Tragbare Geräte haben sich durchgesetzt und erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Diese Geräte verbinden normalerweise Biomaterialien mit Elektronik. Einige tragbare elektromagnetische Geräte fungieren als mechanische Energiesammler zur Energieversorgung. Zur Zeit, Es ist keine „direkte elektrogenetische Schnittstelle“ verfügbar. Daher können tragbare Geräte genbasierte Therapien nicht direkt programmieren. Forscher haben die erste direkte elektrogenetische Schnittstelle entwickelt, die die Transgenexpression in menschlichen Zellen ermöglicht. Es heißt DART (DC Current-Actuated Regulation Technology) und nutzt eine Gleichstromversorgung, um reaktive Sauerstoffspezies zu erzeugen, die zur Expression auf synthetische Promotoren einwirken. In einem Typ-1-Diabetiker-Mausmodell stimulierte das Gerät subkutan implantierte künstliche menschliche Zellen zur Freisetzung von Insulin, das den Normalzustand wiederherstellte Blut Zuckergehalt.
Tragbare elektronische Geräte wie Smartwatches, Fitness-Tracker, VR-Headsets, intelligenter Schmuck, webfähige Brillen, Bluetooth-Headsets und viele gesundheitsbezogene Geräte sind heutzutage alltäglich und erfreuen sich insbesondere im Gesundheitsbereich immer größerer Beliebtheit. In der Regel verbinden nicht-invasive, gesundheitsbezogene Geräte Biomaterialien (einschließlich Enzyme) mit Elektronik und werden zur Überwachung von Mobilität, Vitalfunktionen und Biomarkern in Bioflüssigkeiten (Schweiß, Speichel, interstitielle Flüssigkeit und Tränen) verwendet. Einige tragbare Geräte (elektromagnetische Geräte) fungieren auch als mechanische Energiesammler zur Energieversorgung.
Verbunden tragbare Geräte spielen eine Schlüsselrolle bei der Erfassung individueller Gesundheitsdaten, die bei der Bereitstellung einer personalisierten Gesundheitsversorgung, einschließlich genbasierter Therapien, nützlich sein können. Typ 1 Diabetes ist ein solcher Zustand, bei dem ein tragbares Überwachungsgerät die Insulinexpression in subdermal implantierten künstlichen menschlichen Zellen stimulieren und steuern könnte, um Insulin freizusetzen und den normalen Blutzuckerspiegel wiederherzustellen. Geräte würden eine elektrogenetische Schnittstelle benötigen, um die Genexpression zu steuern. Da jedoch keine funktionierende Kommunikationsschnittstelle verfügbar ist, sind die elektronische und die genetische Welt nach wie vor weitgehend inkompatibel, und Wearables haben sich noch nicht dafür entwickelt Genbasierte Therapien.
Forschern der ETH Zürich in Basel (Schweiz) ist es kürzlich gelungen, eine solche Schnittstelle zu entwickeln, die es einem elektronischen Gerät ermöglicht, mithilfe von Gleichstrom mit geringem Pegel mit der genetischen Welt zu kommunizieren. Diese sogenannte DART-Technologie (Direct Current Actuated Regulation Technology) erzeugt ungiftige Mengen an Reaktive Sauerstoffspezies zur reversiblen Feinabstimmung synthetischer Promotoren. In einem Mausmodell stimulierte seine Anwendung erfolgreich künstliche menschliche Zellen, die unter die Haut implantiert wurden, um Insulin freizusetzen und den Blutzuckerspiegel wiederherzustellen.
Im Moment sieht DART vielversprechend aus, aber es hat die strengen klinischen Studien durchlaufen und seine Wertigkeit in Bezug auf Sicherheit und Wirksamkeit unter Beweis gestellt. In Zukunft könnten tragbare elektronische Geräte mit DART in der Lage sein, Stoffwechselinterventionen direkt zu programmieren.
***
References:
- Kim J., et al., 2018. Tragbare Bioelektronik: Enzymbasierte, am Körper getragene elektronische Geräte. Acc. Chem. Res. 2018, 51, 11, 2820–2828. Veröffentlichungsdatum: 6. November 2018. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.accounts.8b00451
- Huang, J., Xue, S., Buchmann, P. et al. 2023. Eine elektrogenetische Schnittstelle zur Programmierung der Genexpression von Säugetieren durch Gleichstrom. Naturstoffwechsel. Veröffentlicht: 31. Juli 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s42255-023-00850-7
***
