2026年诺贝尔生理学或医学奖授予了在光控离子通道与光遗传学领域作出重要发现的三位科学家，让“用光控制细胞”这一技术走入更多人的视野。通过给特定细胞装上“感光开关”，科学家能够用光精准控制其活动，为探索大脑功能和疾病机制提供有力工具。
近日，天津大学医学部药学院史志远教授团队联合合作者，在《Advanced Materials》发表综述《Remote-Controlled Genetic Circuits: Light, Ultrasound, and Magnetic Fields for Programmable Gene Regulation》（远程控制的基因电路：利用光、超声与磁场实现可编程基因调控），系统梳理三类外部信号如何被转化为细胞内部指令，进而调控基因表达，为探索细胞“遥控”技术提供参考。
光在生物组织中的穿透深度有限，控制深部组织中的细胞往往需要借助植入式光源或其他辅助技术。这也引出了一个值得探索的问题：能否利用更易到达深部组织的超声或磁场，实现细胞与基因的远程调控？
声遗传学与磁遗传学为此提供了值得探索的新方向。超声能够到达较深组织，并聚焦于目标区域；磁场则具有良好的组织穿透能力。借助相应的响应材料和生物元件，这些外部刺激可以转化为细胞能够识别的内部信号，进而调节细胞活动或基因表达。这些特点使声、磁遗传学有望在深部组织调控和精准治疗领域受到更多关注，其控制精度、作用机制和安全性仍需进一步研究。
图1 从外部物理信号到基因表达：细胞“遥控”系统的工作原理。
文章系统总结了光、超声和磁场响应的生物通路与基因调控策略，围绕“外部信号如何被细胞感知、如何在细胞内传递、最终如何控制基因表达”展开比较。所谓“基因电路”，可以理解为由生物元件组成的细胞内部控制系统，用于决定某个基因何时开启、产生多少蛋白质。文章不仅比较了三类技术的优势、局限和应用进展，还讨论了如何设计能够接收多种信号、记住刺激，或根据反馈调整功能的基因电路。
从选择合适的外部刺激，到搭建细胞内部的响应通路，再到设计能够执行特定任务的基因电路，这篇综述为感兴趣的研究者提供了一份入门指南，也为探索声、光、磁远程调控的新方案提供参考。
图2 超声如何控制基因表达：真核细胞中代表性的响应通路与基因电路。
天津大学为论文第一作者单位，主要工作由天津大学医学部药学院博士生于欣茗、硕士生于小淼、贾尚等同学完成。该工作得到国家自然科学基金、先进医用材料与医疗器械全国重点实验室自主课题、天津市自然科学基金等项目资助。
通讯作者简介：史志远，天津大学医学部药物科学与技术学院教授、博士生导师。本科在德国哥廷根大学学习了神经与行为生物学，随后在德国亚琛工业大学获得生物医学工程硕士和化学博士学位，获最优等博士学位荣誉（Summa Cum Laude），于2023年全职加入天津大学。主要研究方向为声药理学、声遗传学、高分子机械力化学和癌症免疫疗法，致力于探索利用超声等外部物理信号调控药物活性与细胞功能的新方法。相关成果发表于 Nature Chemistry、Journal of the American Chemical Society 等期刊。主持教育部海外引才专项、国家自然科学基金及天津市自然科学基金等项目，曾获国家优秀自费留学生奖、德国亚琛工业大学Borchers-Plakette奖章等荣誉。
