Electrogenetic cellular insulin release for real-time glycemic control in type 1 diabetic mice

血糖性 胰岛素 刺激 去极化 发电机(电路理论) 计算机科学 化学 医学 内科学 物理 量子力学 功率(物理)
作者
Krzysztof Krawczyk,Shuai Xue,P. Buchmann,Ghislaine Charpin-El-Hamri,Pratik Saxena,Marie‐Didiée Hussherr,Jiawei Shao,Haifeng Ye,Mingqi Xie,Martin Fussenegger
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:368 (6494): 993-1001 被引量:189
标识
DOI:10.1126/science.aau7187
摘要

Sophisticated devices for remote-controlled medical interventions require an electrogenetic interface that uses digital electronic input to directly program cellular behavior. We present a cofactor-free bioelectronic interface that directly links wireless-powered electrical stimulation of human cells to either synthetic promoter-driven transgene expression or rapid secretion of constitutively expressed protein therapeutics from vesicular stores. Electrogenetic control was achieved by coupling ectopic expression of the L-type voltage-gated channel CaV1.2 and the inwardly rectifying potassium channel Kir2.1 to the desired output through endogenous calcium signaling. Focusing on type 1 diabetes, we engineered electrosensitive human β cells (Electroβ cells). Wireless electrical stimulation of Electroβ cells inside a custom-built bioelectronic device provided real-time control of vesicular insulin release; insulin levels peaked within 10 minutes. When subcutaneously implanted, this electrotriggered vesicular release system restored normoglycemia in type 1 diabetic mice.
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