Команда ученых из Швейцарской высшей технической школы в Цюрихе впервые смогла регулировать генную экспрессию, используя для этого электрический ток. Такую технологию можно использовать для создания биомедицинских имплантов, которые могут дистанционно включаться и выключаться.

Статья об исследовании опубликована в журнале Science.

Для реализации методики авторы работы создали имплант размером с монету. Он состоит из печатной управляющий платы и капсулы, содержащей клетки человека: обе части импланта соединены миниатюрным электрическим кабелем. Устройство активируется при помощи радиосигнала, после чего управляющая плата начинает генерировать электрический ток для активации клеток.

Электричество стимулирует калиевые и кальциевые каналы в мембранах. Эти каналы, в свою очередь, запускают биохимический каскад, регулирующий экспрессию гена синтеза инсулина — гормона, отвечающего за утилизацию глюкозы в организме. Накапливающийся инсулин заключается в пузырьки-везикулы, которые сливаются с мембраной и высвобождают таким образом гормон из клетки.

Вживляемое устройство обеспечивает синтез необходимого вещества, в данном случае — инсулина / Krawczyk, Buchmann et al., Science, 2020

Такой имплант может быть полезен диабетикам. Как только человек с подобным устройством, вживленным под кожу, что-то съедает и уровень сахара в его крови повышается, он может активировать имплант — например, через приложение на мобильном телефоне. Вскоре после этого клетки высвободят необходимое количество инсулина, вырабатываемого для регулирования уровня сахара в крови пациента. Также девайс может самостоятельно снимать биохимические показатели и активироваться автоматически.

Исследование швейцарских ученых стало первым в своем роде, показывающим, как работа генов может контролироваться при помощи электрических сигналов. Авторы разработки проверили ее на мышах и уже планируют протестировать имплант на людях. Однако перед этим исследователям необходимо разработать максимально эффективный способ замены клеток в импланте (это нужно делать каждые три недели).

Подобные устройства могут дать мощный толчок развитию так называемого интернета тела — масштабной экосистеме медицинских девайсов и датчиков.

«Подобное устройство позволило бы людям полностью интегрироваться в цифровой мир», — говорит ведущий автор работы Мартин Фуссенеггер.