The Lancet：具有音乐听觉的细胞会释放胰岛素！

研究人员正在寻求给糖尿病患者注射胰岛素的各种解决方案。其中一个解决方案是将产生胰岛素的设计细胞包裹在胶囊中，这种胶囊可以植入体内并从外部触发。苏黎世联邦理工学院的Martin Fussenegger教授和他的研究小组发现了一种新的刺激方法，利用音乐触发细胞释放胰岛素。他们的解决方案尤其适用于英国摇滚乐队皇后乐队的《We Will Rock You》。

　　

糖尿病是一种身体产生太少或没有胰岛素的疾病。因此，糖尿病患者依赖于这种激素通过注射或泵的外部供应。由苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的Martin Fussenegger领导的研究人员希望让这些人的生活更轻松，并正在寻找直接在体内产生和管理胰岛素的解决方案。

科学家们正在寻求的一种解决方案是将产生胰岛素的设计细胞包裹在胶囊中，这种胶囊可以植入体内。为了能够从外部控制细胞向血液中释放胰岛素的时间和数量，研究人员近年来研究并应用了不同的触发因素:光、温度和电场。

Fussenegger和他的同事们现在开发了另一种新颖的刺激方法:他们用音乐来触发细胞在几分钟内释放胰岛素。这在英国摇滚乐队皇后乐队的全球热门歌曲《We Will Rock You》中尤为有效。

使细胞接收声波

为了使产生胰岛素的细胞接受声波，研究人员使用了大肠杆菌中的一种蛋白质。这种蛋白质对机械刺激有反应，在动物和细菌中很常见。这种蛋白质位于细菌的膜上，调节钙离子流入细胞内部。研究人员已经将这种细菌离子通道的蓝图整合到人类胰岛素生成细胞中。这让这些细胞自己产生离子通道，并将其嵌入细胞膜。

正如科学家们已经证明的那样，这些细胞中的通道会响应声音而打开，允许带正电的钙离子流入细胞。这导致细胞膜上的电荷反转，进而导致细胞内充满胰岛素的微小囊泡与细胞膜融合，并将胰岛素释放到外部。

低沉的低音促进胰岛素分泌

在细胞培养中，研究人员首先确定了激活离子通道最强烈的频率和体积水平。他们发现，60分贝(dB)左右的音量水平和50赫兹的低音频率是触发离子通道最有效的。为了最大限度地释放胰岛素，声音或音乐必须至少持续三秒钟，最多暂停五秒钟。如果间隔太远，释放的胰岛素就会大大减少。

最后，研究人员研究了哪种音乐类型在85分贝的音量下会引起最强的胰岛素反应。乐队皇后乐队(Queen)的《We Will Rock You》等低沉的低音摇滚乐位居榜首，紧随其后的是动作片《复仇者联盟》(the Avengers)的原声音乐。相比之下，胰岛素对古典音乐和吉他音乐的反应相当弱。

“We Will Rock You”在5分钟内触发了大约70%的胰岛素反应，在15分钟内全部触发。这与健康个体的天然葡萄糖诱导的胰岛素反应相当，Fussenegger说。

声源必须在植入物的正上方

为了对整个系统进行测试，研究人员将产生胰岛素的细胞植入小鼠体内，并将小鼠的腹部直接放在扬声器上。这是研究人员观察胰岛素反应的唯一方法。然而，如果这些动物能够在“老鼠迪斯科”中自由移动，音乐就不能触发胰岛素的释放。

Fussenegger解释说:“我们的设计细胞只有在正确声音的声源直接在植入物上方的皮肤上播放时才会释放胰岛素。”这种激素的释放并不是由飞机噪音、割草机噪音、消防队警报声或谈话等环境噪音引发的。

无环境噪声触发

就他对细胞培养物和老鼠的测试而言，Fussenegger认为植入人体的细胞在轻微噪音下持续释放胰岛素的风险很小。

另一个安全缓冲是胰岛素仓库在耗尽后需要四个小时才能完全补充。因此，即使细胞每隔一小时暴露在声音中，它们也不能每次都释放出满载的胰岛素，从而导致危及生命的低血糖。“然而，它可以满足一个每天吃三餐的糖尿病患者的典型需求，”Fussenegger说。他解释说，即使一个人超过四个小时不吃东西，胰岛素也会在囊泡中停留很长时间。“没有发生耗竭或无意排放。”

但临床应用还有很长的路要走。研究人员只是提供了一个概念证明，表明遗传网络可以通过声波等机械刺激来控制。这一原则是否会付诸实践，取决于制药公司是否有兴趣这样做。毕竟，它可以被广泛应用:该系统不仅适用于胰岛素，还适用于任何具有治疗作用的蛋白质。

文章标题

Tuning of cellular insulin release by music for real-time diabetes control