胰島素是胰腺分泌的一種激素，通過分泌到血液中來調(diào)節(jié)血液中葡萄糖對食物攝入量的反應(yīng)。將葡萄糖從血液中轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中，使糖轉(zhuǎn)化為能量或儲存是必要的。在1型糖尿病中，患者通常為兒童和年輕人，他們的身體完全不產(chǎn)生胰島素。2型糖尿病中，被診斷出來的患者可以在任何年齡，但成年人更普遍，患有這種類型的糖尿病，身體制造或使用胰島素的能力逐漸減少和喪失。如果不及時(shí)治療，糖尿病會在全身造成血管和神經(jīng)損傷，對眼睛、腳、腎臟和心臟造成損害。

全球所有類型糖尿病的發(fā)病率約為2.85億人，其中90%為2型糖尿病。許多需要胰島素治療的藥物通常是皮下注射，根據(jù)血液中自然生成的胰島素的不足來計(jì)算劑量。在所有病例中，約有半數(shù)患者胰島素治療的管理不善。

對于數(shù)百萬的2型糖尿病患者來說，保持著對血糖水平的敏感性時(shí)維持健康的關(guān)鍵。因而，在用餐時(shí)間里刺破手指檢測以及胰島素注射雖然是不舒適的，但是卻是必要的。

美國國立衛(wèi)生研究院動(dòng)物研究顯示可溶性微針觸發(fā)人體自身的胰島素反應(yīng) 圖片來源：NIH

來自美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的國家生物醫(yī)學(xué)成像和生物工程研究所（NIBIB）的科學(xué)家們設(shè)計(jì)了一款礦物化合物的創(chuàng)新生化配方，在血液中相互作用，能夠在數(shù)日的時(shí)間里起到調(diào)節(jié)血糖的作用。在小鼠上進(jìn)行的概念驗(yàn)證研究中，研究人員展示了這種具有可溶解性微針的生化配方貼片可以響應(yīng)血液中的化學(xué)物質(zhì)，自動(dòng)的管理血糖。

“這種實(shí)驗(yàn)方法是利用了一個(gè)事實(shí)，即2型糖尿病患者仍然可以產(chǎn)生一些胰島素，” Richard Leapman博士說，他是NIBIB科學(xué)主任，“并且每周的微針貼片應(yīng)用也不會像例行的血液測試那樣復(fù)雜和痛苦。”

研究由分子成像和納米醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室高級研究員Xiaoyuan Chen領(lǐng)導(dǎo)，正在開發(fā)一種替代療法使用無痛皮膚貼片來調(diào)節(jié)2型糖尿病患者的血糖水平。2017年11月24日，該研究小組在《自然通訊》網(wǎng)站上發(fā)表了一份研究報(bào)告，該研究小組將這種療法應(yīng)用于小鼠，以證明其潛在的有效性。

實(shí)驗(yàn)用貼片的基材是海藻酸鈉，這是一種從棕藻中提取的天然膠狀物。將其與治療劑混合并倒入微針形成貼劑。“海藻酸鈉是一種可彎曲的材料，它柔軟，但是又不太軟，”Chen表示，“它必須能夠刺穿真皮，并不是常用的微針材料，但在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，它表現(xiàn)得非常好。”

Chen的團(tuán)隊(duì)在海藻酸鹽中加入了一種生化粒子的配方，當(dāng)需要時(shí)，可以刺激人體自身的胰島素生產(chǎn)，當(dāng)達(dá)到正常血糖濃度時(shí)，就會抑制刺激。該貼片的響應(yīng)式傳送系統(tǒng)可以滿足身體數(shù)日的需要，而不是一次性全部用光。

“糖尿病史一種非常嚴(yán)重的疾病，會影響很多人，”Chen說，“每個(gè)人都在尋找一個(gè)長期起效的配方。”

這款貼片的配方中包含了兩種藥物成分，exendin-4 和葡萄糖氧化酶。這兩種成分可以和血液中的化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)觸發(fā)胰島素的分泌。

示意圖中展示了微針貼片響應(yīng)葡萄糖水平遞送exendin – 4的機(jī)理。在左側(cè)，血液中相對較低的葡萄糖水平與微針內(nèi)的化合物產(chǎn)生輕微的化學(xué)反應(yīng)，這不足以釋放出exendin - 4。在右側(cè)，當(dāng)血糖濃度升高時(shí)，血液中的酸性物質(zhì)會觸發(fā)exendin – 4的釋放，從而調(diào)節(jié)血糖，從而獲得一個(gè)智能的、長效的、按需要的exendin – 4的釋放。圖片來源：NIH

exendin – 4與人體腸道響應(yīng)進(jìn)食時(shí)所分泌的分子在遺傳組成上很相似，但是它相比于天然的分子要弱一些。團(tuán)隊(duì)之所以選擇了exendin – 4來進(jìn)行這個(gè)貼片的應(yīng)用是因?yàn)閑xendin – 4在血液中不會在一個(gè)小時(shí)內(nèi)降解，或者更長時(shí)間，因此可以在釋放后有很好的長效作用。當(dāng)過多的exendin – 4被吸收時(shí)，會引發(fā)惡心等不適。為了控制它的吸收速度，研究人員將exendin - 4與磷酸鈣的礦物顆粒結(jié)合，使其穩(wěn)定，直到發(fā)生另一種化學(xué)反應(yīng)。這種化學(xué)反應(yīng)是由第二種藥物化合物——葡萄糖氧化酶——在其銅磷酸鹽緩沖液中所引起的。

Chen解釋說，當(dāng)血糖升高到超過一個(gè)精確點(diǎn)的時(shí)候，它會引發(fā)與銅磷酸鹽和葡萄糖氧化酶的反應(yīng)，從而產(chǎn)生輕微的酸性，從而導(dǎo)致磷酸鈣釋放出一些exendin - 4。葡萄糖水平升高觸發(fā)了exendin - 4的釋放;但是，exendin - 4會讓胰島素流動(dòng)，降低葡萄糖水平，減慢并停止exendin - 4的釋放。這就是為什么我們稱它為響應(yīng)性的，或者說是智能的，釋放，Chen說。

大多數(shù)當(dāng)前的方法都需要不斷的釋放藥物。而這種方法在需要時(shí)產(chǎn)生一波快速的釋放，然后在葡萄糖水平穩(wěn)定時(shí)減緩甚至停止釋放。研究人員證明，一個(gè)約半英寸的貼片能夠通過藥物有效控制小鼠的血糖水平長達(dá)一周。作為一種2型糖尿病患者可以使用的應(yīng)用，該團(tuán)隊(duì)將需要進(jìn)行測試，使貼片中包含更高水平的治療藥物，以適應(yīng)更大體積動(dòng)物和人類治療的需要。

“我們需要擴(kuò)大貼片的尺寸，并優(yōu)化微針的長度、形狀和形態(tài)，”Chen說。此外，貼片還需要與日常生活兼容，例如允許淋浴或流汗。

這款貼片初步的成功給團(tuán)隊(duì)帶來了很大的鼓舞。我們期待這款貼片未來可以幫助糖尿病患者實(shí)現(xiàn)有效的慢病管理，獲得高質(zhì)量的生活。

參考資料：

[1] Pain-free skin patch responds to sugarlevels for management of type 2 diabetes