編譯：公子欣

對于1型糖尿病患者來說，低血糖就像一顆隨時可能引爆的“定時炸彈”。當(dāng)血糖驟降至危險水平，若不能及時干預(yù)，可能引發(fā)昏迷甚至死亡。而傳統(tǒng)的胰高血糖素注射不僅操作不便，還常因患者意識模糊或處于睡眠中而錯過最佳救治時機(jī)。
如今，麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊帶來了一項(xiàng)突破性成果——一款可植入皮下的微型設(shè)備，能在低血糖發(fā)作時自動釋放藥物，無需注射，10分鐘內(nèi)即可穩(wěn)定血糖。相關(guān)研究成果在《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》發(fā)表。


圖源：麻省理工學(xué)院

1型糖尿病患者需每日注射胰島素以控制血糖，但胰島素過量或飲食運(yùn)動不匹配時，血糖可能斷崖式下跌。低血糖的典型癥狀包括頭暈、意識模糊，嚴(yán)重時引發(fā)癲癇甚至死亡。盡管部分患者能感知癥狀，并及時補(bǔ)充糖分或注射胰高血糖素，但對于兒童、夜間睡眠狀態(tài)或無癥狀低血糖患者而言，仍面臨巨大風(fēng)險。研究資深作者、麻省理工學(xué)院化學(xué)工程系教授Daniel Anderson指出，許多患者和家屬長期生活在低血糖恐懼中，其目標(biāo)是設(shè)計一款“永遠(yuǎn)在線”的急救設(shè)備，讓患者無需時刻警惕血糖波動。01植入式設(shè)備的“黑科技”這款設(shè)備僅硬幣大小，卻集成了多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，堪稱微型化的“智能藥庫”。

單劑量和多劑量無線應(yīng)急救援芯片的材料和設(shè)計

3D打印儲藥庫
設(shè)備核心是一個3D打印的聚合物儲藥庫，內(nèi)部裝載著凍干粉末狀的胰高血糖素。與液態(tài)藥物相比，粉末狀藥物穩(wěn)定性極強(qiáng)，可在體內(nèi)長期保存（實(shí)驗(yàn)中已驗(yàn)證4周穩(wěn)定性，團(tuán)隊目標(biāo)是延長至1年以上）。儲藥庫有單劑量和四劑量兩種設(shè)計，能滿足不同患者的應(yīng)急需求。

形狀記憶合金“開關(guān)”
儲藥庫的封口采用鎳鈦合金（一種形狀記憶材料）制成。這種合金被預(yù)先編程：在常溫下呈平板狀密封藥物，當(dāng)加熱至40℃時，會自動卷曲成U形，瞬間打開儲藥庫，精準(zhǔn)釋放藥物。這一設(shè)計確保了藥物在非應(yīng)急狀態(tài)下絕對密封，觸發(fā)時又能快速響應(yīng)。

無線觸發(fā)系統(tǒng)
設(shè)備內(nèi)置微型天線，可接收特定頻率的無線電信號。當(dāng)血糖監(jiān)測儀檢測到危險低值時，設(shè)備會啟動微小電流加熱形狀記憶合金，使其達(dá)到40℃的觸發(fā)點(diǎn)，從而釋放藥物。這意味著，患者或家屬可通過手持遙控器遠(yuǎn)程激活；更關(guān)鍵的是，可與動態(tài)血糖監(jiān)測儀聯(lián)動，自動感知血糖下降并觸發(fā)給藥，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急響應(yīng)。

緊急救援芯片的體外和體內(nèi)突發(fā)釋放表征研究團(tuán)隊在糖尿病小鼠模型中驗(yàn)證了設(shè)備效果，當(dāng)血糖下降時，遠(yuǎn)程觸發(fā)設(shè)備釋放胰高血糖素，可在10分鐘內(nèi)使血糖恢復(fù)正常水平，成功避免低血糖發(fā)作。

設(shè)備還成功測試了腎上腺素的釋放——在模擬心臟驟停或嚴(yán)重過敏的場景中，10分鐘內(nèi)即可使血液中腎上腺素濃度達(dá)標(biāo)，證明其可擴(kuò)展用于多種急救場景。

02未來展望

研究人員將該設(shè)備植入體內(nèi)4周后，即使周圍形成瘢痕組織（體內(nèi)植入設(shè)備常見的問題），仍能正常觸發(fā)藥物釋放。“我們的想法是，要有足夠的劑量，使其在較長時間內(nèi)提供這種治療性急救作用。我們并不確定這個時間是多久——可能是一年，也可能是幾年，目前正在努力確定最佳使用期限。但到期后它就需要更換了。” Krishnan說道。

目前，該設(shè)備已在動物實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了安全性和有效性。研究團(tuán)隊計劃在未來3年內(nèi)完成更大規(guī)模的動物試驗(yàn)，隨后啟動臨床試驗(yàn)。

“希望有一天它能幫助糖尿病患者，并能為各類急診醫(yī)療的遞送開辟一種全新的模式。”論文作者之一、麻省理工學(xué)院教授Robert Langer表示。

來源: 上海市科學(xué)技術(shù)協(xié)會