日前，來自哈佛大學(xué)與韓國科學(xué)家在《自然光子學(xué)》（Nature Photonics）雜志報告稱，他們結(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(shí)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。
研究人員表示，這項研究只展示了光傳感和治療的一個例子，但是實(shí)際上細(xì)胞中存在超過兩萬個功能蛋白。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。
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。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 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。
研究人員指出，其實(shí)他們并沒有創(chuàng)建或發(fā)明什么，而只是將脫節(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)。此前，這組研究人員發(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。研究人員采用了增強(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。
細(xì)胞療法發(fā)展迅速，但是也遇到了許多挑戰(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)胞能通過干凈的材料接收和發(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。
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。而且其安全性也有待考究。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。
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