通过物理信号对哺乳动物细胞行为进行编程（上）

主要观点总结

文章综述了合成生物学中物理信号诱导系统的发展，特别是利用光、磁场、热、机械力、超声波和电等物理信号控制哺乳动物细胞行为的研究。文中详细介绍了光遗传学、磁遗传学、热遗传学、机械遗传学、声遗传学以及电遗传学的原理、应用和挑战，并展望了未来在生物医学、个性化医疗、材料科学等领域的应用潜力。同时，也指出了当前物理信号诱导系统在临床转化和个性化医疗中的挑战和前景。

关键观点总结

关键观点1: 光遗传学

光遗传学结合了光学和遗传学的原理，利用光控制和操纵细胞行为。其应用包括基因表达、相分离、基因编辑、细胞器和细胞运动等。光感受器或光传感器根据功能分为微生物视蛋白、G蛋白偶联受体和通过光调节的非视蛋白光激活蛋白。光遗传学工具通过变构光开关、光诱导的同二聚化或寡聚化、光触发的蛋白质-蛋白质相互作用和光诱导的自我切割等机制实现控制。

关键观点2: 磁遗传学

磁遗传学结合了磁学原理，通过磁场设计非侵入性调控细胞过程的方法。其应用包括工程化设计细胞对磁刺激的响应，如磁热传导、磁机械传导和磁电转导等。磁遗传工具包括磁热传导的纳米颗粒、磁机械转导的磁性镊子和磁电转导的纳米颗粒。

关键观点3: 热遗传学

热遗传学利用温度敏感的基因工具来精确调控活体系统中基因或细胞活动。其应用包括利用热敏蛋白或离子通道来远程调节神经元活动。热遗传学工具可以响应温度变化诱导钙离子内流，从而调节细胞功能。

关键观点4: 机械遗传学

机械遗传学通过利用机械敏感离子通道和基于 YAP/TAZ 或 TRPV4 的机械发生系统来实现对细胞行为的控制。这些工具可以响应机械力信号调节基因表达或细胞行为。

关键观点5: 声遗传学

声遗传学利用 TRP 通道和微泡等机制来响应超声波信号，实现对细胞行为的控制。这些工具在声遗传学中的作用包括激活或抑制特定细胞类型。

关键观点6: 电遗传学

电遗传学利用离子通道和直流电调节技术来响应电信号，实现对细胞行为的控制。这些工具在电遗传学中的作用包括利用电刺激激活或抑制特定细胞类型。