Hydrophobicity Regulation of Energy Acceptors Confined in Mesoporous Silica Enabled Reversible Activation of Optogenetics for Closed-Loop Glycemic Control

光遗传学 化学 血糖性 纳米技术 介孔二氧化硅 生物物理学 介孔材料 神经科学 胰岛素 催化作用 生物化学 材料科学 生物 内分泌学
作者
Qi Liang Lu,Zihe Wang,Bai Shu-min,Ying Wang,Cheng Liao,Yaru Sun,Yi Zhang,Wei Li,Qingsong Mei
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (10): 5941-5951 被引量:15
标识
DOI:10.1021/jacs.2c13762
摘要

Optogenetics-based synthetic biology holds great promise as a cell-based therapy strategy for many clinical incurable diseases; however, precise control over genetic expression strength and timing through disease state-related closed-loop regulation remains a challenge due to the lack of reversible probes to indicate real-time metabolite fluctuations. Here, based on a novel mechanism of analyte-induced hydrophobicity regulation of energy acceptors confined in mesoporous silica, we developed a smart hydrogel platform comprising glucose reversible responsive upconversion nanoprobes and optogenetic engineered cells, in which the upconverted blue light strength was adaptively tuned through blood glucose levels to control optogenetic expressions for insulin secretion. The intelligent hydrogel system enabled convenient maintenance of glycemic homeostasis through simple near-infrared illuminations without any additional glucose concentration monitoring, which efficiently avoided genetic overexpression-induced hypoglycemia. This proof-of-concept strategy efficiently combines diagnostics with optogenetics-based synthetic biology for mellitus therapy, opening up a new avenue for nano-optogenetics.
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