新研究發(fā)現(xiàn)具有音樂聽覺的細(xì)胞會釋放胰島素！

糖尿病是一種身體產(chǎn)生太少或沒有胰島素的疾病。因此，糖尿病患者依賴于這種激素通過注射或泵的外部供應(yīng)。由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物系統(tǒng)科學(xué)與工程系的Martin Fussenegger領(lǐng)導(dǎo)的研究人員希望讓這些人的生活更輕松，并正在尋找直接在體內(nèi)產(chǎn)生和管理胰島素的解決方案。

科學(xué)家們正在尋求的一種解決方案是將產(chǎn)生胰島素的設(shè)計(jì)細(xì)胞包裹在膠囊中，這種膠囊可以植入體內(nèi)。為了能夠從外部控制細(xì)胞向血液中釋放胰島素的時(shí)間和數(shù)量，研究人員近年來研究并應(yīng)用了不同的觸發(fā)因素:光、溫度和電場。

Fussenegger和他的同事們現(xiàn)在開發(fā)了另一種新穎的刺激方法:他們用音樂來觸發(fā)細(xì)胞在幾分鐘內(nèi)釋放胰島素。這在英國搖滾樂隊(duì)皇后樂隊(duì)的全球熱門歌曲《We Will Rock You》中尤為有效。

使細(xì)胞接收聲波

為了使產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞接受聲波，研究人員使用了大腸桿菌中的一種蛋白質(zhì)。這種蛋白質(zhì)對機(jī)械刺激有反應(yīng)，在動物和細(xì)菌中很常見。這種蛋白質(zhì)位于細(xì)菌的膜上，調(diào)節(jié)鈣離子流入細(xì)胞內(nèi)部。研究人員已經(jīng)將這種細(xì)菌離子通道的藍(lán)圖整合到人類胰島素生成細(xì)胞中。這讓這些細(xì)胞自己產(chǎn)生離子通道，并將其嵌入細(xì)胞膜。

正如科學(xué)家們已經(jīng)證明的那樣，這些細(xì)胞中的通道會響應(yīng)聲音而打開，允許帶正電的鈣離子流入細(xì)胞。這導(dǎo)致細(xì)胞膜上的電荷反轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)充滿胰島素的微小囊泡與細(xì)胞膜融合，并將胰島素釋放到外部。

低沉的低音促進(jìn)胰島素分泌

在細(xì)胞培養(yǎng)中，研究人員首先確定了激活離子通道最強(qiáng)烈的頻率和體積水平。他們發(fā)現(xiàn)，60分貝(dB)左右的音量水平和50赫茲的低音頻率是觸發(fā)離子通道最有效的。為了**限度地釋放胰島素，聲音或音樂必須至少持續(xù)三秒鐘，最多暫停五秒鐘。如果間隔太遠(yuǎn)，釋放的胰島素就會大大減少。

最后，研究人員研究了哪種音樂類型在85分貝的音量下會引起最強(qiáng)的胰島素反應(yīng)。樂隊(duì)皇后樂隊(duì)(Queen)的《We Will Rock You》等低沉的低音搖滾樂位居榜首，緊隨其后的是動作片《復(fù)仇者聯(lián)盟》(the Avengers)的原聲音樂。相比之下，胰島素對古典音樂和吉他音樂的反應(yīng)相當(dāng)弱。

“We Will Rock You”在5分鐘內(nèi)觸發(fā)了大約70%的胰島素反應(yīng)，在15分鐘內(nèi)全部觸發(fā)。這與健康個體的天然葡萄糖誘導(dǎo)的胰島素反應(yīng)相當(dāng)，F(xiàn)ussenegger說。

聲源必須在植入物的正上方

為了對整個系統(tǒng)進(jìn)行測試，研究人員將產(chǎn)生胰島素的細(xì)胞植入小鼠體內(nèi)，并將小鼠的腹部直接放在揚(yáng)聲器上。這是研究人員觀察胰島素反應(yīng)的**方法。然而，如果這些動物能夠在“老鼠迪斯科”中自由移動，音樂就不能觸發(fā)胰島素的釋放。

Fussenegger解釋說:“我們的設(shè)計(jì)細(xì)胞只有在正確聲音的聲源直接在植入物上方的皮膚上播放時(shí)才會釋放胰島素。”這種激素的釋放并不是由飛機(jī)噪音、割草機(jī)噪音、消防隊(duì)警報(bào)聲或談話等環(huán)境噪音引發(fā)的。

無環(huán)境噪聲觸發(fā)

就他對細(xì)胞培養(yǎng)物和老鼠的測試而言，F(xiàn)ussenegger認(rèn)為植入人體的細(xì)胞在輕微噪音下持續(xù)釋放胰島素的風(fēng)險(xiǎn)很小。

另一個安全緩沖是胰島素倉庫在耗盡后需要四個小時(shí)才能完全補(bǔ)充。因此，即使細(xì)胞每隔一小時(shí)暴露在聲音中，它們也不能每次都釋放出滿載的胰島素，從而導(dǎo)致危及生命的低血糖。“然而，它可以滿足一個每天吃三餐的糖尿病患者的典型需求，”Fussenegger說。他解釋說，即使一個人超過四個小時(shí)不吃東西，胰島素也會在囊泡中停留很長時(shí)間。“沒有發(fā)生耗竭或無意排放。”

但臨床應(yīng)用還有很長的路要走。研究人員只是提供了一個概念證明，表明遺傳網(wǎng)絡(luò)可以通過聲波等機(jī)械刺激來控制。這一原則是否會付諸實(shí)踐，取決于制藥公司是否有興趣這樣做。畢竟，它可以被廣泛應(yīng)用:該系統(tǒng)不僅適用于胰島素，還適用于任何具有治療作用的蛋白質(zhì)。

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