![pageSearch](/themes/hestia/images/page-search.webp)
5 питательных веществ, которые способствуют оптимальному здоровью сердечно-сосудистой системы*
Jul 29, 20235 питательных веществ, которые способствуют оптимальному здоровью сердечно-сосудистой системы*
Jun 23, 20238 лучших добавок железа 2023 года, проверено экспертами
Jul 05, 20238 потенциальных преимуществ помидоров для здоровья
Aug 04, 20238 потенциальных преимуществ помидоров для здоровья
Jun 17, 2023Электрогенетический интерфейс для программирования экспрессии генов млекопитающих с помощью постоянного тока
![Jun 29, 2023](/themes/hestia/images/news-details-icon1.webp)
Природный метаболизм (2023 г.) Цитировать эту статью
11 тысяч доступов
174 Альтметрика
Подробности о метриках
Носимые электронные устройства играют быстро растущую роль в сборе данных о здоровье людей для персонализированных медицинских вмешательств; однако носимые устройства пока не могут напрямую программировать генную терапию из-за отсутствия прямого электрогенетического интерфейса. Здесь мы обеспечиваем недостающее звено, разрабатывая электрогенетический интерфейс, который мы называем технологией регулирования постоянного тока (DC) (DART), который обеспечивает электродопосредованную, зависящую от времени и напряжения экспрессию трансгенов в клетках человека с использованием постоянного тока от батарей. DART использует источник постоянного тока для генерации нетоксичных уровней активных форм кислорода, которые действуют через биосенсор для обратимой точной настройки синтетических промоторов. В экспериментальном исследовании на модели самцов мышей с диабетом 1 типа трансдермальная стимуляция один раз в день подкожно имплантированных микроинкапсулированных инженерных клеток человека с помощью игл для акупунктуры под напряжением (4,5 В постоянного тока в течение 10 с) стимулировала высвобождение инсулина и восстанавливала нормогликемию. Мы считаем, что эта технология позволит носимым электронным устройствам напрямую программировать метаболические вмешательства.
Взаимосвязанные интеллектуальные электронные устройства все больше доминируют в нашей повседневной жизни и формируют наше понимание здоровья1; однако электронные и биологические системы функционируют совершенно по-разному и во многом несовместимы из-за отсутствия функционального интерфейса связи. В то время как биологические системы являются аналоговыми, запрограммированы генетикой, медленно обновляются в ходе эволюции и контролируются ионами, протекающими через изолированные мембраны, электронные системы являются цифровыми, программируются с помощью легко обновляемого программного обеспечения и управляются электронами, текущими по изолированным проводам. Электрогенетические интерфейсы, которые позволили бы электронным устройствам контролировать экспрессию генов, остаются недостающим звеном на пути к полной совместимости и взаимодействию электронного и генетического миров2.
Синтетическая биология решила эту задачу, объединив простые аналоговые генные переключатели в сложные генные схемы, которые могут программировать клеточное поведение с помощью функций логической обработки электронных схем, таких как генераторы3, таймеры4, памяти5, полосовые фильтры6 и релейные переключатели7, а также аналоговые -цифровые преобразователи8, полусумматоры9 и даже полные сумматоры10. Полезность многих из этих генных цепей была продемонстрирована в экспериментальном контроле различных заболеваний, включая рак3, бактериальные инфекции11, хроническую боль12 и диабет13. Генные схемы обычно включают в себя индуцируемые триггером генные переключатели, которые контролируются низкомолекулярными соединениями, такими как антибиотики14, витамины15, пищевые добавки16, косметика17 или летучие ароматизаторы8. Поскольку различия в биодоступности, плейотропных побочных эффектах и фармакодинамике могут поставить под угрозу общую регуляторную эффективность таких триггеров у млекопитающих, внимание все чаще обращается к немолекулярным бесследным физическим сигналам, таким как электромагнитные волны, включая свет18,19, магнитные поля20, радиоволны21. и тепло22; однако физически запускаемые переключения генов могут потребовать большого количества энергии21, могут включать в себя нефизиологические химические или неорганические кофакторы с побочными эффектами19, плохой биодоступностью23 или коротким периодом полураспада24, могут страдать от цитотоксичности, вызванной освещением25, и могут быть осложнены любым заболеванием, связанным с лихорадкой22.
Таким образом, существует потребность в устройстве, позволяющем осуществлять прямую электрическую настройку экспрессии генов млекопитающих с питанием от батареи, без кофакторов, в зависимости от времени и напряжения, чтобы подготовить почву для электроуправляемой экспрессии генов на переносных устройствах с потенциалом для подключения медицинских вмешательств к Интернету тела или Интернету вещей. Новаторские попытки создать электроиндуцируемую экспрессию генов в бактериях26,27,28,29,30 и клетках млекопитающих31,32,33 оказались многообещающими в клеточных культурах, но были либо несовместимы с применениями in vivo из-за цитотоксичности, ограниченной биодоступности и плохих клинических результатов. совместимость электрочувствительных окислительно-восстановительных соединений26,31 или необходимость переменного тока высокого напряжения, управляемого сложными биоэлектронными имплантатами с ограниченным сроком службы32. Такие устройства не подходят для использования в носимых устройствах с батарейным питанием для программирования терапевтической экспрессии трансгена в имплантированных клетках32.