由于胰岛素分泌缺陷和/或其生物作用受损,导致高血糖,进而导致各种组织,特别是眼、肾、心脏、血管、神经的慢性损害、功能障碍。患者通常依赖于注射或使用胰岛素泵来额外提供胰岛素。

近年来,科学家们希望通过直接在体内重新产生和施用胰岛素的方法来帮助糖尿病患者生活的更轻松。其中一个解决方案是将产生胰岛素的工程化细胞封装后植入体内,为了能够从外部控制这些细胞何时以及将多少胰岛素释放到血液中,研究人员开发了几种不同的触发因素——光、温度和电场。

而最近,苏黎世联邦理工学院的研究人员开发出了一种新方法——通过播放音乐刺激细胞在几分钟内释放胰岛素,例如皇后乐队的热门歌曲《We Will Rock You》。

这项研究以:Tuning of cellular insulin release by music for real-time diabetes control 发表在了《柳叶刀》子刊The Lancet Diabetes & Endocrinology上。

让细胞接收声波

为了让产生胰岛素的细胞接受声波,研究团队使用了一种来自大肠杆菌的离子通道蛋白。这种蛋白对机械刺激作出反应,其位于细菌的细胞膜上并调节钙离子进入细胞内部。研究团队将这种细菌离子通道蛋白整合到了产生人类胰岛素的细胞中,嵌入细胞膜。

正如预期的那样,这些细胞中的离子通道在“听到声音”后打开,允许带正电的钙离子流入细胞。这会导致细胞膜的电荷逆转,进而导致细胞内充满胰岛素的小泡与细胞膜融合,并向外界释放胰岛素。

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特定音乐促进胰岛素分泌

研究团队首先确定了激活离子通道效果最强烈的音乐的音量和频率,他们发现,60分贝左右的音量水平和50赫兹的低音频率是触发离子通道打开的最有效条件。为了激发胰岛素的最大释放,声音或音乐必须持续至少3秒,并暂停最多5秒。如果间隔太久,释放的胰岛素就会大大减少。

最后,他们研究了在85分贝的音量下,哪种音乐类型能引起最强的胰岛素反应。结果显示,皇后乐队的《We Will Rock You》等低沉的摇滚乐位居榜首,其次是电影《复仇者联盟》的配乐。相比之下,胰岛素对古典音乐和吉他音乐的反应相当弱。

该研究的领导者、苏黎世联邦理工学院的Martin Fussenegger教授表示,《We Will Rock You在5分钟内触发了大约70%的胰岛素反应,而所有的反应都在15分钟内发生。这与健康人在天然葡萄糖诱导的胰岛素反应相当。

不必担心环境噪音干扰

为了测试整个系统,研究团队将产生胰岛素的细胞植入小鼠体内,并将动物的腹部直接放在音响上,此时播放音乐能够触发小鼠体内植入的细胞释放胰岛素。而如果小鼠能够自由活动,播放音乐就无法触发胰岛素释放。

研究团队表示,该研究设计的细胞只有当合适的声音直接在植入细胞的皮肤上方播放时才会触发胰岛素释放。因此不会受到环境噪音的影响。此外,植入细胞中的胰岛素释放完后需要大约四小时来重新产生,因此,这些细胞即使每隔一小时就暴露在声音中,也不可能每次都释放出充足的胰岛素而导致危及生命的低血糖。

这项研究距离临床应用还有很长的路要走,但它提供了一个概念证明,表明了可以通过声波等机械刺激来调控基因网络。此外,除了用于控制胰岛素释放外,该系统还可用于控制其他治疗性蛋白质的释放。

论文链接

https://www.thelancet.com/journals/landia/article/PIIS2213-8587(23)00153-5/fulltext