华东师范大学发表Science子刊封面文章：糖尿病诊疗新突破

　　

生物通报道：来自华东师范大学生命科学学院，上海市调控生物学重点实验室等处的研究人员发表了题为“Smartphone-controlled optogenetically engineered cells enable semiautomatic glucose homeostasis in diabetic mice”的文章，将活体组织和高科技相结合，研发出了一种集糖尿病诊断和治疗为一体的诊疗新系统，首次实现通过智能手机超远程调控治疗糖尿病的目的。

这一研究成果公布在4月26日的Science Translational Medicine杂志封面上，文章的通讯作者是华东师范大学生命科学学院“****”叶海峰研究员，第一作者为邵佳伟。这项研究在国内合成生物学领域具有标志性意义，也有望成为未来个性化、数字化、全球化精准医疗新的风向标。

全球有超过4.15亿的糖尿病患者，他们常常需要给自己注射胰岛素来控制其血糖。人类细胞可通过基因工程改造成有效制造并输送激素和信号分子的活工厂，可是大多数合成生物途径都不能提供与数码传感器同等水平的敏感性和精确性。近几年来，随着移动通讯技术的不断革新，智能手机得到了飞速的发展，从一个单纯的通话设备逐渐转变为集高清相机、电子银行、全球定位系统为一体的多功能电子设备。同时，智能手机也成为移动医疗的重要组成部分，其在血糖监控中已经有了应用。

在这篇文章中，研究人员发现利用智能手机能控制生成胰岛素，这样得到的细胞可以帮助糖尿病小鼠将血糖浓度保持在正常范围之内。这一系统有两大功能特点：第一，研究人员可通过智能手机ECNU-TeleMed app 超远程控制远红光亮度来调控基因表达量；第二，糖尿病小鼠血糖高低信号可以被转化翻译成远红光亮度来调控基因表达量。

通过智能手机控制远红光响应的工程化细胞达到糖尿病半自动化治疗的设计示意图

首先，研究人员利用合成生物学理念，设计合成了远红光调控基因表达的定制化细胞，该定制化细胞在远红光的照射下，可以被激活表达任何想要的报告基因或药物蛋白，例如绿色荧光蛋白或胰岛素等。当研究人员将远红光控制胰岛素表达的定制化细胞移植到糖尿病小鼠皮下时，给予糖尿病小鼠直接远红光照射，可以激活皮下移植的细胞表达胰岛素并起到良好的降血糖效果。利用该治疗方法，糖尿病鼠只需要每天光照2-4小时，就可以把血糖维持在正常水平并长达半个月时间。此外，该治疗方法降血糖效果见效非常快，只需要光红光照射1-2小时，血糖就显著降低到正常水平。

研究人员采用了多学科联合设计方法，进一步设计开发了糖尿病诊疗一体化智能控制系统。小鼠的血糖值由血糖仪读取获得后，可通过蓝牙无线发送到定制的智能控制器（Smart Controller）和智能手机中。当血糖值高于预先设定的安全血糖阈值时，智能控制器可以点亮移植在小鼠体内含有定制化细胞的水凝胶LED复合体(Hydroge LED)，从而激活定制化细胞产生胰岛素或GLP-1达到降血糖并维持血糖稳定的作用，最终实现自动诊断、精准治疗的目的。

此外，当智能手机中显示治疗异常时，亦可以强制控制智能控制器，进行优化方案治疗。当研究者们在糖尿病模型鼠中植入Hydroge LED时，实现了对糖尿病小鼠诊疗一体化的智能治疗，并取得了良好的治疗效果，为今后临床上诊疗一体化、精准治疗糖尿病提供了新思路与新策略。

作者表示，这项研究成功地将数码信号与改造细胞关联，这代表了将类似基于细胞的治疗转化为临床治疗的道路上迈出了重要一步。同期Science Translational Medicine也发表了评论文章，Mark Gomelsky等人认为这是一项“突出的成果（an outstanding example）”，“令人惊叹的研究发现（an amazing study）”。

作者简介：

叶海峰
研究员 博士生导师
生命医学研究所，上海市调控生物学重点实验室， 生物化学与分子生物学

合成生物学与生物医学工程

叶海峰，男，华东师范大学生命科学学院，上海市调控生物学重点实验室研究员，博士生导师。2004年于宁波大学获得理学学士学位，2007年于华东师范大学获得理学硕士学位。2007年8月赴瑞士留学，就读于瑞士苏黎世联邦理工大学（ETH Zurich），攻读生物技术工程博士学位。并于2012年7月获得瑞士苏黎世联邦理工大学，生物系统工程系博士学位。2012年到2013年继续留任原单位进行博士后研究。2013年被授予瑞士苏黎世联邦理工大学最高荣誉奖章：“ETH Silver Medal”。

2014年3月回国受聘为华东师范大学“紫江优秀青年学者”，担任生命医学研究所生化与分子生物学专业研究员、博士生导师。主要从事哺乳动物细胞合成生物学与生物医学工程的研究。主要利用合成生物学理念，人工设计、合成智能基因网络调控系统并用于疾病的诊断与治疗。主要研究内容包括：合成生物学元件及模块的构建；设计合成生物分子信号感应处理元件和细胞自我控制元件；开发智能化诊疗生物器件；以人工合成的基因回路为基础的基因治疗和细胞治疗、开发可调控的智能药物载体系统等，从而为人类疾病的诊断与治疗提供新方法和新策略。相关研究成果发表在Science, Nature Biomedical Engineering, PNAS, J Hepatol, Molecular Therapy, Nucleic Acids Res, Curr Opin Chem Biol 等杂志。其研究成果被多家著名学术杂志 Cell、Nature Medicine、Nature Chemical Biology等做亮点报道。

2014年入选国家中央组织部第十一批“****”青年项目。2015年获得国家自然科学基金“优秀青年基金”资助。目前参与国家科技部重大专项子课题1项、主持国家自然科学基金面上项目2项、上海市科委基础研究重点项目1项、上海市科技启明星项目1项。申请发明专利6项。

原文标题：

Smartphone-controlled optogenetically engineered cells enable semiautomatic glucose homeostasis in diabetic mice