糖尿病是一种身体产生胰岛素过少或不产生胰岛素的疾病。因此，糖尿病患者依赖于通过注射或泵从外部供应这种激素。由巴塞尔苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的 Martin Fussenegger 领导的研究人员希望让这些人的生活变得更轻松，并正在寻找直接在体内生产和管理胰岛素的解决方案。

科学家们正在寻求的解决方案之一是将产生胰岛素的设计细胞封装在可以植入体内的胶囊中。为了能够从外部控制细胞释放到血液中的胰岛素的时间和数量，研究人员近年来研究并应用了不同的触发因素：光、温度和电场。

富森格和他的同事现在开发了另一种新颖的刺激方法：他们使用音乐触发细胞在几分钟内释放胰岛素。这对于英国摇滚乐队 Queen 的全球热门歌曲“We Will Rock You”尤其有效。

使细胞能够接收声波

为了使胰岛素产生细胞能够接受声波，研究人员使用了来自大肠杆菌的蛋白质。此类蛋白质对机械刺激做出反应，在动物和细菌中很常见。该蛋白质位于细菌膜上，调节钙离子流入细胞内部。研究人员已将这种细菌离子通道的蓝图整合到人类胰岛素产生细胞中。这让这些细胞自己创建离子通道并将其嵌入细胞膜中。

正如科学家们所证明的那样，这些细胞中的通道会响应声音而打开，从而允许带正电的钙离子流入细胞。这导致细胞膜中的电荷反转，进而导致细胞内充满胰岛素的微小囊泡与细胞膜融合，并将胰岛素释放到外部。

震撼的低音促进胰岛素分泌

在细胞培养中，研究人员首先确定哪些频率和音量水平最强烈地激活离子通道。他们发现 60 分贝 (dB) 左右的音量和 50 赫兹的低音频率最能有效触发离子通道。为了触发最大程度的胰岛素释放，声音或音乐必须持续至少三秒并暂停最多五秒。如果间隔太远，释放的胰岛素就会少得多。

最后，研究人员研究了哪些音乐流派在 85 分贝的音量下引起最强的胰岛素反应。带有强劲低音的摇滚音乐(例如皇后乐队的歌曲“We Will Rock You”)位居榜首，其次是动作片《复仇者联盟》的配乐。相比之下，古典音乐和吉他音乐的胰岛素反应相当弱。

“We Will Rock You”在 5 分钟内触发了大约 70% 的胰岛素反应，并且在 15 分钟内全部触发。富塞内格说，这与健康个体自然葡萄糖诱导的胰岛素反应相当。

声源必须位​​于植入物的正上方

为了测试整个系统，研究人员将产生胰岛素的细胞植入小鼠体内，并将这些动物的腹部直接放在扬声器上。这是研究人员观察胰岛素反应的唯一方法。然而，如果动物能够在“老鼠迪斯科”中自由移动，音乐就无法触发胰岛素释放。

“只有当正确声音的声源直接在植入物上方的皮肤上播放时，我们设计的细胞才会释放胰岛素，”Fussenegger 解释道。激素的释放不是由飞机噪音、割草机、消防队报或谈话等环境噪音触发的。

不会通过环境噪音触发

据富塞内格对细胞培养物和小鼠的测试可知，植入人体的细胞在受到最轻微的噪音影响时持续释放胰岛素的风险很小。

另一个安全缓冲是胰岛素储存库在耗尽后需要四个小时才能完全补充。因此，即使细胞每小时暴露在声音下，它们也无法每次释放满负荷的胰岛素，从而导致危及生命的低血糖。“然而，它可以满足一日三餐的糖尿病患者的典型需求，”富塞内格说。他解释说，即使一个人超过四个小时没有进食，胰岛素也会在囊泡中保留很长时间。“没有发生消耗或意外排放。”

但距离临床应用还有很长的路要走。研究人员只是提供了一个概念证明，表明遗传网络可以通过声波等机械刺激来控制。这一原则能否付诸实践取决于制药公司是否有兴趣这样做。毕竟，它可以广泛应用：该系统不仅适用于胰岛素，还适用于任何可用于治疗用途的蛋白质。