Egy svájci kutatócsoport tagjai olyan sejteket hoztak létre, amelyekben reaktív oxigéngyökök (ROS) hatására láncreakció indul be, és bekapcsolódik az inzulin előállításához szükséges gén. A koncepciót igazoló kísérletek során egerekbe ültették be a génmódosított sejteket, és azok inzulint bocsátottak ki, amikor áramot adtak le nekik.

A Nature Metabolism című szaklapban közzétett eredmények reményt adnak arra, hogy ezt a technológiát egy napon orvosi implantátumokba is be lehet építeni, mondja Martin Fussenegger, a zürichi ETH biomérnöke, a vizsgálat egyik résztvevője. A technika ráadásul működhet azokkal az alacsony feszültségekkel, amelyek kompatibilisek a beültethető eszközökkel, teszi hozzá Rodrigo Ledesma Amaro, az Imperial College London szintetikus biológusa, aki nem vett részt a kutatásban.

Az elektromos áram biológiai folyamatok irányítására való felhasználásának ötlete az 1980-as évek óta létezik, akkor a kutatók mikrobák segítségével kezdték el kidolgozni a vonatkozó elképzeléseket. Fussenegger és csapata emberi sejteken kezdett kísérletezni azzal a céllal, hogy interfészt fejlesszenek ki „az elektromos világ és a genetikai világ között”. Az ilyen összeköttetéseket például genetikai betegségek célzott kezelésére lehetne felhasználni azáltal, hogy bizonyos géneket be- vagy kikapcsolnak a beültetett sejtekben, lehetővé téve, hogy azok létfontosságú fehérjéket termeljenek.

Az 1-es típusú cukorbetegségben szenvedők szervezete kevés inzulint termel, vagy egyáltalán nem termeli meg a vércukorszint szabályozásáért felelős hormont. A sejtek inzulintermelésre való serkentése segíthet az érintetteknek elkerülni a hiperglikémiát, amikor a vércukorszint veszélyesen magasra emelkedik.

Fussenegger és kollégái olyan inzulintermelő sejteket hoztak létre, amelyeket elektromosan lehetett aktiválni a reaktív oxigéngyökökre adott reakciójuk manipulálásával. Ezek a mérgező molekulák természetes módon keletkeznek a sejtek anyagcseréje során, de képződésüket egyenáram sejteken történő alkalmazásával is elő lehet idézni.

Alacsony szinten a reaktív oxigéngyökök fontos jelzőmolekulákként és a génexpresszió kritikus szabályozóiként működhetnek, mondja Esma Isenovic, aki a Belgrádi Egyetemen a reaktív oxigéngyökök betegségekben betöltött szerepét kutatja. Oxidatív stressz során azonban, amikor a reaktív oxigéngyökök túlsúlyban vannak, más molekulákat támadhatnak meg, és megzavarhatják a normális működést. Ennek elkerülése érdekében a sejtek általában antioxidáns fehérjéket termelnek az oxigéngyökök semlegesítésére.

A módosított sejtekben a kutatók álcázták az inzulint termelő gént: egy szintetikus promóterszekvencia után helyezték el, amely a reaktív oxigéngyökökre válaszul bekapcsolódó antioxidáns-termelő génekhez kapcsolódik. A szekvencia olyan elemeket tartalmaz, amelyek oxidatív stressz esetén természetes módon fokozzák az antioxidáns fehérjék kifejeződését.

Miután a szerzők megmutatták, hogy ez a koncepció működőképes, egy lépéssel tovább mentek, és az átprogramozott emberi sejteket egy eszközbe építették be, amelyet hiperglikémiás egerekbe ültettek be. A közvetlenül a bőr alá helyezett kapszulában lévő sejtekbe akupunktúrás tűk segítségével juttattak áramot. Amikor az eszközt stimulálták, az állatok vérének inzulinszintje megemelkedett, és vércukorszintjük normalizálódott. A felszabaduló inzulin mennyiségét az áramleadás hosszának és erősségének változtatásával lehetett szabályozni.

A kutatócsoport reméli, hogy egy nap ezt a rendszert számítógép vagy okostelefon által vezérelt, viselhető orvosi eszközökké lehet majd alakítani. A technológia fejlesztése azonban még nagyon korai stádiumban van, és további kutatásokra lesz szükség, mielőtt embereken is tesztelhetnék. Isenovic szerint még túl korai terápiás alkalmazásokat fontolgatni. Ahogy rámutatott, hogy a következő lépés – a technológia tanulmányozása különböző egérmodelleken, nagyobb mintával – segíteni fog abban, hogy teljes képet kapjanak a rendszer lehetséges alkalmazásairól.