Smartphone-controlled optogenetically engineered cells enable semiautomatic glucose homeostasis in diabetic mice

葡萄糖稳态 平衡 糖尿病 细胞生物学 医学 化学 生物 内分泌学 胰岛素抵抗
作者
Jiawei Shao,Shuai Xue,Guiling Yu,Yuanhuan Yu,Xueping Yang,Yu Bai,Sucheng Zhu,Linfeng Yang,Jianli Yin,Yidan Wang,Shuyong Liao,Sanwei Guo,Mingqi Xie,Martin Fussenegger,Haifeng Ye
出处
期刊:Science Translational Medicine [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:9 (387) 被引量:199
标识
DOI:10.1126/scitranslmed.aal2298
摘要

With the increasingly dominant role of smartphones in our lives, mobile health care systems integrating advanced point-of-care technologies to manage chronic diseases are gaining attention. Using a multidisciplinary design principle coupling electrical engineering, software development, and synthetic biology, we have engineered a technological infrastructure enabling the smartphone-assisted semiautomatic treatment of diabetes in mice. A custom-designed home server SmartController was programmed to process wireless signals, enabling a smartphone to regulate hormone production by optically engineered cells implanted in diabetic mice via a far-red light (FRL)-responsive optogenetic interface. To develop this wireless controller network, we designed and implanted hydrogel capsules carrying both engineered cells and wirelessly powered FRL LEDs (light-emitting diodes). In vivo production of a short variant of human glucagon-like peptide 1 (shGLP-1) or mouse insulin by the engineered cells in the hydrogel could be remotely controlled by smartphone programs or a custom-engineered Bluetooth-active glucometer in a semiautomatic, glucose-dependent manner. By combining electronic device-generated digital signals with optogenetically engineered cells, this study provides a step toward translating cell-based therapies into the clinic.
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