原創(chuàng) 時(shí)光派研究院 時(shí)光派

我們的情緒、精力、健康狀態(tài)甚至世界觀，都是由體內(nèi)各種化學(xué)物質(zhì)決定，之所以出現(xiàn)精神、身體的負(fù)面情況，多半是某些功能細(xì)胞未在對(duì)的時(shí)間分泌對(duì)的物質(zhì)。

倘若不遠(yuǎn)將來，我們可以用智能程序指揮身體激素分泌，讓其“規(guī)范化”、“健康化”，一定可以預(yù)防大量疾病，或個(gè)體化治療諸多“疑難雜癥”。

這個(gè)愿想正越來越近～

上周末，《Science》雜志披露了一個(gè)匯集西湖大學(xué)、蘇黎世聯(lián)邦理工、華東師范大學(xué)頂尖科學(xué)家成果的“生物黑科技裝備”：僅需一個(gè) “芯片”，即可用電子設(shè)備在體外控制動(dòng)物體內(nèi)的激素分泌，最終達(dá)到控制、治療疾病的目的。

圖-皮下就是平時(shí)打針做皮試的位置

芯片外觀如下圖，它的體積小于硬幣，卻是個(gè)五臟俱全的生物電子設(shè)備；

因?yàn)轶w積小，該芯片可以順利植入活體動(dòng)物的皮下，是不是有點(diǎn)馬斯克追求的“人機(jī)互融共生”那味兒了？

圖-黑科技皮下芯片，雖丑但強(qiáng)

接下來，科學(xué)家試著用這個(gè)芯片治療糖尿病。

I型糖尿病的病因是胰島β細(xì)胞的胰島素分泌不足，科學(xué)家把一種基因改造后的人造胰島β細(xì)胞放入芯片左側(cè)圓槽，隨后將其整塊埋入糖尿病小鼠背部的皮下位置。

01

人工埋這細(xì)胞有啥意義？

要知道，普通β細(xì)胞需經(jīng)歷：

環(huán)境中的細(xì)胞介質(zhì)、輔助因子、信號(hào)因→β細(xì)胞膜去極化→電壓依賴鈣通道激活→環(huán)境中的鈣離子內(nèi)流→基因表達(dá)轉(zhuǎn)變

這一系列復(fù)雜步驟，才能最終分泌胰島素，而糖尿病患體內(nèi)這些過程多半是受損的、不靈通的！

本研究所用的人工β細(xì)胞則無需上述復(fù)雜的“環(huán)境要求”，芯片釋放指令后直接引起鈣離子內(nèi)流，隨后人工細(xì)胞分泌胰島素。

因此，只需把芯片激活程序?qū)懭胍粋€(gè)體外信號(hào)發(fā)射器（可看做芯片的“遙控板”），在需要調(diào)控血糖時(shí)（例如飯前）開啟發(fā)射器，即可無線遙控芯片，最終降低血糖。

圖-改造胰島β細(xì)胞示意圖

目前I型糖尿病所注射的速效胰島素，大約在15-20分鐘后小時(shí)后起效。

本研究這款智能芯片起效時(shí)間也與之非常接近：打開發(fā)射器僅10分鐘，小鼠體內(nèi)芯片便被激活，15分鐘后，小鼠血糖開始下降。

圖-實(shí)時(shí)監(jiān)控下的小鼠血糖

聽起來是不是很激動(dòng)人心？不用打針，不用服藥，手指頭點(diǎn)一點(diǎn)，就能向體內(nèi)發(fā)送生物信號(hào)，改變整個(gè)身體的糖代謝狀態(tài)——就像發(fā)微信一般輕松簡單。

然而目前該設(shè)備只在動(dòng)物身上取得成功，想要運(yùn)用于人類、惠及大眾，還需升級(jí)換代，解決2個(gè)明顯“缺陷”：

1、不夠便攜

首先是不夠便攜，植入式芯片本身挺小巧（對(duì)比下圖民間生物黑客手機(jī)般大的設(shè)備......），但與之配套的體外信號(hào)發(fā)射器體積較大，且需要我們貼身攜帶（類似于藍(lán)牙耳機(jī)與手機(jī)），這感覺就和一直背著24小時(shí)心電圖監(jiān)測儀似的。

常言道“有市場就會(huì)有改進(jìn)”，計(jì)算機(jī)就是短短半個(gè)世紀(jì)就從一間房變成手掌般大小的，我們也期望該設(shè)備能進(jìn)化得更輕便實(shí)用。

圖-民間“生物黑客”的植入設(shè)備，小巧便攜真的很重要！

2、芯片消耗過快

第二個(gè)顯著缺點(diǎn)，就是芯片消耗過快。

在本論文中，芯片池中的人造β細(xì)胞使用3周后會(huì)耗竭，必須人為更換，雖然對(duì)比每日注射胰島素（需至少4次），I型糖尿病患者“皮肉之苦”的頻率降低了，但若能進(jìn)一步研得更長使用壽命的芯片，將會(huì)大大提高這類產(chǎn)品的依從性和普及率。

02

那，為什么這個(gè)“又大又疼”的設(shè)備會(huì)得到《Science》雜志的重點(diǎn)解讀呢？

原因是科學(xué)家們看好該技術(shù)“進(jìn)一步優(yōu)化”后的潛在運(yùn)用空間！

正如咱開頭所說，人體所有的舒適與不適，都源于神經(jīng)-內(nèi)分泌系統(tǒng)一次次“打破穩(wěn)態(tài)”和“重建穩(wěn)態(tài)”，只要我們能基因編輯造出不同組織器官的細(xì)胞（甚至用干細(xì)胞技術(shù)獲得年輕的人源內(nèi)分泌細(xì)胞），就可“復(fù)制”該項(xiàng)研究成果到任意疾病治療領(lǐng)域。

圖-神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)是交互作用的

來進(jìn)行一次不完整的“暢想”！升級(jí)版的發(fā)射器，可直接省去笨重的“遙控板”，將程序?qū)懭胧謾C(jī)APP，只需開啟或關(guān)閉該APP，就可一鍵調(diào)控體內(nèi)多種激素。

從而治療：甲狀腺素不足引起的甲減，垂體生長激素不足引起的侏儒癥，性激素不足導(dǎo)致的性欲減退、不孕不育，瘦素、饑餓素分泌紊亂所致的肥胖，以及松果體褪黑素不足引起的睡眠障礙，神經(jīng)遞質(zhì)紊亂引發(fā)的神經(jīng)-精神疾病等等等等！

圖-激素分泌相關(guān)的疾病（部分）

時(shí)光派點(diǎn)評(píng)

這篇研究報(bào)道的創(chuàng)新之處在于，科學(xué)家通過基因改造，得到了可人為操縱的β細(xì)胞，這些細(xì)胞放入病患體內(nèi)后，像提線木偶般“聽話”，并成功替代已病的“原廠部件”進(jìn)行工作。

除了在治病方面有巨大潛力，該技術(shù)也有望用于延緩衰老：如果能改造更多類型的體細(xì)胞（依賴于基因編輯技術(shù)進(jìn)一步成熟！），那么很多器官在衰老過程中發(fā)生萎縮、凋亡的現(xiàn)象就變得不再可怕：例如通過彌補(bǔ)胸腺激素，延遲免疫系統(tǒng)甚至全身衰老；通過代償性腺的分泌功能，延緩生殖衰老......

但同樣的，我們應(yīng)看到該技術(shù)背后的風(fēng)險(xiǎn)。人體內(nèi)部是相對(duì)“封閉”的，一旦植入數(shù)字設(shè)備，就意味著把生命活動(dòng)與計(jì)算機(jī)程序融合，這些程序能夠被編寫、矯正，也就自然能被攻擊、篡改。想象一下：黑客們像黑星巴克WIFI一樣入侵你的信號(hào)發(fā)射器(或手機(jī)APP)，在你極限運(yùn)動(dòng)時(shí)篡改你的糖、脂肪代謝，讓肌肉細(xì)胞能量“供不應(yīng)求”，怕是要輕則頭暈手軟，重則有生命危險(xiǎn)了~

THE END

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參考文獻(xiàn)

Krzysztof Krawczyk et al., (2020), Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice, Science, DOI: 10.1126/science.aau7187

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