導(dǎo)讀

美國國立衛(wèi)生研究院生物醫(yī)學(xué)成像和生物工程國立研究所設(shè)計出一種創(chuàng)新的生物醫(yī)學(xué)方案，使得血液中的礦物復(fù)合物相互作用，一次可調(diào)節(jié)血糖數(shù)天。在一項于老鼠身上展開的概念驗證研究中，研究人員采用由生化反應(yīng)設(shè)計出的可溶性微針，響應(yīng)血液化學(xué)，自動控制血糖。

背景

近日，國際糖尿病聯(lián)盟公布了第八版的全球糖尿病地圖。結(jié)果顯示，全球糖尿病成人患者（20-79歲）從2000年的1.51億，到2017年已達到4.25億，增加近2倍。預(yù)計到2045年，糖尿病患者可能達到6.29億。

持續(xù)監(jiān)測血糖值對于糖尿病患者的健康來說尤為關(guān)鍵。因此，餐前指尖采血以及胰島素注射是必要的檢查和治療手段，但是上述過程往往會為患者帶來創(chuàng)傷以及不舒服的體驗。

然而，以前筆者介紹過韓國首爾基礎(chǔ)科學(xué)研究院的研究人員采用石墨烯材料制成的柔性可穿戴設(shè)備（腕帶）檢測和治療糖尿病的方案。當(dāng)糖尿病人佩戴腕帶后，腕帶將會檢測皮膚上的汗液，并通過傳感器檢測患者的汗液溫度和pH值，分析出血糖值，并通過無線方式將血糖數(shù)據(jù)傳輸至智能手機，供患者參看。然后，智能手機會根據(jù)血糖值計算出給藥量。一旦發(fā)現(xiàn)血糖值偏高，腕帶中的加熱器就會加熱并分解涂層，至41攝氏度時，微針就暴露出來，釋放出二甲雙胍，降低血糖值。而這個微針造成的創(chuàng)傷非常小，人體幾乎感覺不到。

（圖片來源：Hui Won Yun / 首爾大學(xué)）

創(chuàng)新

最近，美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）生物醫(yī)學(xué)成像和生物工程國立研究所（NIBIB）設(shè)計出一種創(chuàng)新的生物醫(yī)學(xué)方案，使得血液中的礦物復(fù)合物相互作用，一次可調(diào)節(jié)血糖數(shù)天。在一項于老鼠身上展開的概念驗證研究中，研究人員展示了由生化反應(yīng)設(shè)計出的可溶性微針，響應(yīng)血液化學(xué)，自動控制血糖。

（圖片來源：參考資料【2】）

技術(shù)

NIBIB 科學(xué)主任 Richard Leapman 博士表示，2型糖尿病患者仍可以產(chǎn)生出一些胰島素。胰島素是一種在胰腺中產(chǎn)生的激素，并可以分泌到血液中，根據(jù)攝取的食物調(diào)節(jié)血糖。胰島素需要將葡萄糖從血液中移動到細胞中，在細胞中血糖會被轉(zhuǎn)化為能量或者存儲下來。1型糖尿病，多發(fā)于兒童和青少年，患者身體根本不會產(chǎn)生任何胰島素。而2型糖尿病，可發(fā)生于任何年齡段，但是多發(fā)于成年人，會逐步減少身體產(chǎn)生或者使用胰島素的能力。如果未得到治療，糖尿病將帶來全身血管和神經(jīng)的損傷，使得眼睛、足部、腎臟和心臟的功能受到影響。

所有糖尿病患者中，90%是2型糖尿病。許多人都需要采用胰島素治療，胰島素治療通常是通過皮下注射適量胰島素進行。而這個量是血液中自然生成的胰島素量的虧空所決定的。胰島素療法在半數(shù)糖尿病人當(dāng)中效果不是太好。

分子成像和納米醫(yī)學(xué)實驗室的高級研究員 Xiaoyuan (Shawn) Chen 領(lǐng)導(dǎo)的NIBIB 研究人員，致力于采用一種替代療法調(diào)節(jié)2型糖尿病患者的血糖水平，就是使用這種無痛的皮膚貼片。2017年11月24日，在線發(fā)表于《自然通信》雜志上的研究表明，團隊對于老鼠采用這種療法，演示了該療法的潛在效力。

這種實驗級貼片的基礎(chǔ)是一種稱為“藻酸鹽”（alginate）的材料，它是一種可以從褐藻中提取的膠狀自然物。它與治療藥物混合，倒入微針中，制成貼片。Chen 表示，藻酸鹽是一種柔韌的材料，它是軟的，也不是太軟。它必需能夠戳入真皮中，雖然不是一種通用的針材料，在這個案例中，它似乎工作地很好。

（圖片來源：參考資料【2】）

Chen 的團隊在藻酸鹽中加入一種生物化學(xué)粒子配方，它在必要時會刺激身體自身的胰島素生產(chǎn)，當(dāng)?shù)竭_正常的血糖濃度時，會削減胰島素的刺激作用。貼片的應(yīng)激傳遞系統(tǒng)能夠滿足身體幾日的需求，而不是一次用完。

Chen 表示，糖尿病是一種非常嚴重的疾病，也影響了許多人。每個人都在尋找一種長效配方。

Chen 的配方將兩種藥物成分：exendin-4 和葡糖氧化酶放到貼片中。這兩種成分與血液化學(xué)起反應(yīng)，促進胰島素分泌。每種成分與一種磷酸鹽礦物顆粒相匹配，這種顆?？梢栽谛枰獣r穩(wěn)定成分。當(dāng)糖濃度升高時產(chǎn)生的酸性，通過某種礦物中的藥物成分，而不是其他礦物，弱化鍵合。

Exendin-4 與身體產(chǎn)生的分子的基因組成相似，并且在有食物攝取時在腸道中分泌。盡管它相對于自然產(chǎn)生的分子來說有點弱，團隊選擇采用Exendin-4，是因為Exendin-4在一個小時甚至更長時間內(nèi)不會在血液中降解，所以在釋放后會具有長期持久的作用。然而，如果吸收太多，它會引起惡心。為了控制它的吸收速度，研究人員將exendin-4與磷酸鈣礦物顆粒相結(jié)合，穩(wěn)定它直到另外一種化學(xué)反應(yīng)發(fā)生為止。那個化學(xué)反應(yīng)就是由貼片中的第二個化學(xué)成分：葡糖氧化酶引起，它存在于磷酸銅礦物緩沖劑中。

Chen 解釋道，當(dāng)血糖高于某個準(zhǔn)確的值時，它會觸發(fā)磷酸銅與葡萄糖氧化酶之間的反應(yīng)，從而產(chǎn)生出輕微的酸性，使得磷酸鈣釋放出一些exendin-4 。血糖水平上升會觸發(fā)exendin-4 釋放，但是然后exendin-4 會促使胰島素流動降低血糖水平，這樣又減緩和阻止了exendin-4釋放。

價值

這種一周一次的微針貼片應(yīng)用，相對于需要經(jīng)常進行血液測試的方法，將會簡單一些，并且疼痛較輕。

Chen 表示，這也就是為什么我們稱之為響應(yīng)型或者智能的釋放。目前，大多數(shù)的現(xiàn)有方案都是恒定釋放。在需要時，我們的方案會創(chuàng)造出一波快速釋放，然后在血糖水平穩(wěn)定時，降低或者甚至停止釋放。

未來

研究人員演示了約半平方英寸的貼片，它含有充足的藥物控制血糖水平達一周。為了讓該方案可以發(fā)展為2型糖尿病患者能采用的方式，團隊將展開測試，利用含有按比例算更多的治療性成分的貼片，治療更大型的動物。除了尺寸，貼片也需要改變以便應(yīng)用于人類皮膚，很可能需要更長的針。

Chen 表示，我們需要按比例增加貼片尺寸，優(yōu)化針的長度、形狀和形態(tài)。此外，貼片還需要與日常生活相適應(yīng)，例如淋浴或者出汗的狀況。Chen受到他成功的實驗以及其他實驗型微針貼片開發(fā)者的鼓舞。例如，其他人已采用含有胰島素的微針裝置完成了針對人類的早期研究，對于1型和2型糖尿病患者都有效。他希望從這些設(shè)備的開發(fā)中汲取經(jīng)驗，并應(yīng)用于在這項研究中他們團隊測試的微針貼片。

關(guān)鍵字

醫(yī)療、糖尿病

參考資料

【1】http://en.nagoya-u.ac.jp/research/activities/news/2017/12/development-of-a-nanowire-device-to-detect-cancer-with-a-urine-test.html

【2】http://advances.sciencemag.org/content/3/12/e1701133

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網(wǎng)址: 無痛的皮膚貼片：可調(diào)節(jié)糖尿病患者血糖！ http://www.u1s5d6.cn/newsview1333059.html