最近，美國北卡羅來納大學(xué)（UC）和北卡羅來納州立大學(xué)（UC State）的研究人員的一項新發(fā)明，可能使眾多糖尿病患者擺脫痛苦的胰島素注射，他們研制出第一個“智能胰島素貼片”，可以檢測血糖水平的增加，并在需要的時候分泌適當(dāng)劑量的胰島素進(jìn)入血液。

       這種貼片是一種方形的薄片，不到一個便士的大小，每一片都覆蓋有一百多個微小的針，大約一根睫毛的大小。這些“微針”填充著微小的胰島素和葡萄糖傳感酶存儲單元，當(dāng)血糖水平太高時，可快速釋放它們的貨物。

       這項研究發(fā)表在六月二十二日的《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS），發(fā)現(xiàn)這種新的、無痛的貼片，可使1型糖尿病小鼠模型的血糖降低長達(dá)九小時的時間。在將這種貼片用于人類患者之前，還需要更多的臨床前試驗和后續(xù)的人體臨床試驗，但是該方法仍然顯示出巨大的潛力。

       本文共同資深作者、UNC/NC State生物醫(yī)學(xué)工程系教授顧臻（Zhen Gu）指出：“我們設(shè)計了一種用于糖尿病的貼片，它們可快速起作用，易于使用，并且是由無毒、生物相容性的材料制成。整個系統(tǒng)可以個性化，可根據(jù)糖尿病患者的體重和胰島素敏感性，因此我們可以讓智能貼片更聰明。”

      糖尿病影響著全球超過3.87億人，而這個數(shù)字有望在2035年增長到5.92億。1型和晚期2型糖尿病患者，要控制血糖水平，就要定期扎傷手指，并反復(fù)注射胰島素，這一過程是痛苦的，而且是不精確的。本文共同資深作者、UNC糖尿病護理中心主任John Buse說：“注射錯誤劑量的藥物，可能導(dǎo)致重大并發(fā)癥，如失明和截肢，甚至更多災(zāi)難性的后果，如糖尿病性昏睡和死亡。”

      研究人員一直試圖通過制造某種直接連接血糖跟蹤設(shè)備和胰島素管理設(shè)備的“閉環(huán)系統(tǒng)”，來消除人為誤差的可能性。然而，這些方法涉及到機械感應(yīng)器和泵，具有針尖導(dǎo)管，其必須停留在皮膚下，每隔幾天就要更換。

      顧臻和他的同事，不是發(fā)明另外一個完全人工的系統(tǒng)，而是選擇模擬人體的天然胰島素生成器，稱為β細(xì)胞。這些多功能的細(xì)胞可作為工廠和倉庫，并在微小的囊狀結(jié)構(gòu)（稱為囊泡）中生產(chǎn)和儲存胰島素。它們的行為也像警報信號中心，檢測血糖水平升高，并發(fā)信號釋放胰島素到血液中。

       本文第一作者、顧臻實驗室博士研究生Jiching Yu稱，他們用兩種自然界很容易發(fā)現(xiàn)的材料，構(gòu)建了人工囊泡，來執(zhí)行這些相同的功能。第一種材料是透明質(zhì)酸或HA，一種天然物質(zhì)，是許多化妝品的成分。其次是二硝基咪唑或NI，常用于診斷的一種有機化合物。研究人員把這兩種材料連接，生成一種新的分子，一端是親水性的，另一端是疏水性的。這些分子的混合物自組裝成一個囊泡，就像水中凝聚的油滴，疏水端向內(nèi)，親水端向外。

       結(jié)果產(chǎn)生了數(shù)以百萬計個氣泡狀結(jié)構(gòu)，每個氣泡比人類頭發(fā)寬度小100倍。研究人員往這些囊泡中的每一個當(dāng)中，插入胰島素和專門設(shè)計來檢測葡萄糖的酶。

       在實驗室實驗中，當(dāng)血糖水平升高時，過多的葡萄糖會涌入人工氣泡。然后，這些酶將葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸，一直都在消耗氧氣。結(jié)果缺氧或“低氧”會使疏水的NI分子變成親水性，從而導(dǎo)致囊泡迅速崩潰，并把胰島素送入血液。

       一旦研究人員設(shè)計出這些“智能胰島素納米?！敝螅麄兙捅仨毾氤鲆粋€辦法，將它們施用在糖尿病患者身上。他們不是依靠以前飽受批評的大針或?qū)Ч芊椒?，而是決定將這些糖敏感、胰島素釋放材料的球體，合并到一個微針陣列當(dāng)中。

      顧臻及其同事，使用相同的透明質(zhì)酸（是納米顆粒的一種主要成分）制造了這些“微針”，只是以一種更堅硬的形式，這樣小針才足夠硬，能刺破皮膚。他們在一片薄的硅鋼帶上安排了一百多個微針，看起來就像一個小的、無痛版的釘床。當(dāng)這個貼片被放置在皮膚上后，微針可穿透皮膚表面，通過下面的毛細(xì)血管進(jìn)入血液。

      研究人員在1型糖尿病小鼠模型中，測試了這種方法控制血糖水平的能力。他們給一組小鼠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的胰島素注射，并測定血糖水平，其下降到正常，但很快就回升到高血糖范圍。相反，當(dāng)研究人員用微針貼片處理另一組小鼠時，他們發(fā)現(xiàn)血糖水平在三十分鐘以內(nèi)被控制住，并維持了好幾個小時。

      此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以通過改變包含在每個微針的酶劑量，調(diào)節(jié)這個貼片，改變血液中的葡萄糖水平只能在一定范圍內(nèi)。他們還發(fā)現(xiàn)，這種貼片不會造成注射胰島素一樣的危害。當(dāng)執(zhí)行地太頻繁時，胰島素注射可以使血糖下降到危險的低水平。

      Buse表示：“糖尿病護理中最難的部分不是注射胰島素，或血糖檢查，或飲食，但事實上，你必須每天進(jìn)行好幾次。如果我們能把這些貼片用于人類患者，這將是一個變革?！?

      因為相比較人類來說，小鼠對胰島素不敏感，所以研究人員認(rèn)為，當(dāng)用于真正的人類患者時，這種貼片的血糖穩(wěn)定作用，可能會持續(xù)更長時間。顧臻說，他們的最終目標(biāo)是，開發(fā)一種智能胰島素貼片，患者只需每隔幾天更換一次即可。