【消費電子實驗室-2017/5/4】智能手機簡直已經成為我們生活中必不可少的一部分了，很多科學家也在嘗試開發手機應用程序來診斷、監測疾病，糖尿病恐怕是其中應用最多的疾病之一了。

       來自華東師范大學的葉海峰研究員帶領他的團隊在《科學 轉化醫學》雜志上發表了封面文章，他們將智能手機與光遺傳學相結合，可以利用手機app和特制LED燈來遠程調控糖尿病的治療[1]！

        所以這是怎么做到的呢？簡單概括一下，首先我們需要一個有藍牙功能的血糖儀，可以將血糖數據傳輸到手機app上，app會對數據進行處理，判斷血糖水平，當app判斷血糖水平過高時，就會觸發植入進小鼠體內的可以發出遠紅外光的LED燈。

        經過燈光照射的細胞可以分泌胰島素或胰高血糖素樣肽-1（GLP-1，回腸內分泌的一種多肽，可以減少腸蠕動，抑制胃排空，有助于控制飲食，減輕體重，目前主要作為2型糖尿病藥物作用的靶點），就可以使小鼠的血糖降低到正常范圍內了！

        葉海峰研究員2007年碩士畢業于華東師范大學，2012年在瑞士蘇黎世聯邦理工大學獲得博士學位，2014年入選國家第十一批“千人計劃”青年項目，同時回到母校——華東師大任教。葉博士主攻合成生物學領域，利用合成生物學理念，人工設計、合成智能基因網絡調控系統，并用于疾病的診斷與治療[2]。

       對于這個新研究，葉博士認為，這是“邁向個性化、數字化精準醫學時代的重要一步”[3]。雖然前面的介紹聽起來很簡單，似乎沒什么“難度”的樣子，但是探索出這套“巧妙的系統”可真的不是那么容易的事情。

       首先，研究人員設計出了可以“被光控制”的細胞，他們將光敏細菌蛋白轉入了小鼠細胞中，這種“定制細胞”可以在光照下激活與分泌胰島素或GLP-1有關的基因。經過逐一的實驗，研究人員發現，這些細胞中的特定基因只能被遠紅外光所激活，而且在波長為730nm時基因表達最活躍。

波長為730nm的遠紅外光照射時，基因表達活躍度最高

       接下來，研究人員開發了一款app，并取名為“ECNU-TeleMed”，這款app連接有一個“控制箱”，里面有設計好的電路，可以接通遠紅外光LED燈，app能夠遠程調節光照的強度和照射時間。研究人員將定制細胞移植入糖尿病小鼠皮下，然后用LED燈進行照射，發現不出2個小時，糖尿病小鼠超標的血糖就可以降到正常范圍內。而且照射4個小時，效果能持續半個月！

I型糖尿病小鼠胰島素分泌量的對比（J）、血糖水平的對比（K）和光照2小時后葡萄糖耐量的對比（L），

其中橫坐標（﹣﹣）為未移植定制細胞且未接受遠紅外光照射，（-﹢）為未移植定制細胞但接受遠紅外光照射，

以此類推下方N、O、P圖為II型糖尿病小鼠的各項對比，依次與上方J、K、L圖對應

      看到這，大家可能會覺得，這好像和我們開始的“太長不看”版介紹不太一樣啊！當然了，這只是這個“智能控制器”的1.0版本。在取得了這樣的好的成效后，研究人員開始琢磨，如果應用到人身上，難道每次都要讓糖尿病患者抽出4個小時，在遠紅外光下面照一照嗎？這也太不人性化了！

      于是，他們繼續探索，設計出了一種特殊的水凝膠，把“定制細胞”和能發出遠紅外光的小型LED燈都放入水凝膠中，再放入一個藍牙信號接收器。研究人員想，這樣，手機就可以通過藍牙來控制LED燈，照射之后激活定制細胞中的基因，達到控制血糖的目的了！這就是“智能控制器”的進階2.0版本了。在實驗中，研究人員將“組裝”好的水凝膠移植到了小鼠體內，發現水凝膠的性質非常穩定，對血糖水平的控制也和直接照射有同樣的效果！

       然而，這依然不是“最終版”，因為研究人員還希望能夠更加“一條龍服務”。所以，他們又找來了有藍牙功能的血糖儀，血糖儀可以將測得的血糖數據傳輸到手機app中，app內置了算法，可以對血糖水平進行分析，然后與預設的“閾值”進行對比，如果血糖“超標”了，app就會發射信號“打開”LED燈了。app依然可以調節光強和照射時間，進而控制胰島素或GLP-1的分泌量，實現對血糖的“智能化”控制。這就是最終的3.0版本了。

       懷俄明大學的分子生物學家Mark Gomelsky教授在同期的《科學 轉化醫學》雜志上專門為這個研究撰寫了一篇評論文章[4]。他認為，在人體上的應用或許可以通過“LED手環”來實現，而不需要將LED燈植入體內，而且這種方法還可以用來治療其他疾病。

        葉博士表示，他的終極目標是“全自動血糖監測和糖尿病治療系統”，可以通過手機每天24小時持續監測糖尿病患者的身體狀況[5]。想象一下，假如有一天這變為現實，對于糖尿病患者來說，無疑是一項“改變生活”的科技發明，我們期待這一天早日到來。

參考資料：

[1] Jiawei Shao, el. Smartphone-controlledoptogenetically engineered cells enable semiautomatic glucose homeostasis indiabetic mice. Science Translational Medicine, 2017; 9 (387): eaal2298 DOI:10.1126/scitranslmed.aal2298

[2] http://faculty.ecnu.edu.cn/s/2803/main.jspy

[3] http://spectrum.ieee.org/the-human-os/biomedical/devices/smartphonecontrolled-cells-keep-diabetes-in-check

[4] http://stm.sciencemag.org/content/9/387/eaan3936

[5] https://www.technologyreview.com/s/604262/smartphone-controlled-cells-could-pump-insulin-for-diabetics/