Ученые заключили дизайнерские клетки, производящие инсулин, в капсулы, которые можно имплантировать в организм. Чтобы контролировать извне, когда и сколько инсулина клетки выделяют в кровь, исследователи применили различные триггеры: свет, температуру и электрические поля. Теперь к ним добавился звук.
Клетки, производящие инсулин, становятся чувствительными к звуковым волнам благодаря использованию белка из бактерии E.coli. Этот белок находится в мембране бактерии и контролирует приток кальция в клетку. Исследователи внедрили эту схему в клетки, производящие инсулин, позволяя им самостоятельно создавать ионные каналы в ответ на звуковые стимулы. Когда звуковая волна активирует канал, ионы кальция проникают в клетку. Это приводит к изменению заряда клеточной мембраны и высвобождению инсулина из клетки. Такой механизм позволяет клеткам регулировать высвобождение инсулина в ответ на звуковые сигналы.
Исследователи определили, какие частоты и уровни громкости сильнее всего активируют ионные каналы. Оказалось, что уровень громкости 60 дБ и низкие частоты 50 герц наиболее эффективно запускали ионные каналы. Чтобы вызвать максимальное выделение инсулина, звук или музыка должны были продолжаться минимум три секунды и делать паузу максимум пять секунд. Если интервалы были слишком далеко друг от друга, высвобождалось намного меньше инсулина.
Самую сильную реакцию инсулина вызывала рок-музыка с громким басом, например, песня We Will Rock You группы Queen. За ней последовал саундтрек к блокбастеру «Мстители». По сравнению с этим, инсулиновый ответ на классическую музыку и гитарную музыку был довольно слабым.
Чтобы протестировать систему в целом, исследователи имплантировали мышам клетки, производящие инсулин, и поместили животных так, чтобы их животы находились прямо на громкоговорителе. Только так исследователи могли наблюдать реакцию инсулина. Если животные свободно передвигались, музыка не вызывала выброс инсулина. То есть клетки выделяли инсулин только тогда, когда источник звука находился непосредственно на коже над имплантатом. Выброс гормона не происходил от окружающего шума, например, от самолетов, газонокосилок, сирен пожарных или разговоров. Поэтому ученые не видят большого риска того, что имплантированные человеку клетки будут выделять инсулин постоянно при малейшем шуме.
Еще одной гарантией безопасности является то, что депо инсулина требуется четыре часа для полного восстановления после истощения. Это означает, что даже если клетки будут подвергаться звуковому стимулу каждый час, они не смогут высвобождать полную дозу инсулина каждый раз и вызвать опасную гипогликемию. Инсулин сохраняется в специальных пузырьках внутри клеток на протяжении длительного времени, даже если человек не ест более четырех часов. Это гарантирует от нежелательного высвобождения инсулина.
Однако до клинического применения этого изобретения еще далеко. Исследователи лишь предоставили доказательство концепции, показав, что генетическими сетями можно управлять звуковыми волнами. Будет ли этот принцип реализован на практике, зависит от того, заинтересуются ли им фармкомпании. Новую технологию можно применять широко: система работает не только с инсулином, но и с любым белком, пригодным для терапевтического использования.
