一組研究人員結(jié)合基因工程,小細(xì)胞支架,以及光遺傳學(xué)的作用原理,研發(fā)出了一種"光導(dǎo)凝膠(light-guiding hydrogels,)",從而實現(xiàn)了在體內(nèi)檢測細(xì)胞表達(dá)的熒光蛋白,以及利用光刺激細(xì)胞,抑制糖尿病小鼠的高血糖水平.這一最新技術(shù)成果公布在10月20日的 Nature Photonics雜志上.

    文章的第一作者,哈佛大學(xué)博士后研究員Myunghwan Choi表示, "我們只展示了光傳感和治療的一個例子,但是實際上細(xì)胞中存在超過兩萬個功能蛋白",他還補(bǔ)充說,如果科學(xué)家通過遺傳工程,令這些細(xì)胞中的蛋白對光線作出反應(yīng),然后結(jié)合光導(dǎo)凝膠,就能夠更好地控制細(xì)胞,完成細(xì)胞療法.

    創(chuàng)新性:

    "目前人們已經(jīng)完成了基于細(xì)胞的療法,也已經(jīng)進(jìn)行過以凝膠為基礎(chǔ)的療法,并且還有將這兩者結(jié)合在一起應(yīng)用的,但是以受控的方式,利用凝膠的特性作為波導(dǎo),光刺激(細(xì)胞),這還是第一次,"德州農(nóng)工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程教授Michael Pishko表示(未參與該項研究).

    此前已有將水凝膠用于藥物遞送的先例,其中的一些甚至獲得了美國食品和藥物管理局FDA的批準(zhǔn).這一領(lǐng)域利用細(xì)胞工程和光遺傳學(xué)方法進(jìn)行臨床治療."其實我們并沒有創(chuàng)建或發(fā)明什么",這項研究的通訊作者Seok Hyun Yun表示,"我們只是將脫節(jié)的東西與巧妙的技術(shù)結(jié)合在一起,令它們在一個簡單系統(tǒng)中發(fā)揮作用……然后將它們移至體內(nèi)."

    Seok-Hyun Yun曾與其他研究人員發(fā)明了單細(xì)胞生物激光器.

    搭建一個激光器要求兩個條件:進(jìn)行光放大的激光材料(即增益介質(zhì))和反射鏡組成的光學(xué)諧振腔來形成能量集中的準(zhǔn)直光束.直到現(xiàn)在,激光增益介質(zhì)一直都采用非生物物質(zhì)如摻入元素的晶體、半導(dǎo)體或氣體等材料.Seok-Hyun Yun等人采用了增強(qiáng)型綠色熒光蛋白質(zhì)(GFP),這是一種使水母發(fā)光的物質(zhì)并已經(jīng)被廣泛用于細(xì)胞生物學(xué)進(jìn)行熒光標(biāo)記.研究小組構(gòu)建人體胚胎細(xì)胞產(chǎn)生GFP,然后將單個細(xì)胞放置于兩個距離僅有20微米反射鏡形成的光學(xué)腔中.當(dāng)他們用藍(lán)光激發(fā)細(xì)胞時,就會發(fā)出肉眼能見的準(zhǔn)直激光,而且在此過程中細(xì)胞不會受到損傷.

    重要性:

    細(xì)胞療法發(fā)展迅速,但也遇到了許多挑戰(zhàn).尤其是當(dāng)需要將細(xì)胞注射到小鼠或患者體內(nèi),并確定這些細(xì)胞達(dá)到了它們應(yīng)該去的地方的時候.

    劑量也是一個問題,因為很難分辨有多少細(xì)胞存活了下來,以及它們是否在體內(nèi)正常工作.細(xì)胞可以通過基因工程,表達(dá)能對光產(chǎn)生應(yīng)答的蛋白,但是一旦蛋白在體內(nèi)表達(dá),要讓光到達(dá)細(xì)胞也是十分困難,因為身體大部分組織的光學(xué)特性并不利于光的移動.

    光導(dǎo)凝膠為解決這些問題提出了新方案.對于注入的水凝膠來說,這些細(xì)胞的位置是已知的.而且細(xì)胞能通過趕緊的材料接收和發(fā)送光信息,就能"最大限度地提高細(xì)胞與外界的通信效率".作者還表示,凝膠還能調(diào)控細(xì)胞釋放蛋白的活性,并且?guī)椭?xì)胞在體內(nèi)存活,穩(wěn)定環(huán)境.

    有待改進(jìn):

    當(dāng)然這一系統(tǒng)也不是完美無缺,"研究人員采用的細(xì)胞是HeLa細(xì)胞,這些細(xì)胞具有潛在致瘤性," Warren W.C. Chan(未參與該項研究)說,而且其安全性也有待考究.另外還有學(xué)者表示,這項研究也不清楚移植細(xì)胞造成的影響,這些都需要進(jìn)一步的研究.