Nature醫(yī)學(xué)：用電磁波遙控基因活性
日期：2014-12-18 08:58:21
洛克菲勒大學(xué)和倫斯勒理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)強(qiáng)大的遠(yuǎn)程遙控技術(shù)，他們利用電磁波成功啟動(dòng)了胰島素生產(chǎn)，降低了糖尿病小鼠的血糖。這一成果發(fā)表在十二月十五日的Nature Medicine雜志上。
研究人員將鐵蛋白與TRPV1通道偶聯(lián)起來(lái)，鐵蛋白是儲(chǔ)存鐵的天然顆粒，而TRPV1通道是受熱激活的離子通道。當(dāng)金屬顆粒暴露在無(wú)線電波或磁場(chǎng)里時(shí)，它就能打開(kāi)TRPV1通道，進(jìn)而激活生產(chǎn)胰島素的基因。這兩個(gè)蛋白組成了一個(gè)能在活細(xì)胞中啟動(dòng)基因表達(dá)的納米機(jī)器。
“這種基因表達(dá)的無(wú)線控制體系，可以用來(lái)治療血友病等多種疾病，補(bǔ)充在疾病中缺失的蛋白，”洛克菲勒大學(xué)的Jeffrey Friedman教授說(shuō)。“我們正在探索如何用這種非侵入性技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)神經(jīng)回路的活性。”Friedman和倫斯勒理工學(xué)院的Jonathan S. Dordick是這項(xiàng)研究的資深研究者。
人們此前曾經(jīng)開(kāi)發(fā)過(guò)其他遠(yuǎn)程控制技術(shù)，對(duì)活體動(dòng)物的細(xì)胞和基因活性進(jìn)行調(diào)節(jié)，但這些技術(shù)都存在一定的局限。以光信號(hào)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)需要永久性植入特殊設(shè)備，而且只在皮膚附近有效，依賴藥物的體系起作用又太慢。
這項(xiàng)研究的放射遺傳學(xué)系統(tǒng)，主要用低頻無(wú)線電波或磁場(chǎng)來(lái)加熱或移動(dòng)鐵蛋白顆粒，促使細(xì)胞膜上的TRPV1通道打開(kāi)。鈣離子從通道流入之后，會(huì)啟動(dòng)一個(gè)合成的DNA片段，然后激活下游基因的生產(chǎn)。
“能使用射頻磁場(chǎng)（radiofrequency-driven magnetic field）是遙控基因表達(dá)的一大進(jìn)步，它是非侵入性的而且很容易使用，”Dordick教授說(shuō)。“這個(gè)技術(shù)就像基因治療那樣，你不需要植入任何東西。使用一個(gè)給機(jī)體特定部分提供磁場(chǎng)的可穿戴設(shè)備，我們就可以對(duì)多種疾病進(jìn)行治療，包括神經(jīng)退行性疾病。從這方面看，這一技術(shù)幾乎是沒(méi)有任何限制的。”
這項(xiàng)研究通過(guò)開(kāi)啟TRPV1通道讓鈣離子流入細(xì)胞，進(jìn)而啟動(dòng)胰島素基因。實(shí)際上，TRPV1通道控制的正電離子也能影響神經(jīng)元的活性，Stanley等人希望能夠利用這一點(diǎn)控制神經(jīng)元的開(kāi)和關(guān)，研究它們?cè)诖竽X中的作用。
