Forscher steuern Genaktivität über eine Apple Watch, um Insulin zu produzieren
Die Designer-Zellen haben die Wissenschaftler aus menschlichen Stammzellen synthetisiert. (Grafik: Giovanni Cancemi/ Shutterstock.com)
Glow Control steht für „Green Light Operated Watch“ und stellt das Kontrollcenter einer genetisch manipulierten Stoffproduktion dar. Darüber gelang es Wissenschaftlern, die Designerzellen praktisch auf Knopfdruck Insulin herstellen zu lassen. Schalteten sie das grüne Licht über Apples Health-App wieder aus, stoppte die Produktion sofort. Wie das funktioniert, erläuterten die Forscher der Eidgenössischen Technischen Unversität (ETH) Zürich nun im Magazin Nature Communications.
Den Versuchstieren wurden die manipulierten Zellen im Rücken ein- und eine Apple Watch aufgesetzt. (Foto: ETH Zürich)
Künstliches Molekular-System eingeschleust
Das Team um Martin Fussenenger aus der Abteilung Biosystem Science and Engineering hatte zum Ziel, das Verhalten von Zellen über die Haut zu verändern. Smartwatches nutzen bereits grüne LED, um via Photoplethysmographie die Herzfrequenz ihres Trägers zu erfassen. So entstand die Idee, über dieses Licht Gen- und Zellverhalten zu steuern. Fussenenger erklärt: „Kein natürlich vorkommendes molekulares System in menschlichen Zellen reagiert auf grünes Licht, also mussten wir etwas Neues bauen.“ Über Stammzellen-Manipulation erstellten sie die insulinproduzierende Zelle. Zusätzlich designten sie die synthetischen Genschalter mithilfe von glühgesteuerten Säugetieren und sprechen von „genetischen Schaltkreisen“. Den Schalter aus Proteinketten bauten sie in die Zellmembran ein und verknüpften ihn mit einem Verbindungsstück. Das in die Zelle hineinragende Bauteil löst sich bei grünem Licht ab. Nach seiner Reise in den Zellkern löst es dort ein Insulin produzierendes Gen aus. Sobald das Licht erlischt, verbindet sich das Bauteil wieder mit dem aus der Membran ragenden Gegenstück und die Produktion stoppt.
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Smartwatch und Gentechnik für Therapien der nächsten Generation
Die Forscher wiesen so nach, dass man mit künstlichen menschlichen Zellen und einer Smartwatch Diabetes therapieren kann. Sie sind sich sicher, dass die „direkte Kopplung von tragbaren, intelligenten elektronischen Geräten mit therapeutischer Genexpression personalisierte Therapien der nächsten Generation“ vorantreiben wird. Dazu stellen sie sich vor, dass man „biopharmazeutische Interventionen“ über das Internet mit den Patienten verknüpft. Der Vorteil der gefundenen Lösung liege darin, dass die Geräte über verschiedene Software-Ökosysteme programmierbar und bereits für die Überwachung medizinischer Parameter lizenziert seien. Zentrales Ziel der synthetischen Biologie ist, das Verhalten von manipulierten Zellen zu programmieren. Dieses Mal sei das mit Licht als Stimuli erreicht worden, verkünden die Verfasser. Glow Control könne „in Notfallsituationen“ und nach der Transgen-Therapie jederzeit über das Antibiotikum Doxycyclin ausgeschaltet werden.
