Elektrogenetik Çalışması, Bir Gün Giyilebilir Cihazlarla Genlerimizi Kontrol Edebileceğimizi Buluyor

Bileşenler, bir alışveriş ve spa tatilinin ardından gelen seslere benziyor: üç adet AA pil. İki elektrikli akupunktur iğnesi. Genellikle pille çalışan peri ışıklarına takılan bir plastik tutucu. Ancak bunlar bir araya gelerek hücrelerdeki gen ifadesini kontrol etmek için ev tipi pilleri kullanan güçlü bir uyarı cihazına dönüşüyor.

Fikir çılgınca görünüyor, ama yeni bir çalışma in Doğa Metabolizması bu hafta bunun mümkün olduğunu gösterdi. ETH Zürih ve İsviçre'deki Basel Üniversitesi'nden Dr. Martin Fussenegger liderliğindeki ekip, farelerdeki insan hücrelerindeki bir geni etkinleştirmek için doğru akım elektriğini (piller veya taşınabilir pil bankaları şeklinde) kullanan bir sistem geliştirdi. kelimenin tam anlamıyla bir anahtar çevirmesiyle.

Açık olmak gerekirse, pil takımı düzenlenemez in vivo insan genleri. Şimdilik, yalnızca canlı hücrelere yerleştirilen laboratuvar yapımı genler için çalışıyor. Yine de arayüzün şimdiden bir etkisi oldu. Bir kavram kanıtı testinde, bilim adamları genetiği değiştirilmiş insan hücrelerini Tip 1 diyabetli farelere yerleştirdiler. Bu hücreler normalde sessizdir, ancak elektriksel bir zap ile etkinleştirildiğinde insülin pompalayabilir.

Ekip, tetiği günde 10 saniye vermek için akupunktur iğneleri kullandı ve farelerdeki kan şekeri seviyeleri bir ay içinde normale döndü. Kemirgenler, normalde zor bir başarı olan harici insüline ihtiyaç duymadan, büyük bir yemekten sonra kan şekeri seviyelerini yönetme yeteneğini bile yeniden kazandılar.

"Elektrogenetik" olarak adlandırılan bu arayüzler henüz başlangıç ​​aşamasındadır. Ancak ekip, giyilebilir cihazların metabolik ve potansiyel olarak diğer bozukluklar için terapötiklere doğrudan rehberlik etme potansiyelinden dolayı özellikle heyecanlı. Kurulum çok az güç gerektirdiğinden, üç adet AA pilin beş yıldan uzun bir süre boyunca günlük bir insülin iğnesini tetikleyebileceğini söylediler.

Çalışma, vücudun analog kontrollerini (gen ifadesi) akıllı telefon uygulamaları gibi dijital ve programlanabilir yazılımlarla birleştiren en son çalışmadır. Ekip, sistemin "çok da uzak olmayan bir gelecekte giyilebilir cihazların genleri kontrol etmesini sağlayacak eksik halkayı temsil eden bir sıçrama" olduğunu söyledi.

Genetik Kontrollerle İlgili Sorun

Gen ifadesi analog olarak çalışır. DNA, bir bilgisayarın 0'ları ve 1'lerini anımsatan dört genetik harfe (A, T, C ve G) sahiptir. Ancak genetik kod, proteinlere çevrilmedikçe yaşamı inşa edemez ve düzenleyemez. Gen ifadesi adı verilen süreç, her biri başkaları tarafından kontrol edilen düzinelerce biyomolekül toplar. Herhangi bir genetik devredeki "güncellemeler", herkesin bildiği gibi uzun zaman ölçeklerinde çalışan evrim tarafından yönlendirilir. Biyoloji başucu kitabı güçlü olsa da tam olarak verimli değildir.

Sentetik biyolojiye girin. Alan, makinelerin mantığını kullanarak karmaşık devreler oluşturmak veya yeniden kablolamak için yeni genleri bir araya getirir ve hücrelere dokunur. İlk deneyler, sentetik devrelerin normalde kanser, enfeksiyonlar ve ağrı ile sonuçlanan biyolojik süreçleri kontrol edebildiğini gösterdi. Ancak onları aktive etmek, bu sistemleri analog biyolojik hesaplama alanında tutan, tetikleyici moleküller (antibiyotikler, vitaminler, gıda katkı maddeleri veya diğer moleküller) gerektirir.

Nöral arabirimler, nöral ağlar (analog bir bilgi işlem sistemi) ile dijital bilgisayarlar arasındaki uçurumu çoktan kapatmıştır. Aynı şeyi sentetik biyoloji için de yapabilir miyiz?

Dijital Sentetik Biyoloji

Ekibin çözümü, DC ile çalıştırılan düzenleme teknolojisi veya DART'tır.

Kurulum şu şekilde çalışır. Çekirdekte, genellikle yaşlanmayı ve doku aşınmasını ve yıpranmasını sağlayan kötü adam olarak bilinen reaktif oksijen türleri (ROS) bulunur. Bununla birlikte, vücudumuz normalde bu molekülleri metabolik süreç sırasında üretir.

Moleküllere verilen hasarı en aza indirmek için, ROS seviyelerini ölçen doğal bir protein biyosensörümüz var. Biyosensör, NRF2 adı verilen bir protein ile yakından çalışır. Çift normalde, çoğu genetik materyalden izole edilmiş, hücrenin yapışkan kısmında takılır. ROS seviyeleri endişe verici bir orana yükseldiğinde sensör, ROS karmaşasını temizleyen genleri açmak için hücrenin DNA saklama kabına (çekirdeğe) tünel açan NRF2'yi serbest bırakır.

Neden fark eder? Yazarlar, NRF2'nin sentetik biyoloji kullanılarak diğer genleri etkinleştirmek için genetik olarak tasarlanabileceğini açıkladı. bir yük önceki iş gösterdi elektrik genetik kontrol için ROS'u güvenli bir seviyede dışarı pompalamak için hücreleri tetikleyebilir. Başka bir deyişle, hücreleri elektrikle uyarmak, ROS'u serbest bırakabilir ve bu daha sonra NRF2 "gizli ajanını" seçtiğiniz herhangi bir geni çevirmek için etkinleştirir.

DART, önceki tüm bu çalışmaları elektriksel gen kontrolü için yüksek verimli, düşük enerjili bir sistemde birleştirir. Piller tetikleyici, ROS haberci ve NRF2 genetik “açma” anahtarıdır.

Sistemi oluşturmak için, Petri kaplarındaki insan hücrelerine önce doğal muadillerine göre daha fazla biyosensör ve NRF2 ifade etmelerini sağlamak için genetik bir ayarlama yapıldı ve bu da tasarlanmış hücrelerin ROS seviyelerine daha uyumlu hale getirilmesini sağladı.

Sonra tetiği tasarlama geldi. Burada ekip, halihazırda ABD Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) tarafından onaylanan elektrikli akupunktur iğneleri kullandı. Ekip, iğnelere güç sağlamak için AA, AAA veya düğme pilleri (bunlar normalde giyilebilir cihazların içindedir) kullanarak araştırma yaptı ve tasarlanmış hücrelerde ROS'u uyarmak için yeterli voltajı üreten farklı pil konfigürasyonlarını ölçtü.

Bir deneme, bir gösterge olarak karanlıkta parlayan yeşil bir protein kullandı. Hücreleri kısa süreli elektrik patlamalarıyla vurmak, ROS moleküllerini dışarı pompaladı. Hücrenin biyosensörleri, yeşil proteinleri ifade eden ve onu açan sentetik olarak eklenen genetik makineye kilitlenen NRF2'yi serbest bırakarak canlandı.

Elektrik tetikleyicisi, hücrelerin normal, sağlıklı koşullara "sıfırlanması" ve başka bir elektrik geçişine dayanabilmesi ile tamamen tersine çevrilebilirdi.

“Uzun zamandır elektrik kullanarak gen ifadesini doğrudan kontrol etmek istiyorduk; şimdi nihayet başardık” şuraya Füssenegger.

Şeker Hastalığına Pil Çözümü mü?

Cesaretlenen ekip daha sonra insülin genini kontrol etmek için DART'ı kullanmayı denedi. İnsülin kan şekerini düzenlemek için gereklidir ve diyabette seviyeleri bozulur. Ekip sahaya yabancı değil, önceden mühendislik voltaj değişikliklerine yanıt olarak insülin pompalayan tasarımcı hücreler.

Ekip, DART'ı kullanarak genetik olarak insülin üreten genleri insan hücrelerine dönüştürdü ve bu genler, yalnızca elektriksel uyarıdan sonra ROS varlığında açıldı. Kurulum, Petri kaplarında mükemmel bir şekilde çalıştı, hücreler elektrikle zapt edildikten ve ardından ROS ile yıkandıktan sonra insülin saldı.

Tasarlanan hücreler daha sonra klinik olarak lisanslı jöle benzeri bir maddeye kapsüllendi ve Tip 1 diyabetli farelerin sırtına cilt altına yerleştirildi. Bu fareler normalde kendi başlarına insülin üretemezler.

DART denetleyicisi nispeten basittir: platin kaplı iki akupunktur iğnesi, üç adet AA pille çalışır ve implante edilmiş tasarlanmış hücreleri hedefleyen bir 12V güç anahtarına bağlanır. Bir kontrol olarak, ekip ayrıca implante edilen hücrelerden uzakta farelere akupunktur iğneleri batırdı. Her grup günde sadece 10 saniye zaplandı.

Kontrollerle karşılaştırıldığında, sadece dört hafta içinde elektrogenetik tedavi umut vaat etti. Fareler, diyetten kaynaklanan düşük kan şekeriyle daha iyi mücadele edebildiler ve sonunda normal kan şekeri seviyelerine geri döndüler. Ayrıca, yemekten sonra kan şekerini düzenleme konusunda da ustaydılar; bu, diyabetli kişilerde insülin kullanmadan zor olan bir şeydir. Diğer metabolik önlemler de iyileşti.

Bir sonraki adım, implantlarda kullanılan genetik olarak tasarlanmış hücrelere olan ihtiyacı klinik olarak daha uygun bir çözümle değiştirmenin yollarını bulmaktır.

Ancak yazarlara göre DART, biyolojik bedenler ile dijital dünya arasında köprü kurmak için bir yol haritasını temsil ediyor. DART kontrollerini hücrelerdeki çok çeşitli biyofarmasötiklere bağlamak kolay olmalıdır. Yazarlar, daha fazla optimizasyonla, bu elektrogenetik arayüzlerin "gelecekteki çeşitli gen ve hücre tabanlı tedaviler için büyük umut vaat ettiğini" söyledi.

Resim Kredi: Peggy ve Marco Lachmann-Anke itibaren Pixabay

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. Otomotiv / EV'ler, karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• Blok Ofsetleri. Çevre Dengeleme Sahipliğini Modernleştirme. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2023/08/04/electrogenetics-study-finds-we-could-one-day-control-our-genes-with-wearables/