最近，美國北卡羅來納大學（UC）和北卡羅來納州立大學（UC State）的研究人員的一項新發明，可能使眾多醣尿病患者擺脫痛苦的胰島素注射，他們研製出第一個“智能胰島素貼片” ，可以檢測血糖水平的增加，並在需要的時候分泌適當劑量的胰島素進入血液。
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，當血糖水平太高時，可快速釋放它們的貨物。
這項研究發表在六月二十二日的《美國國家科學院院刊》（PNAS），發現這種新的、無痛的貼片，可使1型糖尿病小鼠模型的血糖降低長達九小時的時間。在將這種貼片用於人類患者之前，還需要更多的臨床前試驗和後續的人體臨床試驗，但是該方法仍然顯示出巨大的潛力。
UNC/NC State生物醫學工程系教授顧臻（Zhen Gu）指出：“我們設計了一種用於糖尿病的貼片，它們可快速起作用，易於使用，並且是由無毒、生物相容性的材料製成。整個系統可以個性化，可根據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，就要定期紮傷手指，並反复注射胰島素，這一過程是痛苦的，而且是不精確的。UNC糖尿病護理中心主任John Buse說：“注射錯誤劑量的藥物，可能導致重大並發症，如失明和截肢，甚至更多災難性的後果，如糖尿病性昏睡和死亡。”
研究人員一直試圖通過製造某種直接連接血糖跟踪設備和胰島素管理設備的“閉環系統”，來消除人為誤差的可能性。然而，這些方法涉及到機械感應器和泵，具有針尖導管，其必須停留在皮膚下，每隔幾天就要更換。
顧臻和他的同事，不是發明另外一個完全人工的系統，而是選擇模擬人體的天然胰島素生成器，稱為β細胞。這些多功能的細胞可作為工廠和倉庫，並在微小的囊狀結構（稱為囊泡）中生產和儲存胰島素。它們的行為也像警報信號中心，檢測血糖水平升高，並發信號釋放胰島素到血液中。
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現的材料，構建了人工囊泡，來執行這些相同的功能。第一種材料是透明質酸或HA，一種天然物質，是許多化妝品的成分。其次是二硝基咪唑或NI，常用於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，親水端向外。
結果產生了數以百萬計個氣泡狀結構，每個氣泡比人類頭髮寬度小100倍。研究人員往這些囊泡中的每一個當中，插入胰島素和專門設計來檢測葡萄糖的酶。
在實驗室實驗中，當血糖水平升高時，過多的葡萄糖會湧入人工氣泡。然後，這些酶將葡萄糖轉化為葡萄糖酸，一直都在消耗氧氣。結果缺氧或“低氧”會使疏水的NI分子變成親水性，從而導致囊泡迅速崩潰，並把胰島素送入血液。
一旦研究人員設計出這些“智能胰島素納米粒”之後，他們就必須想出一個辦法，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導管方法，而是決定將這些糖敏感、胰島素釋放材料的球體，合併到一個微針陣列當中。
顧臻及其同事，使用相同的透明質酸（是納米顆粒的一種主要成分）製造了這些“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。他們在一片薄的矽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。當這個貼片被放置在皮膚上後，微針可穿透皮膚表面，通過下面的毛細血管進入血液。
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。他們給一組小鼠進行標準的胰島素注射，並測定血糖水平，其下降到正常，但很快就回升到高血糖範圍。相反，當研究人員用微針貼片處理另一組小鼠時，他們發現血糖水平在三十分鐘以內被控制住，並維持了好幾個小時。
此外，研究人員發現，他們可以通過改變包含在每個微針的酶劑量，調節這個貼片，改變血液中的葡萄糖水平只能在一定範圍內。他們還發現，這種貼片不會造成注射胰島素一樣的危害。當執行地太頻繁時，胰島素注射可以使血糖下降到危險的低水平。
因為相比較人類來說，小鼠對胰島素不敏感，所以研究人員認為，當用於真正的人類患者時，這種貼片的血糖穩定作用，可能會持續更長時間。顧臻說，他們的最終目標是，開發一種智能胰島素貼片，患者只需每隔幾天更換一次即可。
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