科学家力图用人工器官应对Ⅰ型糖尿病
时间:2017-12-07

  科学家尝试使用人造器官来治疗1型糖尿病 - 新闻 - 科学网

  2013年4月的一个早晨,一位名叫简的女士出院于英国剑桥Ardenbrook医院。在过去的24小时里,她的身体已经连接到医疗设备和管道治疗。出院后,她把设备带回家,希望摆脱困扰她30年的I型糖尿病。

  这些设备包括构成人造胰腺原型的胰岛素泵,血糖传感器和平装大小的计算机。他们复制了糖尿病患者的胰腺缺乏情况:随着血糖水平的上升,他们会产生胰岛素。目前,欧洲,美国和其他地方的团队正在对小部分患者进行系统测试,希望能够有效和安全地观察技术。如果可能的话,这将改善糖尿病患者的健康状况,让他们过上正常的生活。简说,她以前的糖尿病控制是通过血液检查和大部分时间的注射完成的,并且有一个人工胰腺是令人难以置信的。

  1型糖尿病患者逐渐变得无意识,在20世纪20年代初发现胰岛素之前的几个月或几年死亡。至少在发达国家,糖尿病患者现在可以过上相对正常的生活,只要他们必须进行无尽的血糖测试(通过指尖采血和电子仪器),注射胰岛素并仔细测量碳水化合物的量。

  世界各地的研究人员正在开发1型糖尿病的生物疗法,但进展缓慢。在过去的十年里,许多研究人员和医生开始致力于技术方法(人造胰腺)。医药公司和医疗设备制造商在糖尿病治疗(即新型胰岛素,胰岛素泵和血糖传感器)方面的巨大进步使研究人员的工作变得更加容易。

  20世纪80年代,第一台可由患者带回家的胰岛素泵自行管理。今天的模式允许胰岛素通过细管进入人体,通常将针或管插入患者胃内的皮下组织中几毫米。胰岛素泵,如胰腺,全天候注射小剂量的胰岛素。患者可以根据消耗的食物量设定需要抽取的胰岛素量。胰岛素泵提供比胰岛素注射更好的血糖水平控制,但是高成本限制了它们的普及。

  胰岛素泵不能消除血液指尖血液采样方法,但连续葡萄糖监测仪(CGM)。监视器诞生于20世纪90年代后期,以提供更好的血糖水平的实时数据,但再次,拒绝千里之外的人的高成本。

  全球糖尿病研究基金会JDRF治疗疗法副总裁Aaron Kowalski表示,缺乏便携和可靠的CGM使投资者开始重视人造胰腺。 JDRF于2006年在美国和欧洲的研究中心和公司建立了一个人造胰腺计划。

  这是医疗器械行业的第一步。 2009年,设备制造商美敦力公司发布了最基本的人造胰腺系统之一:接受CGM发射机信号的胰岛素泵。混合装置不能将血糖控制在一个狭窄的范围内,但可以防止突发事件。该系统在欧洲得到了相当快的批准。美国食品和药物管理局(FDA)对医疗器械的使用更为谨慎,并且在2013年9月未获得批准。

  美敦力的系统可以阻止病情恶化,但并不能阻止爆发,因此人们需要智能算法来分析用户的血糖情况。世界各地的团队已经在这个算法上工作了很多年。

  研究人员正在短期内通过让科目来医院测试其系统包含一个特定的算法。 2013年,一些队伍离开了简这样的科目离开医院几天回家或在酒店测试。所有的试验结果尚未完全公开,但科瓦斯基表示,公布的结果令人印象深刻,显示高血糖急剧下降及其积极的社会影响。例如,病人不再太担心,有机会恢复正常的生活。

  然而,问题随之而来。当使用人造胰腺时,CGM需要时间来检测使用者的食物摄入量:碳水化合物进入血液需要半小时或更长时间,可检测的组织液需要另外15分钟,信号需要6至15分钟处理,算法难以根据CGM提供的信息,以较少的早期消化来衡量膳食量,因此,在几个小时的饮食后,该装置容易提供过量的胰岛素。

  为了解决这个问题,一些研究人员要求用户在进食时提醒系统。此外,Mannkind制药公司开发了一种名为AFREZZA的速效可吸入胰岛素。然而,在2011年,FDA拒绝批准AFREZZA,因为该机构认为需要更多信息。 Mannkind于2013年10月重新提交了产品批准申请,并希望在2014年4月获得批准。

  这些方法有助于缓解餐后血糖峰值和后来的下降。但是,许多研究人员想要提供一个完整的免提系统。圣巴巴拉加利福尼亚大学化学工程师Frank Doyle说:我们需要更快的胰岛素和更快的CGM。

  也许最快的方法是将胰岛素直接注射到靠近肝脏和胰腺的腹腔中,使其可以直接起作用。多伊尔说:这将大大加快全自动化系统的作用。罗氏制药公司开发了一种名为DiaPort的永久性注射器,但由于永久堵塞器械的复杂性,只有极少数的糖尿病患者正在使用它。

  其他研究人员正在研究更快,更可靠的CGM。目前的系统不但没有反应,而且犯了错误。离群值是主要问题。 Kowalski说,他相信开发人员将不得不使用诸如冗余传感器和关键系统工程等技术来发现错误的读数以进行故障分析。

  替换目前用于检测葡萄糖的电化学信号也产生更好的CGM。一些制造商正在开发的传感器可以通过皮肤传递光来寻找葡萄糖吸收的波长。 JDRF现在正在与一些公司合作开发一种利用电化学和光学技术来确保万无一失的传感器。

  另一种安全机制是使用泵来分别分配胰岛素和抗胰岛素激素胰高血糖素。当葡萄糖读数太低时,胰高血糖素迅速增加。 Kowalski说,在2013年,波士顿大学的一个团队用两个水泵来测试这个想法,这是一个非常令人印象深刻的结果。

  JDRF正在与设备制造商Tandem Diabetes Care合作开发双激素泵。目前,胰高血糖素并不是一个长期的,稳定的解决方案,制药公司正在开发一种新的配方持久的激素。

  开发者是否会获得一个完全自动化的系统还有待观察。但是科瓦尔斯基说:我们不是完美的好敌人。耶鲁大学医学院的Stuart Weinzimer也同意:我们不需要做到完美。系统最好不要紧,只要把它们投放市场,由临床医生决定。简说,对于那些从人造胰腺受益的人来说,最重要的是该装置的实用性。有鉴于此,虽然这些设备有泵和管道,但使用它们感觉就像没有糖尿病。 (张冬)

  “中国科学”(2014-01-15第3版国际)