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用思维控制基因治疗疾病

时间: 2015年04月16日 | 作者: | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
通过脑-机接口技术,人类可以用思维控制假肢、电脑程序甚至远程直升机。如果我们可以利用这项技术控制身体内部的变化呢?
 

瑞士的一个生物工程师团队向生物机器人迈出了第一步。他们将一个脑-机接口与合成的生物植入物相连,使脑活动可以操纵基因开关,造就了世界上第一个脑-基因接口。

 

该团队从典型的脑-机接口入手,它是一种电极帽,可以记录受试者的大脑活动并向另一个电子设备输出信号。该电子设备是一种电磁场发生器,不同类型的脑活动激发的电磁场强度不同。下一步则是全新的尝试——实验者通过电磁场触发老鼠体内植入物的程序,从而引发人体细胞合成蛋白质。

 

该植入物应用了尖端的光遗传学技术。研究人员将细菌的基因插入人肾脏细胞的基因组内,使肾脏细胞合成光敏蛋白。然后他们对细胞进行生物工程改造,用光触发一连串分子反应,最终导致细胞合成容易被检查的SEAP(分泌型碱性磷酸酶,Secreted Embryonic AlkalinePhosphatase)。最后他们将这些人类细胞与LED灯一起放入小的塑胶囊袋中,注入到老鼠的皮下。

 

志愿者们头上戴着电极帽玩“我的世界”(Minecraft)游戏或者进行沉思,在老鼠所在的平台上分别产生中等或强烈的电磁场。电磁场激发植入物内的红外LED灯,使细胞合成SEAP。该蛋白扩散穿过细胞膜后进入老鼠的血管。

 

玩”我的世界”游戏使老鼠的血管里含有中等水平的SEAP,沉思则产生高水平的SEAP。第三种类型的精神控制为生物反馈,志愿者看着老鼠皮下的灯,学习用意识控制LED的开和关——由此控制SEAP合成的开关。

 

瑞士联邦理工大学的生物合成与设计学教授马丁•富塞内格尔(Martin Fussenegger)说:“将脑-机接口与光基因开关相结合是一个看似简单的想法,但这种控制基因的方法是全新的。”通过植入物,该装置不需要让使用者自身细胞的基因发生改变,就可以控制光敏基因的力量。富塞内格尔教授和他的合作者设想未来可以使用治疗性的植入物产生化学物质来治疗各种机能障碍,例如产生神经递质调节心情或缓解焦虑、产生止痛物质缓解慢性或极性疼痛、或者产生凝血因子治疗血友病等。用意识控制静脉内药物剂量而不是依赖外界传感器可以使一些病人极大地受益——尤其是那些受疼痛折磨的病人,除了患者本人以外其他人都很难测量其疼痛的程度,或者是那些有自闭症的病人以及无法交流的病人。( 西蒙•梅金(Simon Makin))

 

本文仅代表作者观点,不代表《科学美国人》(翻译:王映月;审校:梁锘)

 

原文链接:http://www.scientificamerican.com/article/thought-controlled-genes-could-someday-help-us-heal/