糖尿病是一种身体产生过少或不产生胰岛素的疾病。因此，糖尿病患者依赖注射或泵输注这种激素的外部供应。由苏黎世联邦理工学院巴塞尔分校生物系统科学与工程系的Martin Fussenegger领导的研究人员希望能够让这些人的生活更加便利，并寻找在体内直接产生和给予胰岛素的解决方案。

科学家们正在追求的其中一种解决方案是将产生胰岛素的设计细胞封装在可以植入体内的胶囊中。为了能够从外部控制细胞何时以及释放多少胰岛素进入血液，研究人员近年来研究和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出了另一种新颖的刺激方法：他们使用音乐来刺激细胞在几分钟内释放胰岛素。这在使用英国摇滚乐队Queen的全球热门歌曲《We Will Rock You》时效果特别好。

使细胞能够接收声波

为了使产生胰岛素的细胞对声波敏感，研究人员使用了大肠杆菌的一种蛋白质。这种蛋白质对机械刺激有反应，并且在动物和细菌中很常见。该蛋白质位于细菌的膜中，调节钙离子进入细胞内。研究人员将这种细菌离子通道的蓝图纳入人类产生胰岛素的细胞中。这使得这些细胞能够自行创建离子通道并将其嵌入细胞膜中。

正如科学家们已经证明的那样，这些细胞中的通道会对声音作出反应，允许带正电的钙离子流入细胞。这导致细胞膜电荷发生逆转，进而使细胞内的小胰岛素囊泡与细胞膜融合，并将胰岛素释放到外部。

低音提高胰岛素分泌

在细胞培养中，研究人员首先确定了哪些频率和音量水平最能有效地激活离子通道。他们发现，音量在60分贝左右和50赫兹的低音频率最能有效地触发离子通道。为了触发最大的胰岛素释放，声音或音乐必须持续至少三秒，并间隔最多五秒。如果间隔太长，释放的胰岛素量会大大减少。

最后，研究人员研究了在85分贝音量下引起最强胰岛素反应的音乐类型。像Queen的《We Will Rock You》这样低音炮轰鸣的摇滚音乐排在首位，其次是动作电影《复仇者联盟》的配乐。与之相比，古典音乐和吉他音乐引起的胰岛素反应相对较弱。

《We Will Rock You》在5分钟内触发了约70%的胰岛素反应，15分钟内触发了全部反应。富森格尔表示，这与健康人体对葡萄糖诱导的胰岛素反应相当。

声源必须直接位于植入物上方

为了测试整个系统，研究人员将产生胰岛素的细胞植入小鼠体内，并将动物的腹部直接放在扬声器上。这是研究人员能够观察到胰岛素反应的唯一方式。然而，如果动物能够在“鼠类迪斯科”中自由活动，音乐就无法触发胰岛素释放。

“我们的设计细胞只有在正确的声音源直接播放在植入物上方的皮肤上时才会释放胰岛素，”Fussenegger解释道。环境噪音，如飞机噪音、割草机声音、消防车警报声或对话，并不能触发激素的释放。

不会通过环境噪音触发

从对细胞培养和小鼠的测试结果来看，富森格尔认为植入人体的细胞会在任何轻微的噪音下持续释放胰岛素的风险很小。

另一个安全保障是胰岛素储备需要四个小时才能完全恢复。因此，即使细胞每小时暴露于声音，它们也无法每次释放完整的胰岛素负荷，从而导致危及生命的低血糖。Fussenegger说：“然而，它可以满足糖尿病患者每天三餐的典型需求。”他解释说，即使一个人超过四个小时不进食，胰岛素仍然会在囊泡中保持很长时间。“不会发生耗尽或意外释放。”

但是，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验证，展示了基因网络可以受到声波等机械刺激的控制。这个原理是否能够得到实际应用取决于是否有制药公司对此感兴趣。毕竟，这个系统不仅适用于胰岛素，还适用于任何适合治疗用途的蛋白质。

本文译自 medical news，由 BALI 编辑发布。

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