유전자 발현 101: 대부분의 유전자는 세포에게 단백질을 만드는 방법을 알려주는 지침서와 같다. 신체의 거의 모든 세포에는 모든 유전자의 사본이 포함되어 있지만 각 세포의 유전자 중 일부만 활성화(또는 "발현")된다. 이것이 바로 혈액 세포가 뼈 세포와 다른 점이다.

신체가 어떤 유전자가 발현되는지 지시하는 한 가지 방법은 유전자에 화합물을 표시하는 것이다. 그러나 유전자가 켜지지 않아야 할 때 켜지거나 꺼지면 질병을 일으킬 수 있기 때문에 많은 연구자들이 세포에서 유전자 발현을 수동으로 제어하는 방법을 모색하고 있다.

그들은 이것을 할 수 있는 많은 방법을 찾았다. 일부 연구자들은 약물, 빛 또는 유전자 편집 기술을 사용한다. 전류로 자극을 받으면 인슐린을 생성한다.

“우리는 오랫동안 전기를 사용하여 유전자 발현을 직접 제어하고 싶었다. 이제 우리는 마침내 성공했다.”고 당시 선임 연구원인 마틴 퍼세네거(Martin Fussenegger)가 말했다.

새로운 기능: 팀의 2020 장치는 조작된 세포의 작은 캡슐에 연결된 회로 기판으로 구성되었다. 전체를 몸에 이식해야 하고 작동하는 동안 유전자 발현을 유발하기 위해 몇 시간 동안 고전압 신호를 세포에 보내야 했다.

연구팀은 이제 전기로 유전자 발현을 유발하는 더 안전하고 효율적인 방법을 개발했다. 그들은 Nature Metabolism에 게재된 논문에서 "직류(DC) 작동 조절 기술"(DART)이라고 부르는 접근 방식을 자세히 설명한다.

작동 방식: 인체에 이식되는 이 새로운 장치의 유일한 부분은 인간 췌장 세포를 포함하는 젤 캡슐이다.

한 쌍의 침을 피부에 삽입한 다음 신체 외부에 착용한 배터리 팩에서 저전압 전기 자극을 전달한다. 5가지 당뇨병 생쥐 모델에서 하루에 단 10초만 자극을 주면 세포가 혈당 수준을 안정시키기에 충분한 인슐린을 생산하도록 촉발되었다.

생쥐(왼쪽)와 그 다양한 구성 요소(오른쪽)에서 유전자 발현을 유발하는 데 사용되는 시스템의 그림. 이미지 출처: Fussenegger 외, (2023)

전망: 이 연구는 개념 증명일 뿐이며 ETH 팀이 당뇨병이 있는 인간에게 적용할 수 있다고 믿는지 여부는 분명하지 않다. 2020년 연구에서는 캡슐도 주기적으로 리필해야 한다고 언급했다.

분명한 것은 연구원들이 DART가 다양한 의학적 문제에 대한 유전자 발현을 제어하는 웨어러블의 개발로 이어질 수 있다고 믿는다는 것이다.

"우리는 인간 세포에서 치료 전이유전자의 신속하고 전자 장치가 필요 없는 직접 배터리 구동 저전압 DC 제어가 도약이라고 믿으며, 그리 멀지 않은 미래에 웨어러블이 유전자를 제어할 수 있게 할 잃어버린 고리를 나타낸다.”고 그들은 그들의 논문에 썼다.