（示意圖/取自pixabay）
靜脈抽血檢驗、血糖機快速檢測，常規的血糖監測方法總是準確度、便捷性難兩全。
如果掏出手機打開APP，就能查看當前的血糖水平，必要時還能一鍵注射胰島素，那就太方便了。
實際上，這個腦洞科學家已經在幫我們著手實現了。
由蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zürich）生物系統科學與工程系教授Martin Fussenegger帶領的科研團隊，利用電流直接控制基因表達，成功地在患有1型糖尿病的小鼠身上進行了實驗，這一腦洞也為使用體外電子設備調控醫用植入物提供了基礎。
當地時間2020年5月29日，該團隊題為Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice（電化學細胞胰島素釋放對1型糖尿病小鼠血糖的即時調控）的研究成果，在線上發表於國際權威期刊《科學》（Science）。
觸發電訊號即時調控血糖值
我們都知道，檢測、調控血糖值，對於控制糖尿病病情來說直接有效。
上文已經提到，目前兩種常規的血糖檢測方式，就是靜脈抽血檢驗和血糖機快速檢測。雖然抽血得到的結果準確，但通常需要空腹8～12小時，檢測結果也得再等2小時；要是用血糖機的話，患者在家就能快速獲取結果，但準確性較差。
基於此，之前不少研究人員的思路是，在患者體內放置一個植入物自動監測血糖水平，必要時還會發出警報。
從蘇黎世聯邦理工學院官網瞭解到，該團隊擅長於開發可對人體特定生理狀態（如血脂過高、血糖過低）產生反應的植入物。
其中，Martin Fussenegger教授的主要研究方向，是哺乳動物細胞工程，特別是處理複雜控制和閉環表達邏輯的合成基因電路，其組裝和連接宿主代謝糾正主要代謝紊亂的麻醉設計細胞植入物的生產。
因此他們自然也將關注點放在了植入物上。
一般來說，植入物可經生化刺激產生反應，但也會受到光線等外部因素的影響，因此研究團隊一直以來計劃利用無線供電刺激直接控制基因表達。
具體來講，該團隊設計了一個包含胰島素產生細胞和電子控制單元的裝置，將其植入糖尿病患者體內。當攝入食物、血糖升高時，患者可使用APP來觸發電訊號、調節血糖水平；患者也可提前設置好，APP 將會自動觸發電訊號。
在論文中，研究團隊介紹了植入物的原型：植入物一側是印刷電路板（PCB），可容納接收器和控制電子設備，另一側是一個包含人體細胞的膠囊，二者通過微小型電纜得以連接。
下圖是植入物原型的正背面，整體差不多只有一枚2法郎硬幣那麼大。
其主要工作原理為：來自體外的無線電訊號啟動植入物中的電子設備，電子設備將電訊號直接傳輸到細胞，刺激鈣、鉀通道，也觸發了控制胰島素基因的細胞中的訊號級聯放大反應。
這裡的「訊號級聯放大反應」是指從細胞表面受體接收外部訊號，到最後作出綜合性應答的過程，在這一過程中訊號逐步放大。
接收到訊號之後，細胞開始按指令辦事，細胞將胰島素添加到能帶著細胞貨物穿梭於細胞器間的囊泡中，囊泡與細胞膜融合，幾分鐘後便開始釋放快速胰島素，從而使得佔胰島細胞65～80%的β細胞，對膜去極化產生反應。
論文介紹，經由電子設備對β細胞的無線電刺激，研究團隊成功實現了對囊泡胰島素釋放的即時控制，胰島素水平10分鐘內就能到達峰值。研究團隊對患有1型糖尿病的小鼠進行了皮下植入，結果表明電訊號觸發的囊泡釋放系統，可快速恢復到小鼠的正常血糖水平。
停留在動物實驗階段的人體互聯網
就這一方案，Martin Fussenegger教授介紹了其優勢：「我們的植入物可以連網，醫生或患者既可使用APP自行干預、觸發胰島素產生，APP也能直接干預。這種設備使人們能夠完全融入數位世界，成為物聯網甚至人體互聯網的一部分。」
不過，這一方案還停留在動物實驗階段，仍存在一些潛在的問題：
第一，為了確保不對患者的細胞和基因造成損害，研究團隊還需要進一步對最大電流進行研究，另外電子設備和電池之間的連接也需要優化。
第二是安全問題。Martin Fussenegger教授表示：「理論上心臟除顫器容易遭受駭客攻擊，但仍有患者植入心臟除顫器，原因在於其強大的保護功能。這也是我們需要增加的部分。」
第三，研究團隊需要找到一種更便捷的方法，來替換植入物中使用的細胞，因為替換細胞的工作基本上每三周就要做一次。
據瞭解，在實驗中，團隊在植入物原型上安裝了兩個填充管，用以替代細胞，但團隊希望能有一個更實用的解決方案
當然，解決完上述問題，要真正實現手機APP測血糖、一鍵注射胰島素的腦洞，還有關鍵且必要的一步，就是臨床試驗。
本文為雷鋒網授權刊登，原文標題為「「人體互聯網」登上 Science！電刺激控制基因表達，APP 一鍵釋放胰島素」