在医学技术领域，一项引人瞩目的创新正在悄然改变糖尿病患者的生活。麻省理工学院（MIT）的工程师们设计出一种可植入式设备，该设备能够储存并按需释放胰高血糖素，无需繁琐的注射步骤，为患者提供了一种在紧急情况下更为便捷的解决方案。这项技术不仅为糖尿病患者带来了福音，也为其他需要紧急药物干预的疾病治疗开辟了新的道路。
对于1型糖尿病患者而言，低血糖（医学上称为“hypoglycemia”）是一个持续存在的威胁。当血糖水平降至危险线以下时，患者可能会出现意识模糊、癫痫等症状，甚至危及生命。传统的治疗方法是注射胰高血糖素，这种激素能够刺激肝脏释放葡萄糖进入血液，从而迅速提升血糖水平。然而，许多患者，特别是儿童，很难准确判断自己是否处于低血糖状态，或者无法自行进行注射。
为了解决这个问题，麻省理工学院的研究团队设计了一种可植入的药物储存器，它能够长期放置在皮下，并在血糖水平过低时自动释放胰高血糖素。这种装置尤其适用于睡眠期间发生的低血糖情况，以及那些无法自行注射药物的儿童患者。
该研究的资深作者，麻省理工学院化学工程系教授丹尼尔·安德森（Daniel Anderson）表示：“这是一种小型、紧急事件应对设备，可以植入皮下，随时准备在患者血糖过低时发挥作用。我们的目标是制造一种始终能够保护患者免受低血糖威胁的设备。我们认为，这也有助于缓解许多患者及其家长对低血糖的恐惧。”
研究人员还发现，这种设备同样可以用于输送肾上腺素等紧急药物，用于治疗心脏病发作以及预防包括过敏性休克在内的严重过敏反应。这项发现进一步扩展了该设备的潜在应用范围。
这项研究的主要作者，前麻省理工学院研究科学家，现任斯坦福大学电气工程助理教授西达斯·克里希南（Siddharth Krishnan）在《自然·生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）杂志上发表了这项研究成果。
紧急响应机制
大多数1型糖尿病患者需要每天注射胰岛素，以帮助身体吸收糖分，防止血糖水平过高。然而，如果血糖水平过低，他们就会发生低血糖，这可能导致意识模糊和癫痫发作，如果不及时治疗，可能会致命。
为了对抗低血糖，一些患者会随身携带预装胰高血糖素的注射器。然而，人们，尤其是儿童，并不总是容易知道自己何时会低血糖。
安德森说：“有些患者可以感觉到自己何时血糖过低，然后去吃东西或给自己注射胰高血糖素。但有些患者没有意识到自己患有低血糖症，他们可能会陷入意识模糊和昏迷。当患者睡觉时，这也是一个问题，因为他们依靠血糖传感器闹钟在血糖降至危险水平时唤醒他们。”
为了更容易地对抗低血糖，麻省理工学院的团队开始设计一种紧急设备，该设备可以由使用它的人触发，或者由传感器自动触发。
该设备大约有一个季度大小，包含一个由3D打印聚合物制成的小型药物储存器。储液罐用一种称为形状记忆合金的特殊材料密封，该材料可以被编程为在加热时改变其形状。在这种情况下，研究人员使用了一种镍钛合金，该合金被编程为在加热到40摄氏度时从扁平的板弯曲成U形。
与许多其他蛋白质或肽类药物一样，胰高血糖素往往会迅速分解，因此液体形式无法在体内长期储存。相反，麻省理工学院的团队创建了一种药物粉末版本，该版本可以保持更长时间的稳定，并保留在储液罐中直至释放。
每个设备可以携带一剂或四剂胰高血糖素，并且还包括一个调谐到射频范围内特定频率的天线。这允许远程触发它以打开小电流，该电流用于加热形状记忆合金。当温度达到40度阈值时，板坯弯曲成U形，释放储液罐的内容物。
由于该设备可以接收无线信号，因此也可以对其进行设计，以便在佩戴者血糖降至一定水平以下时，由血糖监测仪触发药物释放。
克里希南说：“这种数字药物输送系统的一个关键特性是，你可以让它与传感器对话。在这种情况下，许多患者使用的连续血糖监测技术很容易与这些类型的设备连接。”
逆转低血糖
在将该设备植入糖尿病小鼠体内后，研究人员利用它在动物血糖水平下降时触发胰高血糖素的释放。激活药物释放后不到10分钟，血糖水平开始趋于平稳，使其保持在正常范围内并避免低血糖。
研究人员还用粉末状的肾上腺素测试了该设备。他们发现，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。
在这项研究中，研究人员将这些设备植入了长达四个星期，但他们现在计划看看是否可以将时间延长到至少一年。
“我们的想法是，你有足够的剂量可以在相当长的时间内提供这种治疗性救援事件。我们不太清楚那是什么——可能是一年，可能是几年，我们目前正在努力确定最佳寿命是多少。但之后，它需要更换，”克里希南说。
通常，当医疗设备植入体内时，疤痕组织会在设备周围形成，这会干扰其功能。然而，在这项研究中，研究人员表明，即使在植入物周围形成纤维化组织后，他们也能够成功触发药物释放。
研究人员现在正在计划进行更多的动物研究，并希望在未来三年内开始在临床试验中测试该设备。
麻省理工学院的David H. Koch学院教授兼该论文的作者Robert Langer说：“看到我们的团队完成这项工作真是令人兴奋，我希望有一天它能帮助糖尿病患者，并且可以更广泛地为提供任何急救药物提供新的范例。”
该论文的其他作者包括Laura O’Keeffe、Arnab Rudra、Derin Gumustop、Nima Khatib、Claudia Liu、Jiawei Yang、Athena Wang、Matthew Bochenek、Yen-Chun Lu、Suman Bose和Kaelan Reed。
该研究由Leona M.和Harry B. Helmsley慈善信托基金、美国国立卫生研究院、JDRF博士后奖学金以及美国国家生物医学影像与生物工程研究所资助。
这项工作的部分内容是通过使用MIT.nano的设施进行的。
