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用光照調控基因

試想未來糖尿病患只要照一照光,不用再注射胰島素,就能控制血糖!近來,生物學家利用人類視網膜色素蛋白感光的特性,藉由基因工程的技術,得以用光照來控制其他蛋白質或基因的活性。這種技術,便是目前當紅的optogenetics!

現在最普遍的,是將這個技術用於神經科學的研究,用光照來調整神經元上通道的開關、活化特定一群細胞等等。然而,也漸漸有科學家將這項技術擴展至合成生物學,希望能用於生物製藥,或是更直接的臨床治療。Martin Fussenegger團隊將光敏感的細胞植入糖尿病老鼠的皮下(或體內),接著,以低能量的藍光照射,(或同時植入光學纖維,藉此傳送光源訊號給這些細胞),便能夠引發老鼠體內胰島素的製造,並且可以調整光照的時間長度及強弱等變因,達到控制胰島素在老鼠體內生成量的多寡,與目前直接注射的方式相比,能更精確控制體內的血糖。在藥物或荷爾蒙等生產上,也能利用光照控制開關的方式,克服當今產業因為濃度過高對細胞產生毒性的限制,提高製造的效率。

除此之外,Emilia Entcheva團隊也將這個技術延伸到另一個新的層面,這次科學家們把腦筋動到心臟細胞上!心肌細胞週而復始的收縮,產生規律而同步的節律運動,所以若能成功將病人一小部分的心肌細胞利用基因工程改造成光敏感的細胞,便能藉由光照活化這一部分的細胞使其開始收縮,並透過cell junctions進而引發鄰近細胞的活化,開啟一連串的收縮動作,而刺激的光源同樣是利用光學纖維來達成,這個的構想已經能在離體時,使一群心肌細胞產生類似正常人的心搏,接下來的挑戰便是如何在活體實驗中,讓光敏感細胞順利與正常細胞共同合作!

「治療疾病、做復健,只要曬曬日光浴」,這是一個科學家們的理想和期待,也難怪optogenetics會成為生物學家們的新寵兒!

資料來源:Genes Controlled with Light-TechnologyReview[2011-7-23]

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