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无痛的皮肤贴片：可调节糖尿病患者血糖！

泰然健康网
2025-05-26 20:06

导读

美国国立卫生研究院生物医学成像和生物工程国立研究所设计出一种创新的生物医学方案，使得血液中的矿物复合物相互作用，一次可调节血糖数天。在一项于老鼠身上展开的概念验证研究中，研究人员采用由生化反应设计出的可溶性微针，响应血液化学，自动控制血糖。

背景

近日，国际糖尿病联盟公布了第八版的全球糖尿病地图。结果显示，全球糖尿病成人患者（20-79岁）从2000年的1.51亿，到2017年已达到4.25亿，增加近2倍。预计到2045年，糖尿病患者可能达到6.29亿。

持续监测血糖值对于糖尿病患者的健康来说尤为关键。因此，餐前指尖采血以及胰岛素注射是必要的检查和治疗手段，但是上述过程往往会为患者带来创伤以及不舒服的体验。

然而，以前笔者介绍过韩国首尔基础科学研究院的研究人员采用石墨烯材料制成的柔性可穿戴设备（腕带）检测和治疗糖尿病的方案。当糖尿病人佩戴腕带后，腕带将会检测皮肤上的汗液，并通过传感器检测患者的汗液温度和pH值，分析出血糖值，并通过无线方式将血糖数据传输至智能手机，供患者参看。然后，智能手机会根据血糖值计算出给药量。一旦发现血糖值偏高，腕带中的加热器就会加热并分解涂层，至41摄氏度时，微针就暴露出来，释放出二甲双胍，降低血糖值。而这个微针造成的创伤非常小，人体几乎感觉不到。

（图片来源：Hui Won Yun / 首尔大学）

创新

最近，美国国立卫生研究院（NIH）生物医学成像和生物工程国立研究所（NIBIB）设计出一种创新的生物医学方案，使得血液中的矿物复合物相互作用，一次可调节血糖数天。在一项于老鼠身上展开的概念验证研究中，研究人员展示了由生化反应设计出的可溶性微针，响应血液化学，自动控制血糖。

（图片来源：参考资料【2】）

技术

NIBIB 科学主任 Richard Leapman 博士表示，2型糖尿病患者仍可以产生出一些胰岛素。胰岛素是一种在胰腺中产生的激素，并可以分泌到血液中，根据摄取的食物调节血糖。胰岛素需要将葡萄糖从血液中移动到细胞中，在细胞中血糖会被转化为能量或者存储下来。1型糖尿病，多发于儿童和青少年，患者身体根本不会产生任何胰岛素。而2型糖尿病，可发生于任何年龄段，但是多发于成年人，会逐步减少身体产生或者使用胰岛素的能力。如果未得到治疗，糖尿病将带来全身血管和神经的损伤，使得眼睛、足部、肾脏和心脏的功能受到影响。

所有糖尿病患者中，90%是2型糖尿病。许多人都需要采用胰岛素治疗，胰岛素治疗通常是通过皮下注射适量胰岛素进行。而这个量是血液中自然生成的胰岛素量的亏空所决定的。胰岛素疗法在半数糖尿病人当中效果不是太好。

分子成像和纳米医学实验室的高级研究员 Xiaoyuan (Shawn) Chen 领导的NIBIB 研究人员，致力于采用一种替代疗法调节2型糖尿病患者的血糖水平，就是使用这种无痛的皮肤贴片。2017年11月24日，在线发表于《自然通信》杂志上的研究表明，团队对于老鼠采用这种疗法，演示了该疗法的潜在效力。

这种实验级贴片的基础是一种称为“藻酸盐”（alginate）的材料，它是一种可以从褐藻中提取的胶状自然物。它与治疗药物混合，倒入微针中，制成贴片。Chen 表示，藻酸盐是一种柔韧的材料，它是软的，也不是太软。它必需能够戳入真皮中，虽然不是一种通用的针材料，在这个案例中，它似乎工作地很好。

（图片来源：参考资料【2】）

Chen 的团队在藻酸盐中加入一种生物化学粒子配方，它在必要时会刺激身体自身的胰岛素生产，当到达正常的血糖浓度时，会削减胰岛素的刺激作用。贴片的应激传递系统能够满足身体几日的需求，而不是一次用完。

Chen 表示，糖尿病是一种非常严重的疾病，也影响了许多人。每个人都在寻找一种长效配方。

Chen 的配方将两种药物成分：exendin-4 和葡糖氧化酶放到贴片中。这两种成分与血液化学起反应，促进胰岛素分泌。每种成分与一种磷酸盐矿物颗粒相匹配，这种颗粒可以在需要时稳定成分。当糖浓度升高时产生的酸性，通过某种矿物中的药物成分，而不是其他矿物，弱化键合。

Exendin-4 与身体产生的分子的基因组成相似，并且在有食物摄取时在肠道中分泌。尽管它相对于自然产生的分子来说有点弱，团队选择采用Exendin-4，是因为Exendin-4在一个小时甚至更长时间内不会在血液中降解，所以在释放后会具有长期持久的作用。然而，如果吸收太多，它会引起恶心。为了控制它的吸收速度，研究人员将exendin-4与磷酸钙矿物颗粒相结合，稳定它直到另外一种化学反应发生为止。那个化学反应就是由贴片中的第二个化学成分：葡糖氧化酶引起，它存在于磷酸铜矿物缓冲剂中。

Chen 解释道，当血糖高于某个准确的值时，它会触发磷酸铜与葡萄糖氧化酶之间的反应，从而产生出轻微的酸性，使得磷酸钙释放出一些exendin-4 。血糖水平上升会触发exendin-4 释放，但是然后exendin-4 会促使胰岛素流动降低血糖水平，这样又减缓和阻止了exendin-4释放。

价值

这种一周一次的微针贴片应用，相对于需要经常进行血液测试的方法，将会简单一些，并且疼痛较轻。

Chen 表示，这也就是为什么我们称之为响应型或者智能的释放。目前，大多数的现有方案都是恒定释放。在需要时，我们的方案会创造出一波快速释放，然后在血糖水平稳定时，降低或者甚至停止释放。

未来

研究人员演示了约半平方英寸的贴片，它含有充足的药物控制血糖水平达一周。为了让该方案可以发展为2型糖尿病患者能采用的方式，团队将展开测试，利用含有按比例算更多的治疗性成分的贴片，治疗更大型的动物。除了尺寸，贴片也需要改变以便应用于人类皮肤，很可能需要更长的针。

Chen 表示，我们需要按比例增加贴片尺寸，优化针的长度、形状和形态。此外，贴片还需要与日常生活相适应，例如淋浴或者出汗的状况。Chen受到他成功的实验以及其他实验型微针贴片开发者的鼓舞。例如，其他人已采用含有胰岛素的微针装置完成了针对人类的早期研究，对于1型和2型糖尿病患者都有效。他希望从这些设备的开发中汲取经验，并应用于在这项研究中他们团队测试的微针贴片。

关键字

医疗、糖尿病

参考资料

【1】http://en.nagoya-u.ac.jp/research/activities/news/2017/12/development-of-a-nanowire-device-to-detect-cancer-with-a-urine-test.html

【2】http://advances.sciencemag.org/content/3/12/e1701133