人工細胞用于代謝疾病診療

人工設計的細胞能夠感知代謝疾病的特異信號或人工信號，特異性表達報告分子或釋放治療藥物，從而實現對人體生理代謝狀態的監測，以及對典型疾病的診斷與治療。

瑞士蘇黎世聯邦理工大學團隊利用人類的腎臟細胞（HEK-293?細胞），設計獲得了具有正常?β?細胞功能的人工?HEK-β?細胞。這種細胞可以直接感受血液中的葡萄糖濃度，當血糖濃度超過一定閾值后，HEK-β?細胞便可以分泌足夠的胰島素用來降血糖。該團隊還構建了光控合成生物學線路，有效控制了糖尿病小鼠體內的血糖濃度。此外，結合納米技術、生物技術與信息技術，可用射頻信號、手機程序等手段遠程激活應答調控系統，也可控制胰島素的釋放。這些研究為動態調控人工細胞應用于人類糖尿病治療提供了有力支持。

華東師范大學團隊構建了一株含有胰島素傳感器的穩轉細胞系?HEKIR-Adipo，并通過微囊包裹技術將其移植到胰島素抵抗性糖尿病、肥胖癥、飲食誘導性肥胖癥等多種高胰島素血癥小鼠模型中。人工細胞能高效識別、自我回饋調節血液中胰島素水平，當血液里的胰島素超過一定閾值后，其可以調控表達脂聯素（Fc-adiponectin），從而緩解胰島素抵抗癥狀，起到治療效果。研究人員還設計合成了遠紅光調控基因表達的定制化細胞，該定制化細胞在遠紅光的照射下，可以被激活表達任何想要的報告基因或藥物蛋白基因，如產生綠色熒光蛋白或胰島素等。當研究人員將遠紅光控制胰島素表達的定制化細胞移植到糖尿病小鼠皮下時，給予糖尿病小鼠直接遠紅光照射，可以激活皮下移植的細胞表達胰島素并起到良好的降血糖效果。團隊進一步設計開發了糖尿病診療一體化智能控制系統：小鼠的血糖值由血糖儀讀取獲得后，可通過藍牙無線發送到定制的智能控制器和智能手機中。當血糖值高于預先設定的安全血糖閾值時，智能控制器可以點亮移植在小鼠體內含有定制化細胞的水凝膠?LED?復合體，從而激活定制化細胞產生胰島素或?GLP-1?達到降血糖并維持血糖穩定的作用，最終實現自動診斷、精準治療的目的。在另一項研究中，該團隊將齊墩果酸（OA）的藥理學活性和胰高血糖素樣肽（shGLP-1）的改善胰島素抵抗、改善肝功能、改善胰腺功能完美集合起來。構建優化的基因線路，經?OA?誘導可以精準調控?shGLP-1?的表達，使得肝源性糖尿病模型小鼠的糖耐受、胰島素抵抗、高血糖癥、脂代謝紊亂，以及肝功能紊亂等多種代謝異常癥狀同時得到有效改善。