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Research Highlights

本期我们介绍的工作是中国科学院强磁场科学中心研究员、博士生导师张欣发表在

The Innovation上的论文 A Static Magnetic Field Improves Iron Metabolism and Prevents High-Fat-Diet/streptozocin-Induced Diabetes   (doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100077)

论文简介

本工作中，研究者发现特定参数的稳态磁场可以通过调节胰岛细胞和肠道菌群的铁代谢来降血糖，并改善糖尿病并发症。相关成果近期已获国家发明专利授权。

原文摘要

Type 2 diabetes (T2D) is a metabolic disorder with high prevalence and severe complications that has recently been indicated to be treatable by a combined static magnetic field (SMF) and electric field. We systematically compared four types of SMFs and found that a downward SMF of ~100 mT could effectively reduce the development of hyperglycemia, fatty liver, weight gain, and tissue injury in high-fat-diet (HFD)/streptozocin-induced T2D mice, but not the upward SMF. The downward SMF markedly restored the Bacteroidetes population and reversed the iron complex outer membrane receptor gene reduction in the mice gut microbiota, and reduced iron deposition in the pancreas. SMF also reduced the labile iron and reactive oxygen species level in pancreatic Min6 cells in vitro and prevented palmitate-induced Min6 cell number reduction. Therefore, this simple SMF setting could partially prevent HFD-induced T2D development and ameliorate related symptoms, which could provide a low-cost and non-invasive physical method to prevent and/or treat T2D in the future.

作者信息

张欣，2001年本科毕业于北京大学医学部，2007年博士毕业于美国印第安纳大学，2008-2012年在哈佛医学院做博士后，2012年加入中科院强磁场中心，成立强磁生物学课题组。研究领域为强磁生物学与磁医学，主要研究强磁场与生物相互作用的多尺度效应、物理机制与生物医学应用。

寻幽问径

Scholar Insights

我们有机会采访了本文通讯作者张欣研究员，以了解她的研究思路以及研究心得。

您是如何构思这个研究的？为什么这个研究主题会吸引您？

张欣：这个是源于偶然。我们当时在做磁场对非酒精性脂肪肝的影响，买了很多比较贵但保质期很短的高脂饲料，然后博士生郁彪说磁场可能会影响糖尿病，但目前没有定论。之后，我们就用高脂饮食饲料结合药物构建了糖尿病小鼠模型。

完成这个研究需要采取什么特殊的计算方法/实验手段？

张欣：之前也有关于磁场对血糖影响的报道，但由于磁场参数不同，导致结果五花八门。我们选取了不同方向、分布和强度的稳态磁场，并设立严格的Sham对照，从动物到细胞，从肠道微生物到小鼠胰岛组织，进行了系统研究。

研究过程中遇到的最大困难是什么？最后是如何克服的？

张欣：对很多磁场生物学效应而言，磁场参数、处理方法和研究对象的不同都会导致不同的结果。我们通过查阅大量文献，设置了多种磁场强度、方向和分布，找出了一种可以降低血糖的方式，并从肠道菌群到小鼠胰岛组织，从动物到细胞，探索其作用机制。

您对研究结果满意吗？具体在什么方面取得了突破进展？

张欣：我们对结果比较满意。通过比较不同磁场参数，我们找到了一种可有效降低二型糖尿病血糖的条件。一方面显示了磁场强度、方向和分布对其生物学效应的直接影响；另一方面显示了磁场可以作为一种高穿透性的物理场，通过胰岛细胞和肠道微生物等多方面起效。 

您的合作者是如何看待这个研究的？您认为其他同行会如何看待这个研究？

张欣：我们的合作者是之前我们课题组毕业的刘娟娟博士。她通过这项研究，对磁场影响肠道微生物产生了浓厚的兴趣，目前正在系统研究磁场对肠道微生物的影响。文章发表后也受到了同行的关注和认可。有些同行已经开始参考我们的文章进行进一步的相关研究。

论文在投审稿过程遇到了什么让您记忆深刻的事情？

张欣：我们在撰写文章准备投稿时，美国学者在Cell Metabolism上发表了一篇使用复合电磁场治疗二型糖尿病的论文。我们联系了Cell Metabolism编辑，他们表示很感兴趣，欢迎我们投稿。但当天很巧看到了微信朋友圈对The Innovation的宣传，引起了强烈的共鸣，就说服了学生，投稿The Innovation。

该研究会对相关领域做出什么贡献或影响？

张欣：我们显示了很简单的磁场能够作用于肠道菌群和胰岛细胞来实现对二型糖尿病动物血糖的调节。这比近期Cell Metabolism上通过联合电场和磁场来降血糖的方法更简单易行。结合这两项工作，我们可以看出电磁场在糖尿病防治方面有良好的前景。

您将会继续深入相关的研究工作吗？有什么具体的期待？

张欣：我们目前正在继续研究，一方面希望能够找到不同磁场参数能够引起血糖变化差异的生物和物理机制；另一方面也在进一步优化条件，希望能用最简单易行的方法来达到最佳的降血糖效果，从而早日实现产业化。

设计/排版：阿泽

责编：理趣