Controllare la produzione di insulina con uno smartwatch
I ricercatori dell'ETH hanno sviluppato un interruttore genico che si ammette con la luce LED verde degli smartwatch disponibili in commercio - una novità che potrebbe essere utilizzata in futuro per il trattamento del diabete.
Molti orologi sportivi o smartwatch moderni hanno diodi LED integrati. Questi emettono una luce verde continua o pulsata che penetra nella pelle e viene utilizzata, tra l'altro, per misurare il polso durante l'esercizio fisico o a riposo.
Questi orologi sono ormai di uso comune. Per questo motivo, i ricercatori dell'ETH guidati da Martin Fussenegger del Dipartimento biosistemi e ingegneria di Basilea vogliono utilizzare questa fonte di luce per controllare i geni attraverso la pelle e modificare il comportamento delle cellule. La difficoltà: "Un sistema molecolare che reagisce alla luce verde non esiste naturalmente nelle cellule umane", sottolinea Fussenegger, "quindi abbiamo dovuto costruire qualcosa di nuovo".
La luce verde dell'orologio attiva il gene
Il professore dell'ETH e i suoi collaboratori hanno sviluppato un interruttore molecolare che, una volta impiantato, può essere attivato dalla luce verde degli smartwatch.
L'interruttore è accoppiato a una rete genetica che i ricercatori hanno aggiunto alle cellule umane. Come di consueto, per questo prototipo hanno utilizzato cellule HEK. A seconda della configurazione di questa rete, cioè dei geni di cui è dotata, essa può, ad esempio, produrre insulina non appena la luce verde colpisce le cellule. Se la luce si spegne, l'interruttore si disattiva e il processo si arresta.
Software standard utilizzato
I ricercatori hanno utilizzato il software standard dello smartwatch e non hanno dovuto sviluppare programmi propri. Nei loro esperimenti, sono stati in grado di accendere la luce verde avviando la "running app". "Questi orologi standard possono essere utilizzati universalmente per attivare l'interruttore molecolare", afferma Fussenegger. I nuovi modelli emettono luce pulsata, ancora più adatta a mantenere in funzione la rete genica.
Tuttavia, l'interruttore molecolare è più complicato. Nella membrana delle cellule HEK è stato inserito un complesso molecolare che è accoppiato a una controparte corrispondente, simile all'accoppiamento di una carrozza ferroviaria. Non appena si accende la luce verde, il pezzo che sporge all'interno della cellula si stacca e viene trasportato nel nucleo della cellula. Lì attiva un gene che produce insulina. Non appena la luce verde si spegne, la parte disaccoppiata si ricollega alla controparte ancorata nella membrana.
Controllo degli impianti con gli indossabili
I ricercatori hanno testato il loro sistema sia su una cotenna di pancetta che su topi vivi, ai quali hanno impiantato le cellule corrispondenti e hanno legato uno smartwatch come uno zaino. Avviando il programma di corsa dell'orologio, i ricercatori hanno acceso la luce verde e messo in moto la cascata.
"È la prima volta che un impianto di questo tipo può essere controllato con dispositivi elettronici intelligenti disponibili in commercio che vengono sponsorizzati sulla superficie della pelle, i cosiddetti wearables", sottolinea l'ETH. La maggior parte degli orologi ha una luce verde, per cui ha senso concentrare una possibile applicazione futura su questo aspetto. In questo modo, gli utenti non dovranno acquistare un dispositivo speciale.
Tuttavia, Fussenegger stima che ci vorranno almeno 10 anni prima che la tecnologia raggiunga la clinica. Le cellule utilizzate in questo prototipo dovrebbero essere sostituite dalle cellule dell'utente; il sistema deve inoltre superare le fasi cliniche prima di ottenere l'ammissione. Le difficoltà sono elevate: "Ad oggi esistono pochissime terapie cellulari approvate", sottolinea Fussenegger.
Riferimento alla letteratura
Mansouri M, Hussherr M-D, Strittmatter T, Buchmann P, Xue S, Camenisch G, Fussenegger M: Controllo percutaneo di transgeni terapeutici programmato da smart-watch con luce verde. Nature Communications, 2021, 7 giugno; doi: pagina esterna10.1038/s41467-021-23572-4