Nature子刊：顧臻團隊研發新型“智能胰島素貼片”

　　據統計，糖尿病正影響著全球超過4.25億人，這一數字預計到2045年將會達到7億。對于1型和多數2型糖尿病患者來說，他們需要每天扎破手指，采血監測血糖變化，并根據測得的結果進行多次皮下注射胰島素來控制血糖。這一過程既痛苦，又不精確。如果注射劑量有誤，更可能會導致嚴重的并發癥，甚至有生命危險。

　　2020年2月3日，加州大學洛杉磯分校（UCLA）顧臻教授課題組及生物醫藥公司-Zenomics在 Nature Biomedical Engineering 雜志上發表了文章題為：Glucose-responsive insulin patch for the regulationof blood glucose in mice and minipigs 的研究論文。

　　報道了一款可血糖響應的新型“智能胰島素貼片”。研究人員驗證了一個一元硬幣大小的貼片即可有效控制重達25千克的糖尿病小豬血糖水平達20小時。

　　胰島素是胰臟自然產生的一種激素，幫助身體調節血糖：在人體攝入食物升高血糖后，胰島素能有效幫助葡萄糖從血液中進入細胞，進行新陳代謝，為身體提供能量。糖尿病通常指一個人的身體不能自然產生胰島素（1型糖尿病），或者不能有效地利用所產生的胰島素（2型糖尿病）。對于1型和進程性2型糖尿病患者來說，都需要額外的胰島素注入。2015年，顧臻課題組在PNAS首次報道了“智能胰島素貼片“（Smart Insulin Patch）的概念及原型，并初創了Zenomics公司促進其臨床轉化。基本原理是把可血糖響應來釋放胰島素的制劑與高分子材料做的微型針頭（微針）陣列整合在一起，合二為一。血糖響應制劑可在高糖時快速釋放胰島素，而在血糖正常時抑制釋放，起到智能控制的功效；而不到1毫米的微針可減輕痛苦，提升病患的生活質量。

　　如何使得“智能胰島素貼片”在保證小型化、方便使用的前提下，更加精準、維持更長時間、更符合臨床需求是團隊近幾年的研發重心。這款新型“智能胰島素貼片”僅約一個1元硬幣大小，上面負載著數百根微針。這些微針的實體直接由血糖響應性高分子構成；胰島素可與構建高分子的有機單體混合后，通過光照一步聚合形成針體，因而裝載胰島素的量比較大，同時加工耗時也大幅縮減。制作出的微針硬度很高，可輕易穿透表皮來感知皮下組織附近的血糖水平。當血糖上升時，這些微針會檢測到濃度變化而發生膨脹，并降低對負載的胰島素吸附作用，從而使得胰島素擴散進入體內的速度加快，快速降低血糖。當血糖水平降回正常值后，胰島素的釋放速度也會隨之減緩。這一智能響應模式可有效預防胰島素遞送過量，降低低血糖的風險。

　　研究人員在糖尿病豬模型上測試了貼片的治療效果，發現一個硬幣大小的微針貼片就能使得25千克的糖尿病豬維持在正常血糖水平約20個小時，并且可每天換一片連續使用。

　　本文的共同作者，北卡大學（UNC）糖尿病護理中心主任John Buse教授指出：“實現智能和便捷的胰島素遞送一直是糖尿病人和研究人員的夢想。一旦這種智能胰島素貼片的安全性和有效性在臨床試驗中得到驗證，將變革糖尿病患者的血糖管理。”

　　本文的第一作者，同時也是Zenomics公司首席科學家俞計成（Jicheng Yu）博士指出：“貼片上的微針尺寸小于平時用于測血糖的采血針，而且僅僅扎入皮膚幾百微米，能夠有效減輕使用時的不適感。并且高分子微針在皮膚內并不會溶解，在使用完后可以完整的取出，不殘留在體內，提高了長期使用的安全性。”

　　本文通訊作者顧臻說：“我們的目標是在有效管理糖尿病患者日常血糖水平的基礎上，提高他們的生活質量。這款智能胰島素貼片能潛在取代日常的血糖檢查，通過模擬胰島細胞的工作方式在需要的時候遞送胰島素到體內，以達到智能調控的目的。”

　　本文共同作者，麻省理工學院教授，Zenomics科學顧問Robert Langer教授表示：“很高興團隊將智能胰島素貼片的轉化往前更進一步，我們期盼著它能有一天幫助病患。”

　　目前，Zenomics公司正在準備向美國食品藥品監督管理局（FDA）提交臨床試驗申請，并入選了FDA為加速新技術產業化而創立的新興技術項目（Emerging Technology Program）。若此項技術能在臨床試驗中獲得成功，將有望改變糖尿病現有的治療方案，提升糖尿病人的健康與生活質量。研究人員同時還指出，這類生理響應智能給藥貼片的治療模式和制作方法也可以應用于其他疾病的管理。

圖1：智能胰島素貼片實物示意圖

圖2：智能胰島素貼片作用機理