三篇文章介紹糖尿病智能診療技術

華東師範大學生命科學學院葉海峰教授主要從事合成生物學與生物醫學工程，近期其研究組接連在Science子刊，Nature子刊發表文章，介紹了關於糖尿病智能診療研究的最新成果。

首先在Nature Biomedical Engineering雜誌上，研究人員利用合成生物學策略設計、構建了一種智能胰島素感測器並能夠用於診斷治療胰島素抵抗綜合征。他們巧妙地設計、合成了一種能自我回饋調節的胰島素感測器，可以高效識別血液中胰島素水平，當血液里的胰島素超過一定閾值後，其可以調控表達脂聯素(Fc-adiponectin)，從而緩解胰島素抵抗癥狀起到治療效果。

為了驗證該胰島素感測器在體內長期的診療效果，他們成功篩選到了一株含有胰島素感測器的穩轉細胞系HEKIR-Adipo，通過微囊包裹技術，並移植到胰島素抵抗性糖尿病、肥胖症、飲食誘導性肥胖症等多種高胰島素血症小鼠模型中通過自動感應血液胰島素濃度的變化，精準調控細胞表達脂聯素(Fc-adiponectin)，有效地降低血脂和血糖從而緩減胰島素抵抗的癥狀。實驗數據表明，該胰島素感測器在體內可以長期監測胰島素水平並協同表達脂聯素，從而起到緩解胰島素抵抗癥狀的治療效果。該胰島素感受器有利於治療早期糖尿病。這種自給自足式的基因線路設計在監測某種代謝疾病標記物時能同時協調表達治療藥物，這樣的治療設計理念將有望引領未來個性化精準醫療新時代。

之後研究組成員又利用合成生物學的策略設計構建了一種中藥成份(齊墩果酸，OA)調控的基因環路，可用於肝源性糖尿病的協同治療，該技術為肝源性糖尿病的臨床治療提供了新思路和新策略。

肝源性糖尿病是一種複合性疾病，II型糖尿病和多種形式慢性肝病同時伴發，且相互影響，並導致惡性循環。目前很多治療糖尿病的藥物會給肝臟帶來較大的代謝負擔，因此對肝臟本身可能有一定損傷。所以常規的用於糖尿病治療的藥物療法，往往不能兼顧糖尿病與肝臟疾病並發的複雜情況。

在這篇文章中，研究人員利用合成生物學的策略，設計構建了一種基因環路，用於協同治療這種典型的II型糖尿病與多種肝臟類疾病並發的複雜病症。他們通過合成生物學方法設計的基因環路，將齊墩果酸(OA)的藥理學活性和胰高血糖素樣肽(shGLP-1)的改善胰島素抵抗、改善肝功能、改善胰腺功能完美地集合起來。經過優化的基因環路，經OA誘導可以精準調shGLP-1的表達，使得肝源性糖尿病模型小鼠的糖耐受、胰島素抵抗、高血糖症、脂代謝紊亂以及肝功能紊亂等多種代謝異常癥狀同時得到有效改善。

最新成果則是發表在Science Translational Medicine雜誌封面上，研究人員將活體組織和高科技相結合，研發出了一種集糖尿病診斷和治療為一體的診療新系統，首次實現通過智能手機超遠程調控治療糖尿病的目的。

在這篇文章中，研究人員發現利用智能手機能控制生成胰島素，這樣得到的細胞可以幫助糖尿病小鼠將血糖濃度保持在正常範圍之內。這一系統有兩大功能特點：第一，研究人員可通過智能手機ECNU-TeleMed app 超遠程控制遠紅光亮度來調控基因表達量；第二，糖尿病小鼠血糖高低信號可以被轉化翻譯成遠紅光亮度來調控基因表達量。

首先，研究人員利用合成生物學理念，設計合成了遠紅光調控基因表達的定製化細胞，該定製化細胞在遠紅光的照射下，可以被激活表達任何想要的報告基因或藥物蛋白，例如綠色熒光蛋白或胰島素等。當研究人員將遠紅光控制胰島素表達的定製化細胞移植到糖尿病小鼠皮下時，給予糖尿病小鼠直接遠紅光照射，可以激活皮下移植的細胞表達胰島素並起到良好的降血糖效果。利用該治療方法，糖尿病鼠只需要每天光照2-4小時，就可以把血糖維持在正常水平並長達半個月時間。此外，該治療方法降血糖效果見效非常快，只需要光紅光照射1-2小時，血糖就顯著降低到正常水平。

研究人員採用了多學科聯合設計方法，進一步設計開發了糖尿病診療一體化智能控制系統。小鼠的血糖值由血糖儀讀取獲得後，可通過藍牙無線發送到定製的智能控制器（Smart Controller）和智能手機中。當血糖值高於預先設定的安全血糖閾值時，智能控制器可以點亮移植在小鼠體內含有定製化細胞的水凝膠LED複合體(Hydroge LED)，從而激活定製化細胞產生胰島素或GLP-1達到降血糖並維持血糖穩定的作用，最終實現自動診斷、精準治療的目的。華東師範大學發表Science子刊封面文章：糖尿病診療新突破

（生物通：張迪）