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遇见/摘要
随着全球人口的增长和老龄化趋势，糖尿病等慢性疾病的患病人数正持续攀升。为了满足日益增长的健康需求，科学家们正积极探索创新疗法。2024年12月10日，华东师范大学叶海峰研究员团队、华东理工大学金晶教授团队和上海交通大学附属仁济医院高钢龙主任团队合作开发了一种视觉驱动的光遗传智能系统（VISITER），可以实现看到高糖食物即可诱导胰岛素表达降血糖的效果，为糖尿病患者提供了一种全新的自动化血糖调节方法。相关成果以题为“A visually-induced optogenetically-engineered system enables autonomous glucose homeostasis in mice” 的论文发表在国际知名期刊《Journal of Controlled Release》。
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遇见/内容
VISITER系统的核心理念是将人眼感知的视觉信号转化为控制光遗传细胞的光信号，从而调控胰岛素的精准表达，达到自适应地调节血糖水平的目的。具体来说，当人们注视高糖食物的图像时，脑机接口设备通过脑电图（EEG）捕捉大脑的事件相关电位（ERP）信号，并利用机器学习技术解码这些信号。随后，系统根据视觉刺激生成光信号，精确地调控体内工程细胞中胰岛素的表达水平。
首先,受基于脑机接口（BCI）的中风康复系统启发，研究人员开发了一种脑机接口控制系统。该系统的核心组件包括：研究团队将BCI技术与光遗传学结合，开发了一套新型糖尿病治疗系统。系统的核心组件包括：1.脑电信号采集设备：通过电极帽和EEG放大器记录大脑活动信号；2.信号处理单元：提升信噪比并去除伪影；3.信号分类模块：基于贝叶斯线性判别分析（BLDA）算法，解码脑信号并识别目标图像。在实验中，参与者专注于屏幕上显示的不同糖分水平的食物图片，通过解码脑电信号生成控制指令，精准调节系统运行。
为实现脑控模块与光遗传细胞的有机联动，研究团队设计了一款整合半导体技术的控制盒。该控制盒接收脑电信号后将其转化为远红光（FRL）的照射时间控制指令，从而调控植入小鼠体内光遗传细胞的基因表达。具体而言，不同食物图片对应不同的光照时间，控制盒生成的远红光精准触发胰岛素的表达和释放。
在小鼠实验中，研究团队利用VISITER 系统成功实现了血糖的精确调节。当 “看到”目标图像时，光信号被触发，促使光遗传工程细胞分泌胰岛素，恢复正常血糖水平。这一突破性技术为糖尿病血糖稳态智能化控制开辟了新路径，同时也为其他慢性病的治疗提供了潜在可能。
VISITER系统通过整合脑机接口技术、半导体技术、合成生物学、神经科学和光遗传学，展现了跨学科合作的巨大潜力。相比传统胰岛素注射或药物治疗，该系统为患者提供了更加便捷、精准的解决方案，开辟了糖尿病个性化治疗的新思路，同时也为数字健康与智能医疗领域的未来发展奠定了技术基础。
该项研究工作不仅展示了半导体合成生物学在医疗中的潜力，还开启了利用脑机接口和光遗传技术解决复杂健康问题的新尝试。这是对人类自主调控健康的一次有力探索，为糖尿病等慢性疾病的治疗注入了更多可能。
华东理工大学博士后李舒蕊、华东师范大学博士后周阳和孔德强为共同第一作者，华东师范大学叶海峰研究员、华东理工大学金晶教授、上海交通大学附属仁济医院高钢龙主任为论文的共同通讯作者。
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遇见/致谢
感谢叶海峰教授课题组对本号的支持，感谢该课题组提供本文稿件支持！
1. 叶海峰课题组Nature子刊：新型光遗传学技术，实现光照减肥！
2. 华东师大叶海峰/管宁子团队Nat Comm｜植物源色素伴侣蛋白FHY1/FHL助力哺乳动物光开关转录调控
3. Cell子刊｜叶海峰团队开发声控细胞“生物炸弹”精准攻击肿瘤
遇见生物合成
合成生物学/天然产物生物合成
姊妹号“生物合成文献速递”
