对于1型糖尿病患者来说，低血糖（血糖过低）是一种持续存在的威胁。当血糖水平极低时，标准治疗方法是注射一种名为胰高血糖素的激素。
作为应急备用方案，麻省理工学院的工程师设计了一种可植入皮下的储存装置，可以在血糖过低时被触发释放胰高血糖素，以帮助那些可能无法意识到血糖水平降至危险程度的患者。这种方法也可以帮助夜间发生低血糖的情况，或者帮助无法自行注射的糖尿病儿童。
“这是一种小型应急设备，可以植入皮下，当患者的血糖过低时，它可以立即起作用。”麻省理工学院化学工程系教授、麻省理工学院Koch综合癌症研究所和医学工程与科学研究所（IMES）成员、该研究的资深作者Daniel Anderson表示。“我们的目标是制造一种始终准备保护患者免受低血糖侵害的设备。我们认为这也可以缓解许多患者及其父母所经历的低血糖恐惧。”
研究人员还发现，这种设备还可以用于输送肾上腺素的紧急剂量，肾上腺素是一种用于治疗心脏病发作和预防严重过敏反应（包括过敏性休克）的药物。
该研究的主要作者是Siddharth Krishnan，他曾是麻省理工学院的研究科学家，目前是斯坦福大学电气工程系的助理教授。这项研究于7月9日发表在《自然生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）上。
应急响应
大多数1型糖尿病患者每天使用胰岛素注射来帮助身体吸收糖分，防止血糖水平过高。然而，如果他们的血糖水平过低，他们就会出现低血糖症，这可能导致意识混乱和癫痫发作，如果不加以治疗，可能会致命。
为了对抗低血糖，一些患者携带预装的胰高血糖素注射器，这是一种刺激肝脏将葡萄糖释放到血液中的激素。但对儿童来说，尤其是在他们不知道自己血糖过低的情况下，这并不总是容易做到的。
“有些患者可以感觉到血糖水平在下降，并去吃点东西或给自己注射胰高血糖素，”Anderson说。“但有些人并不知道自己低血糖，他们可能会陷入混乱甚至昏迷。这也是患者在睡眠中面临的问题，因为他们依赖血糖传感器的警报来唤醒他们，当血糖危险地下降时。”
为了更容易对抗低血糖，麻省理工学院的团队设计了一种紧急设备，可以由使用者手动触发，也可以由传感器自动触发。
该设备大约有一枚硬币大小，包含一个由3D打印聚合物制成的小型药物储存器。储存器由一种称为形状记忆合金的特殊材料密封，这种材料在加热时可以编程改变形状。研究人员使用了一种镍钛合金，当加热到40摄氏度时，它会从平坦的板状弯曲成U形。
像许多其他蛋白质或肽类药物一样，胰高血糖素往往会迅速分解，因此液体形式无法在体内长期储存。因此，麻省理工学院的团队创造了一种粉末形式的药物，这种药物可以稳定更长时间，并保留在储存器中直到释放。
每个设备可以携带一个或四个剂量的胰高血糖素，还包含一个天线，调谐以响应射频范围内的特定频率。这使得它可以远程触发，以开启一个小电流，用于加热形状记忆合金。当温度达到40度的临界值时，平板弯曲成U形，释放储存器中的内容物。
由于该设备可以接收无线信号，因此也可以设计为在佩戴者的血糖水平降到一定水平以下时由血糖监测仪触发药物释放。
“这种数字药物输送系统的一个关键特点是你可以让它与传感器进行通信，”Krishnan说。“在这种情况下，很多患者使用的连续血糖监测技术对于这类设备来说是很容易对接的。”
逆转低血糖
在将设备植入糖尿病小鼠后，研究人员在动物血糖水平下降时使用它触发胰高血糖素释放。在激活药物释放不到10分钟后，血糖水平开始趋于稳定，使它们保持在正常范围内并避免低血糖。
研究人员还测试了含有粉末状肾上腺素的设备。他们发现，在药物释放后的10分钟内，血液中的肾上腺素水平升高，心率加快。
在这项研究中，研究人员将设备植入体内长达四周，但他们现在计划看看是否能将这一时间延长到至少一年。
“这个想法是，你会有足够的剂量，在相当长的一段时间内提供这种治疗性的救援事件。我们还不知道确切的时间——可能是一年，也可能是几年，我们目前正在研究确定最佳的使用寿命。但之后，它需要更换，”Krishnan说。
通常，当医疗设备植入体内时，疤痕组织会在设备周围形成，这可能会影响其功能。然而，在这项研究中，研究人员表明，即使在植入物周围形成纤维组织后，他们仍然能够成功触发药物释放。
研究人员现在计划进行更多的动物研究，并希望在未来三年内开始临床试验。
“看到我们的团队完成这项工作真是令人兴奋，我希望有一天它能帮助糖尿病患者，并可能更广泛地为输送任何紧急药物提供一种新范式，”麻省理工学院David H. Koch研究所教授、论文作者Robert Langer说。
该论文的其他作者包括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。
这项研究由Leona M.和Harry B. Helmsley慈善信托基金、美国国立卫生研究院、JDRF博士后奖学金和美国国立生物医学成像与生物工程研究所资助。
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