麻省理工学院（MIT）的研究人员开发了一种新型可植入装置，专为1型糖尿病患者设计，用以自动释放胰高血糖素，防止因低血糖导致的生命威胁。对于1型糖尿病患者来说，低血糖是一个持续存在的风险，当血糖水平过低时，可能引发危及生命的状况。目前的标准治疗方法是注射一种名为胰高血糖素的激素。
为了在患者未能意识到血糖降至危险水平时提供额外保障，MIT工程师设计了一种可以长期植入皮下的储药装置。这种装置能够在血糖水平过低时被触发释放胰高血糖素，特别适用于睡眠中发生低血糖的情况或无法自行注射的儿童糖尿病患者。
“这是一个小型的应急装置，可以植入皮下，随时准备在患者的血糖水平过低时发挥作用。”MIT化学工程系教授、科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所（IMES）成员、研究的资深作者Daniel Anderson表示，“我们的目标是制造一个始终处于待命状态的装置，保护患者免受低血糖的威胁。我们相信这也能缓解许多患者及其父母对低血糖的恐惧。”
此外，研究人员还表明，这种装置可以用来释放肾上腺素，这是一种用于治疗心脏病发作并预防严重过敏反应（如过敏性休克）的药物。
这项研究的主要作者是曾担任MIT研究员、现任斯坦福大学电气工程助理教授的Siddharth Krishnan。相关论文于今日发表在《自然生物医学工程》期刊上。
应急响应
大多数1型糖尿病患者通过每日注射胰岛素来帮助身体吸收糖分，从而防止血糖水平过高。然而，如果血糖水平过低，他们就会出现低血糖症状，可能导致意识混乱和癫痫发作，若不及时治疗甚至可能致命。
为了对抗低血糖，一些患者会随身携带预装胰高血糖素的注射器。胰高血糖素是一种能刺激肝脏向血液中释放葡萄糖的激素。但并非所有患者，尤其是儿童，都能及时察觉自己正在进入低血糖状态。
“有些患者能感知到自己的血糖正在降低，并采取措施进食或注射胰高血糖素，”Anderson解释道，“但有些人并未意识到自己处于低血糖状态，可能会直接陷入意识混乱甚至昏迷。这也是患者在睡眠时面临的问题，因为他们依赖血糖传感器的警报来唤醒自己。”
为了更方便地应对低血糖，MIT团队着手设计一种可以在人为操作或传感器自动触发下释放药物的应急装置。
技术细节
该装置大小类似于一枚硬币，内部包含一个由3D打印聚合物制成的小型药物储存器。储存器密封部分采用一种特殊材料——形状记忆合金，这种材料可以通过编程在加热时改变形状。研究人员使用了镍钛合金，它在加热至40摄氏度时会从平板状弯曲成U形。
由于像胰高血糖素这样的蛋白质或肽类药物容易快速降解，因此其液态形式无法在体内长期储存。为此，MIT团队开发了一种粉末形式的药物，这种形式更加稳定，并能在释放前一直保存在储存器中。
每个装置可容纳一剂或四剂胰高血糖素，同时还配备了一个调谐至特定无线电频率的天线。当天线接收到信号时，装置会被远程触发启动一个小电流，用于加热形状记忆合金。当温度达到40摄氏度时，合金弯曲成U形，释放储存器中的药物。
由于该装置能够接收无线信号，因此也可以设计为由血糖监测仪在佩戴者血糖低于某个阈值时触发药物释放。
“这种数字药物递送系统的关键特性之一是可以与传感器进行交互。”Krishnan表示，“很多患者使用的连续血糖监测技术，正是这类装置可以轻松对接的。”
逆转低血糖
研究人员将装置植入糖尿病小鼠体内后，通过触发胰高血糖素释放成功阻止了小鼠血糖水平的下降。在药物释放激活后的不到10分钟内，血糖水平开始趋于平稳，维持在正常范围内，避免了低血糖的发生。
研究人员还测试了该装置释放肾上腺素的能力。结果显示，在药物释放后的10分钟内，血液中的肾上腺素水平升高，心率也随之增加。
在这项研究中，研究人员将装置植入动物体内长达四周，但他们计划进一步延长装置的使用寿命，目标是至少一年。
“我们的设想是，这种装置可以携带足够的剂量，在较长时间内提供治疗性救援事件。”Krishnan说，“我们还不确定具体时间，可能是一年，也可能是几年，目前正在努力确定最佳寿命。不过之后需要更换装置。”
通常情况下，当医疗设备植入体内时，周围会形成疤痕组织，这可能会干扰设备的功能。然而在这项研究中，即使在植入物周围形成了纤维化组织，研究人员仍能成功触发药物释放。
研究人员现在计划进行更多的动物实验，并希望在未来三年内开始临床试验。
“看到我们的团队实现这一成果真是令人激动，我希望有一天它能帮助糖尿病患者，并为任何紧急药物的递送提供新的范式。”MIT大卫·H·科赫研究所教授、论文作者之一Robert Langer说道。
其他论文作者包括Laura O'Keeffe、Arnab Rudra、Derin Gumustop、Nima Khatib、Claudia Liu、Jiawei Yang、Athena Wang、Matthew Bochenek、Yen-Chun Lu、Suman Bose和Kaelan Reed。
该研究得到了Leona M. 和 Harry B. Helmsley慈善信托基金、美国国立卫生研究院、JDRF博士后奖学金以及美国国家生物医学影像与生物工程研究所的资助。
(全文结束)
