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在體內(nèi)放置可釋放胰島素的植入物可能是治療糖尿病的替代方案，無需注射，也無需插入導(dǎo)管。但是當(dāng)裝置被植入后，免疫系統(tǒng)的異物反應(yīng)被觸發(fā)，植入物會受到免疫系統(tǒng)的攻擊，周圍會形成瘢痕組織，從而阻礙胰島素或其他藥物的釋放。

早在2019年，來自麻省理工學(xué)院和愛爾蘭的研究團隊在Science Robotics雜志上發(fā)表了一項研究，描述了使用驅(qū)動式軟體機器人如何修改人體對植入式醫(yī)療設(shè)備的反應(yīng)?，F(xiàn)在，該團隊的研究進一步表明，同樣的方法可能將改善糖尿病患者和其他患者的藥物輸送。

該團隊制造了一個由聚氨酯制成的雙腔裝置，聚氨酯是一種常用于醫(yī)療設(shè)備的塑料，具有與組織周圍細胞外基質(zhì)類似的彈性。其中一個腔室用來容納藥物，另一個柔軟腔室作為可充氣的驅(qū)動器。該藥物輸送系統(tǒng)包括一個致動器，通過使用外部控制器，研究人員可以刺激致動器按照特定的時間表進行充氣和放氣。在這項研究中，他們每12小時執(zhí)行一次持續(xù)5分鐘的反復(fù)充氣和放氣。

版權(quán)屬于麻省理工學(xué)院

這是一種意在克服異物反應(yīng)的技術(shù)。他們在小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，這種驅(qū)動式植入物能持續(xù)有效地釋放胰島素，比經(jīng)典藥物遞送植入物的性能要好得多。研究人員計劃觀察這種植入物是否能用來輸送胰島細胞，發(fā)揮“生物人工胰腺”作用。

Ellen Roche是麻省理工學(xué)院機械工程副教授，也是醫(yī)學(xué)工程與科學(xué)學(xué)院成員，他表示：“我們正在利用這種類型的設(shè)備來延長可輸送胰島素等藥物的植入式裝置的壽命和功效，我們認為這個裝置可以擴展到其他方面。”

根據(jù)研究人員的介紹，這種驅(qū)動式裝置能驅(qū)趕中性粒細胞，而這種細胞會啟動導(dǎo)致疤痕組織形成的過程。當(dāng)研究人員將這些設(shè)備植入老鼠體內(nèi)時，他們發(fā)現(xiàn)設(shè)備周圍需要更長時間才會形成疤痕組織。而且最終形成的疤痕組織的結(jié)構(gòu)不同尋常。與靜態(tài)設(shè)備周圍纏繞的膠原纖維不同，驅(qū)動設(shè)備周圍的膠原纖維排列得更整齊，研究人員認為這可能有助于藥物分子順利通過該組織。

圖片版權(quán)屬于麻省理工學(xué)院

為了展示該裝置的潛在用途，研究小組展示了它可以被用來在老鼠體內(nèi)輸送胰島素。該裝置的設(shè)計使胰島素可以通過藥物儲藏腔室上的小孔緩慢滲出，或在致動器的控制下以較大的爆發(fā)力釋放出來。

研究人員通過測量小鼠血糖水平的后續(xù)變化來評估胰島素釋放的有效性。他們發(fā)現(xiàn)，在持續(xù)八周的研究中，使用驅(qū)動式植入裝置的小鼠體內(nèi)可以保持有效的胰島素輸送。相比而言，在未接受刺激的小鼠中，僅兩周后，胰島素的輸送效率就開始下降，八周后，幾乎沒有胰島素能夠通過纖維包膜。

該研究團隊也制作了一個適用于人體尺寸的裝置，大小為120mm * 80mm，且可以成功地植入腹部。據(jù)麻省理工學(xué)院的報道，對于其他可能的應(yīng)用，研究人員計劃是否可將該設(shè)備用于輸送胰島細胞，作為人工胰腺來幫助治療糖尿病患者。

下一步:探索人工胰腺和其他應(yīng)用

該團隊與華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程副教授Jeffrey Millman合作，計劃將該設(shè)備改造成能感知葡萄糖水平并在葡萄糖過高時輸送胰島素的干細胞衍生胰腺細胞。研究人員說，這種可植入裝置可以消除患者需要不斷測量血糖水平和注射胰島素。 

研究人員還探索了這種設(shè)備在糖尿病領(lǐng)域之外的潛在應(yīng)用，例如為治療卵巢癌提供免疫療法，為心臟病發(fā)作的患者提供藥物以防止心力衰竭。 

Ellen Roche表示：“可以想象，我們能夠?qū)⑦@項技術(shù)應(yīng)用于任何受到異物反應(yīng)或纖維增生阻礙的領(lǐng)域并發(fā)揮長期作用，任何一種類型的植入式藥物輸送裝置都可能從中受益。”

相關(guān)鏈接

隨著物質(zhì)生活水平的提高和環(huán)境的惡化，糖尿病日益成為嚴重危害人類健康的高發(fā)疾病。2017年全球患病人數(shù)約為4.25億，預(yù)計到2045年將達到6.29億。我國是全球糖尿病人數(shù)最多的國家，2017年糖尿病人數(shù)為1.14億，預(yù)計到2045年將達到 1.5億左右。

目前醫(yī)學(xué)界暫時還沒有根治糖尿病的方法，胰島素?zé)o疑是最佳治療技術(shù)。因此糖尿病患者每天都需要注射胰島素，從而實現(xiàn)控制血糖。胰島素注射已經(jīng)從注射針、胰島素注射筆，過渡到“人工胰腺”胰島素泵。人工胰腺（artificial pancreas）則被廣泛地認為是治療和管理糖尿病最有前途的方法之一。

人工胰腺的概念及相關(guān)研究始于1970 年左右，如1977年問世的設(shè)備Biostator。人工胰腺是指采用電子機械的方法來替代胰腺內(nèi)分泌的功能，從而將血糖控制在生理范圍內(nèi)的裝置。鑒于胰島是胰腺內(nèi)分泌部分，因此這種人工臟器的命名應(yīng)該使用人工胰島更為確切，但目前國際上仍普遍沿用“人工胰腺”這樣的傳統(tǒng)名稱。

人工胰腺主要由3個部分組成，分別是可以實時監(jiān)測血糖水平的動態(tài)血糖監(jiān)測系統(tǒng)（CGMS），能夠處理和計算CGMS傳入的血糖數(shù)據(jù)，實時調(diào)整胰島素輸注速率的“控制算法”，以及持續(xù)皮下胰島素輸注（CSII）。

人工胰腺（閉環(huán)式胰島素泵）工作流程圖

現(xiàn)在，新型的胰島素泵通過整合了CGM技術(shù)，可以自動根據(jù)即時血糖計算出即刻的胰島素輸注劑量，并給予持續(xù)皮下輸注，從而實現(xiàn)閉環(huán)的血糖管理。但無論是注射針（注射筆）還是胰島素泵，對于生活來說依舊不太方便。同時這些傳統(tǒng)技術(shù)依舊無法實現(xiàn)糖尿病根本性治療，并且對糖尿病并發(fā)癥的控制力也不足。

由于無特別有效治愈手段，糖尿病患者和國家不得不承受每年巨額費用支持。因此科學(xué)家一直希望開發(fā)一種可植入的“人工胰腺”，可以根據(jù)患者血糖情況制造并控制胰島素釋放量。很可惜由于人體對于異物排斥，很快就會在“人工胰腺”周圍形成一層厚厚的疤痕組織，阻止胰島素釋放，使得患者不得不進行手術(shù)取出“人工胰腺”。人體排斥反應(yīng)阻止可植入胰島素泵美好想法變成現(xiàn)實。

無論現(xiàn)狀如何，人工胰腺的問世與發(fā)展，其安全、靈活、簡便的使用特點，確實為糖尿病患的治療添加了濃墨重彩的一筆。希望在不久的將來，通過不斷的技術(shù)革新和臨床實踐，人工胰腺能夠?qū)崿F(xiàn)完全的胰腺模擬功能，為糖尿病患者帶來福音。