这款小型植入设备有望拯救糖尿病患者于无声无息的致命危机

1 型糖尿病患者常常面临低血糖（血糖过低）的威胁。当血糖水平极低时，患者需要通过注射一种名为胰高血糖素的激素进行急救。

为了应对患者可能未察觉血糖骤降的紧急情况，麻省理工学院（MIT）的工程师们设计了一种可植入的储药装置。该装置可置于皮下，当血糖水平过低时被触发释放胰高血糖素。

这种装置在患者睡眠中发生低血糖，或糖尿病儿童无法自行注射药物时也能发挥作用。

“这是一种小型紧急装置，可置于皮下，随时待命，若患者血糖过低即刻行动，”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成员以及该研究的资深作者丹尼尔・安德森表示。“我们的目标是打造一款随时准备保护患者免受低血糖威胁的装置。我们认为这也有助于缓解许多患者及其父母对低血糖的恐惧。”

研究人员还表明，该装置也可用于递送肾上腺素紧急剂量，肾上腺素用于治疗心脏病发作，也可预防包括过敏性休克在内的严重过敏反应。

该研究由前 MIT 研究科学家、现斯坦福大学电气工程助理教授西德哈斯・克里希南担任通讯作者，论文于 7 月 9 日发表在《自然・生物医学工程》杂志上。

应急响应

大多数 1 型糖尿病患者依靠每日胰岛素注射帮助身体吸收糖分，防止血糖过高。然而，血糖过低会导致低血糖，引发混乱和抽搐，若未及时治疗可能致命。

为应对低血糖，部分患者会携带预装胰高血糖素的注射器，该激素可刺激肝脏向血液中释放葡萄糖。然而，人们，尤其是儿童，很难察觉自己何时出现低血糖症状。

“有些患者能感知血糖过低，及时进食或自行注射胰高血糖素，”安德森表示。“但有些患者毫无察觉，可能直接陷入混乱和昏迷。患者睡眠时也是问题，他们依赖葡萄糖监测仪警报在血糖危险性降低时唤醒他们。”

为了更轻松地应对低血糖，MIT 团队着手设计一种可通过使用者手动触发或传感器自动触发的应急装置。

这款约硬币大小的装置包含一个由 3D 打印聚合物制成的小型药物储库。储库由一种称为形状记忆合金的特殊材料密封，该材料受热时可改变形状。研究中使用的是镍钛合金，其被编程设定为受热至 40 摄氏度时从扁平薄片卷曲成 U 形。

像许多其他蛋白质或肽类药物一样，胰高血糖素在液态下易迅速分解，因此不能长期存储在体内。为此，MIT 团队开发了药物的粉状版本，其可稳定存储更久，直至释放前一直留存于储库中。

每个装置可携带一剂或四剂胰高血糖素，并配备一个天线，可响应射频范围内的特定频率。这使其可通过无线信号远程触发开启小电流，加热形状记忆合金。当温度达到 40 度阈值时，薄片弯曲成 U 形，释放储库内容物。

因该装置可接收无线信号，还可设计为由葡萄糖监测仪在佩戴者血糖低于特定水平时触发药物释放。

“这种数字药物递送系统的关键特点之一是可与传感器通信，”克里希南表示。“在这种情况下，许多患者使用的连续葡萄糖监测技术，与这些装置接口非常便捷。”

逆转低血糖

将装置植入患糖尿病的小鼠体内后，研究人员在小鼠血糖水平下降时触发胰高血糖素释放。激活药物释放后不到 10 分钟，血糖水平开始稳定，在正常范围内波动，成功避免低血糖。

研究人员还用肾上腺素粉状版本对该装置进行了测试。结果显示，药物释放后 10 分钟内，血液中的肾上腺素水平升高，心率加快。

本研究中，研究人员将装置植入体内最长四周，但他们计划探究能否将时间延长至至少一年。

“我们的设想是装置内有足够剂量的药物，在相当长的一段时间内提供治疗性急救事件。我们尚不确定具体时长——可能一年或几年，目前正努力确定最佳使用寿命。但之后需要更换，”克里希南表示。

通常，医疗装置植入体内后，周围会形成瘢痕组织，可能干扰装置功能。然而，在本研究中，即使植入装置周围形成了纤维组织，研究人员仍成功触发了药物释放。

研究人员现计划开展更多动物实验，希望在未来三年内启动临床试验。

“看到团队完成这项工作真是令人兴奋，我希望这有朝一日能帮助糖尿病患者，并更广泛地为紧急药物递送提供新范式，”MIT 大卫・H・科赫研究所教授、论文作者罗伯特・兰格表示。

论文其他作者包括劳拉・奥基夫、阿纳布・鲁德拉、德林・古穆斯顿、尼玛・哈蒂布、克劳迪娅・刘、贾维・杨、雅典娜・王、马修・博琴尼克、卢根春、苏曼・博斯和凯兰・里德。

该研究由利奥娜・M・和哈里・B・赫尔姆斯利慈善信托基金、美国国立卫生研究院、JDRF 博士后奖学金以及国家生物医学成像与生物工程研究所资助。