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。將葡萄糖從血液中轉(zhuǎn)移到細胞中，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維持健康的關(guān)鍵。因而，在用餐時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)生研究院動物研究顯示可溶性微針觸發(fā)人體自身的胰島素反應 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)學成像和生物工程研究所（NIBIB）的科學家們設(shè)計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)日的時間里起到調(diào)節(jié)血糖的作用。在小鼠上進行的概念驗證研究中，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血液中的化學物質(zhì)，自動的管理血糖。

“這種實驗方法是利用了一個事實，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科學主任，“并且每周的微針貼片應用也不會像例行的血液測試那樣復雜和痛苦。”

研究由分子成像和納米醫(yī)學實驗室高級研究員Xiaoyuan Chen領(lǐng)導，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)表了一份研究報告，該研究小組將這種療法應用于小鼠，以證明其潛在的有效性。

實驗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，但在這個實驗中，它表現(xiàn)得非常好。”

Chen的團隊在海藻酸鹽中加入了一種生化粒子的配方，當需要時，可以刺激人體自身的胰島素生產(chǎn)，當達到正常血糖濃度時，就會抑制刺激。該貼片的響應式傳送系統(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重的疾病，會影響很多人，”Chen說，“每個人都在尋找一個長期起效的配方。”

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物質(zhì)反應觸發(fā)胰島素的分泌。

示意圖中展示了微針貼片響應葡萄糖水平遞送exendin – 4的機理。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)生輕微的化學反應，這不足以釋放出exendin - 4。在右側(cè)，當血糖濃度升高時，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與人體腸道響應進食時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。團隊之所以選擇了exendin – 4來進行這個貼片的應用是因為exendin – 4在血液中不會在一個小時內(nèi)降解，或者更長時間，因此可以在釋放后有很好的長效作用。當過多的exendin – 4被吸收時，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)生另一種化學反應。這種化學反應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，當血糖升高到超過一個精確點的時候，它會引發(fā)與銅磷酸鹽和葡萄糖氧化酶的反應，從而產(chǎn)生輕微的酸性，從而導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，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性的，或者說是智能的，釋放，Chen說。

大多數(shù)當前的方法都需要不斷的釋放藥物。而這種方法在需要時產(chǎn)生一波快速的釋放，然后在葡萄糖水平穩(wěn)定時減緩甚至停止釋放。研究人員證明，一個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一周。作為一種2型糖尿病患者可以使用的應用，該團隊將需要進行測試，使貼片中包含更高水平的治療藥物，以適應更大體積動物和人類治療的需要。

“我們需要擴大貼片的尺寸，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隊帶來了很大的鼓舞。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