創新細胞療法：聽搖滾樂就能調節血糖？

在減肥神藥出來之前，糖尿病患者主要是用胰島素維持，糖尿病患者主要仰賴胰島素注射治療。然而，這種傳統方法存在諸多不便，包括需要定時注射和調整劑量，以防止低血糖(hypoglycaemia)等情況發生。

近年來，多個研究團隊致力於開發更智能、更便捷的胰島素釋放系統，為糖尿病患者提供更優質的生活品質。

▋口服奈米胰島素膠囊

挪威北極大學(Arctic University)與澳洲雪梨大學(University of Sydney)的研究團隊合作開發了口服奈米胰島素膠囊。這種創新技術利用肝臟葡萄糖苷酶(glucosidase)在血糖升高時才會活化的特性，使胰島素只在高血糖時釋放，而在血糖正常或偏低時保持不活躍狀態，以降低了低血糖的風險。

細胞治療新策略：搖滾樂與硝化甘油的奇妙應用

瑞士 ETH Zurich 大學的研究團隊則另闢蹊徑，聚焦細胞治療。他們嘗試利用搖滾樂和硝化甘油 (nitroglycerin, NTG) 等非傳統方式，精準啟動細胞釋放胰島素或 GLP-1，為糖尿病治療帶來前所未有的創新思路。

▋用搖滾樂啟動胰島素釋放

他們基因改造胰臟裡分泌胰島素的 β 細胞為 MUSIC INS 細胞，MUSIC (music-inducible cellular control)為可被音樂啟動的機關，INS 則是胰島素(insulin)。

MUSIC INS 細胞的獨特之處：

• 聲波感應機制：現大腸桿菌的鈣離子通道 MscL (large-conductance mechanosensitive channel)，MscL 對聲波有反應，因此可以透過聲音打開，讓鈣離子進入細胞內。
• 胰島素儲存系統：細胞內表現胰島素前驅物(insulin precursor)，並將其儲存在細胞囊泡中。
• 鈣離子觸發機制：當鈣離子進入細胞後，會觸發囊泡與細胞膜融合，通過外泌作用(exocytosis)將胰島素釋放到細胞外。

最佳音樂和聲波參數

研究人員先在培養細胞中試驗，測試哪個頻率的聲波可以啟動打開離子通道，結果發現聲音在約 60 分貝(decibels, dB)和音頻約 50 赫茲(Hz)的時候，可以有效打開離子通道，而當聲音或音樂持續 3 秒以上，並暫停 5 秒以內的情況下，可以釋放出最大量的胰島素，如果暫停的間隔太長，釋出的胰島素就會較少。最後，他們測試哪種音樂可以達到 85 分貝，釋出最大量的胰島素，結果發現有低音的搖滾樂可以做到，皇后樂團的 We Will Rock You 的效果最好，可以在五分鐘內釋放出 70% 的胰島素，在十五分鐘內釋出全部，再來是復仇者聯盟(The Avengers)的電影配樂，古典樂和吉他的效果比較不好。

▍We Will Rock You

接著，他們把 MUSIC INS 細胞用水凝膠(hydrogel)包裹後，注射進第一型糖尿病老鼠的腹部，然後再用音樂去啟動 MUSIC INS。

他們在植入 MUSIC INS 的老鼠肚皮外面放音樂，發現放 15 分鐘 60 分貝(50 m/s2)的低音頻可以釋放出胰島素，We Will Rock You 則可以快速釋放出胰島素，調節餐後的血糖，而環境音則不會觸發胰島素的釋出。

▋硝化甘油 (NTG) 啟動 GLP-1 釋放：hNORM 系統的化學訊號

在他們最近發表在 Nat Biomed Eng 的研究中則是用硝化甘油，類似搖滾細胞 MUSIC INS，他們的 hNORM (human nitric oxide-responsive transgene regulation modality) 系統是是基改 HEK 細胞。

hNORM 系統的組成：

• 表現粒線體的的 ALDH2，把硝化甘油轉變成 NO。
• 表現 sGC (soluble guanylate cyclase)，負責把 GTP 轉變成 cGMP。
• 表現 PKG1 (protein kinase G1)，磷酸化和活化 CREB。
• 表現 PCRE-driven GLP-1，CREB 被活化後會啟動 GLP-1 的表現。

貼片給藥：硝化甘油穿皮啟動 GLP-1 釋放

他們把硝化甘油加進貼片中，患者只要把貼片貼在皮膚上，硝化甘油就可以穿過皮膚，進入基改 hNORM 細胞。這些細胞表現的 ALDH2 會把硝化甘油轉化為氧化氮(NO)，NO 會活化 sGC，把 GTP 轉變成 cGMP。接著，cGMP 會活化 PKG1，進而活化 CREB，啟動 GLP-1 的表現，進而促使胰臟的 β-cells 分泌胰島素，調解血糖，並抑制食慾。

他們一樣用水凝膠把基改的 hNORM 細胞包裹後注射進第一型糖尿病老鼠腹部，然後在老鼠肚皮上每兩天貼一次貼片，35 天後測量體內的 GLP-1。結果：血液中的 GLP-1 有顯著增加，體重恢復正常，胰島素表現正常外，胰島素阻抗的情形也消失了，血糖也保持穩定。

不負責任感想

感覺很有趣，但是不確定是否可以一次注入很多，然後分批釋放，例如每個貼片只夠釋放 10% 的植入 hNORM，那這樣就可以好幾天才植入一次(一天三次的話，就可以三天才注射一次 hNORM 細胞)，其他時間只要換貼片就好。用聲波的話，就可以定時放搖滾樂，如果不喜歡搖滾樂的可能就不適合。😂



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Articles:

Cells with an ear for music release insulin | ETH Zurich

A new switch for the cell therapies of the future | ETH Zurich


Publications:

H Zhao, S Xue, M Hussherr et al. Tuning of cellular insulin release by music for real-time diabetes control. Lancet Diabetes & Endocrinology (2023) DOI: 10.1016/S2213-8587(23)00153-5

M Mahameed, S Xue, B Danuser et al. Nitroglycerin-responsive gene switch for the on-demand production of therapeutic proteins. Nat Biomed Eng (2025) DOI: 10.1038/s41551-025-01350-7