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MIT研发胰岛素新装置,可望造福1型糖尿病患者

2023年9月28日7:34 未解之谜网

    美国麻省理工学院新研发的胰岛素注射装置,中间是质子交换膜,能将水分分解成氧气和氢气。(MIT/Felice Frankel)

    许多罹患糖尿病的患者,经常需要依靠针头或仪器将胰岛素注入体内,但它们的持久性低,还需要经常更换。美国麻省理工大学(MIT)希望透过新型植入设备,取代1型糖尿病患者过往使用的胰岛素设备和针头注射。

    美国麻省理工学院新开发出的胰岛素注射装置,长度不到3厘米、宽不到2厘米,内含数十万个可以产生胰岛素的胰岛细胞,并具有分解体内水蒸气来产生氧气的功能。该研究成果9月22日发表在《美国国家科学院》(PNAS)杂志上,并被26家媒体引述和报道。

    糖尿病分1型和2型两种。I型糖尿病患者自身无法生产足够的胰岛素,必须靠每天注射胰岛素以维持正常的血糖水平。2型糖尿病多数属于胰岛素阻抗导致细胞对胰岛素的反应不正常,或细胞对胰岛素没有反应,但胰脏本身并没有问题。

    麻省理工学院化学工程教授、负责该设备开发的丹尼尔·安德森(Daniel Anderson)博士对该校新闻室表示,“绝大多数依赖胰岛素的糖尿病患者,在注射胰岛素后,可以观察到他们的血糖水平变化依旧不健康,即使他们时刻注意血糖变化,也无法跟有正常胰腺功能的人相比。”

    因此,1型糖尿病患者移植胰岛细胞就成为主要选择之一,因为这些细胞检测到患者血糖水平激增时就会产生胰岛素,达到控制血糖的目的,但这些患者必须长期服用免疫抑制药物,防止人体出现严重的排斥反应。

    另外,有研究人员在源自干细胞的胰岛细胞上也取得了类似的成功,但接受这些细胞的患者仍需要服用免疫抑制药物。科学家们为此研发了一种将胰岛细胞封装在一个灵活的装置中,以保护细胞免受免疫系统的侵害的方法,不过这些封装的细胞,仍需要有一稳定供氧来源。

    尽管一些临床试验中测试过的设备可以为细胞提供氧气,包括已经开发出可以产生氧气的化学试剂,但这些化学试剂也会耗尽,仍需要定期装载新的氧气。

    此次,麻省理工学院的团队采取了不同的方法进行比较实验,其中一种是能够生产氧气的装置,另一种则是不能生产氧气的装置,将它们分别植入患有糖尿病的小鼠身体内。

    结果显示,对于植入只含有胰岛细胞但不能补充氧气的装置的小鼠,它们的血糖就会在12天到15天左右出现血糖升高的状况。

    而植入能为胰岛细胞提供足够氧气的装置的小鼠,其血糖水平能维持长达一个月的稳定,过程中不需要额外注入氧气。

    可提供氧气的设备内,利用里面的质子交换膜分解小鼠体内的水分,让水分分解出氧气和氢气。氢气会扩散出去,而氧气会进入储存室,并透过一层薄薄的透氧膜为胰岛细胞长期提供足够的氧气。这种质子交换膜是一种最初用于燃料电池中产生氢气的技术。

    这种方法的优点十分明显。该装置在使用过程中不需要外接任何的电线或电池,只需要透过磁力线圈感应而产生的电压(类似手机的无线充电),就足以将体内的水汽分解成需要的氧气,而这种分解水汽工作只需要在电压2伏特(V)和功率大约6mW中就能运作。

    另外,这项设备比较不会受到小鼠免疫系统攻击,从而降低排斥带来的副作用,从而保证了设备的效能。

    研究人员当前主要的关注点是1型的糖尿病治疗,但他们表示这种设备未来也可能用于其他治疗方面,包括需要重复输送治疗蛋白的疾病。由于人体需要的胰岛素远比小鼠多,因此他们希望能研制出更大且更好的版本用于人体。

    另外,他们还希望能完美解决氢气排放问题,因为氢气可能会造成神经发炎、肝脏发炎和粒线体疾病等问题。

    安德森博士表示,“你可以将其视为一种活体医疗设备,由分泌胰岛素的人体细胞以及电子生命支持系统制成。我们乐观地认为,有可能制造出可以驻留在体内并根据需要生产药物的活体医疗设备。”

    他还说,“目前有多种疾病的患者都需要经常从外部摄取特殊蛋白质,若我们能够用一个可以长时间发挥作用的设备,去取代每隔一段时间输液的需要,这样可以帮助很多患者。”

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