NatBiomedEng：顾臻组研发新型“智能胰岛素贴片”

　　据统计，糖尿病正影响着全球超过4.25亿人，这一数字预计到2045年将会达到7亿。对于1型和多数2型糖尿病患者来说，他们需要每天扎破手指，采血监测血糖变化，并根据测得的结果进行多次皮下注射胰岛素来控制血糖。这一过程既痛苦，又不精确。如果注射剂量有误，更可能会导致严重的并发症，甚至有生命危险。

　　2020年2月3日，加州大学洛杉矶分校（UCLA）顾臻（Zhen Gu）教授课题组及生物医药公司-Zenomics在Nature Biomedical Engineering上发表了文章Glucose-responsive insulin patch for the regulationof blood glucose in mice and minipigs，报道了一款可血糖响应的新型“智能胰岛素贴片”。研究人员验证了一个一元硬币大小的贴片即可有效控制重达25千克的糖尿病小猪血糖水平达20小时。

　　胰岛素是胰脏自然产生的一种激素，帮助身体调节血糖：在人体摄入食物升高血糖后，胰岛素能有效帮助葡萄糖从血液中进入细胞，进行新陈代谢，为身体提供能量。糖尿病通常指一个人的身体不能自然产生胰岛素（1型糖尿病），或者不能有效地利用所产生的胰岛素（2型糖尿病）。对于1型和进程性2型糖尿病患者来说，都需要额外的胰岛素注入。2015年，顾臻课题组在PNAS首次报道了“智能胰岛素贴片“（Smart Insulin Patch）的概念及原型，并初创了Zenomics公司促进其临床转化。基本原理是把可血糖响应来释放胰岛素的制剂与高分子材料做的微型针头（微针）阵列整合在一起，合二为一。血糖响应制剂可在高糖时快速释放胰岛素，而在血糖正常时抑制释放，起到智能控制的功效；而不到1毫米的微针可减轻痛苦，提升病患的生活质量。

　　如何使得“智能胰岛素贴片”在保证小型化、方便使用的前提下，更加精准、维持更长时间、更符合临床需求是团队近几年的研发重心。这款新型“智能胰岛素贴片”仅约一个1元硬币大小，上面负载着数百根微针。这些微针的实体直接由血糖响应性高分子构成；胰岛素可与构建高分子的有机单体混合后，通过光照一步聚合形成针体，因而装载胰岛素的量比较大，同时加工耗时也大幅缩减。制作出的微针硬度很高，可轻易穿透表皮来感知皮下组织附近的血糖水平。当血糖上升时，这些微针会检测到浓度变化而发生膨胀，并降低对负载的胰岛素吸附作用，从而使得胰岛素扩散进入体内的速度加快，快速降低血糖。当血糖水平降回正常值后，胰岛素的释放速度也会随之减缓。这一智能响应模式可有效预防胰岛素递送过量，降低低血糖的风险。

　　研究人员在糖尿病猪模型上测试了贴片的治疗效果，发现一个硬币大小的微针贴片就能使得25千克的糖尿病猪维持在正常血糖水平约20个小时，并且可每天换一片连续使用。

　　本文的共同作者，北卡大学（UNC）糖尿病护理中心主任John Buse教授指出：“实现智能和便捷的胰岛素递送一直是糖尿病人和研究人员的梦想。一旦这种智能胰岛素贴片的安全性和有效性在临床试验中得到验证，将变革糖尿病患者的血糖管理。”

　　本文的第一作者，同时也是Zenomics公司首席科学家俞计成（Jicheng Yu）博士指出：“贴片上的微针尺寸小于平时用于测血糖的采血针，而且仅仅扎入皮肤几百微米，能够有效减轻使用时的不适感。并且高分子微针在皮肤内并不会溶解，在使用完后可以完整的取出，不残留在体内，提高了长期使用的安全性。”

　　本文通讯作者顾臻说：“我们的目标是在有效管理糖尿病患者日常血糖水平的基础上，提高他们的生活质量。这款智能胰岛素贴片能潜在取代日常的血糖检查，通过模拟胰岛细胞的工作方式在需要的时候递送胰岛素到体内，以达到智能调控的目的。”

　　本文共同作者，麻省理工学院教授，Zenomics科学顾问Robert Langer教授表示：“很高兴团队将智能胰岛素贴片的转化往前更进一步，我们期盼着它能有一天帮助病患。”

　　目前，Zenomics公司正在准备向美国食品药品监督管理局（FDA）提交临床试验申请，并入选了FDA为加速新技术产业化而创立的新兴技术项目（Emerging Technology Program）。若此项技术能在临床试验中获得成功，将有望改变糖尿病现有的治疗方案，提升糖尿病人的健康与生活质量。研究人员同时还指出，这类生理响应智能给药贴片的治疗模式和制作方法也可以应用于其他疾病的管理。

图1：智能胰岛素贴片实物示意图

图2：智能胰岛素贴片作用机理