MIT：自充氧植入物将彻底改变糖尿病治疗

　　麻省理工学院的工程师们已经开发出一种突破性的设备来治疗1型糖尿病，旨在取代每天注射胰岛素。这种植入式装置容纳了产生胰岛素的细胞，并通过分解人体水蒸气来产生氧气。该装置在糖尿病小鼠身上进行了测试，成功地将它们的血糖水平维持了一个多月。

　　

这个装置包含了能产生胰岛素加上一个微小的制氧工厂，使细胞保持健康。

治疗1型糖尿病的一种很有希望的方法是植入胰岛细胞，这种细胞可以在需要时产生胰岛素，从而使患者不必频繁注射胰岛素。然而，这种方法的一个主要障碍是，一旦细胞被植入，它们最终会耗尽氧气，停止产生胰岛素。

为了克服这一障碍，麻省理工学院的工程师们设计了一种新的植入式设备，它不仅携带了成千上万的产生胰岛素的胰岛细胞，而且还有自己的机载氧气工厂，通过分解体内的水蒸气来产生氧气。

研究人员表明，当植入糖尿病小鼠体内时，这种装置可以使小鼠的血糖水平稳定至少一个月。研究人员现在希望制造一个更大版本的设备，大约一根口香糖大小，最终可以在1型糖尿病患者身上进行测试。

研究团队的见解

“你可以把它想象成一个有生命的医疗设备，它是由分泌胰岛素的人体细胞和一个电子生命维持系统组成的。麻省理工学院化学工程系教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所(IMES)成员、该研究的通讯作者Daniel Anderson说:“我们对目前的进展感到兴奋，我们真的很乐观，这项技术最终会帮助病人。”

虽然研究人员主要关注的是糖尿病治疗，但他们表示，这种设备也可以用于治疗其他需要反复输送治疗蛋白的疾病。

麻省理工学院研究科学家Siddharth Krishnan是该论文的主要作者，该论文最近发表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》上。

当前糖尿病治疗的挑战

大多数1型糖尿病患者必须仔细监测他们的血糖水平，并每天至少注射一次胰岛素。然而，这个过程并不能复制人体控制血糖水平的自然能力。

Anderson说:“绝大多数依赖胰岛素的糖尿病患者都在给自己注射胰岛素，并尽最大努力，但他们的血糖水平并不健康。如果你看看他们的血糖水平，即使对那些非常小心的人来说，他们也无法与活体胰腺相比。”

一个更好的替代方案是移植细胞，这些细胞在检测到患者血糖水平激增时产生胰岛素。一些糖尿病患者接受了人体尸体胰岛细胞移植，可以实现糖尿病的长期控制;然而，这些患者必须服用免疫抑制药物，以防止他们的身体排斥植入的细胞。

最近，研究人员在从干细胞中提取的胰岛细胞上取得了类似的成功，但接受这些细胞的患者还需要服用免疫抑制药物。                

应对氧气供应挑战

另一种可能是将移植细胞包裹在一个灵活的装置中，以保护细胞免受免疫系统的攻击，这可能会避免对免疫抑制药物的需求。然而，为这些被包裹的细胞找到可靠的氧气供应是一项挑战。

一些实验设备，包括一个已经在临床试验中测试过的设备，有一个氧气室可以为细胞提供氧气，但这个氧气室需要定期重新加载。其他研究人员已经开发出了包括可以产生氧气的化学试剂在内的植入物，但这些化学试剂最终也会耗尽。

麻省理工学院的研究小组采用了一种不同的方法，通过分解水，有可能无限地产生氧气。这是通过位于设备内部的质子交换膜来完成的，质子交换膜是一种最初用于在燃料电池中产生氢气的技术。这种膜可以将水蒸气(在体内大量存在)分解为氢气和氧气，氢气会无害地扩散出去，氧气会进入一个储存室，通过一层薄薄的透氧膜为胰岛细胞提供营养。                

这种方法的一个显著优点是它不需要任何电线或电池。分解水蒸气需要一个小电压(约2伏)，这是通过一种被称为谐振电感耦合的现象产生的。位于身体外部的调谐磁线圈将电力传输到设备内的一个小而灵活的天线，从而实现无线电力传输。它确实需要一个外部线圈，研究人员预计它可以作为贴片贴在病人的皮肤上。

有希望的实验结果

在制造出大约四分之一美国硬币大小的设备后，研究人员在糖尿病小鼠身上进行了测试。一组小鼠接受了带有产氧、水分解膜的装置，而另一组小鼠接受了含有胰岛细胞的装置，但没有任何补充氧气。这些装置被植入具有完整免疫系统的小鼠的皮肤下。

研究人员发现，植入了产氧装置的小鼠能够维持正常的血糖水平，与健康动物相当。然而，接受无氧装置的小鼠在大约两周内出现高血糖(血糖升高)。

通常，当任何一种医疗设备被植入体内时，免疫系统的攻击会导致被称为纤维化的疤痕组织的积聚，从而降低设备的有效性。这种疤痕组织确实在这项研究中使用的植入物周围形成，但该装置在控制血糖水平方面的成功表明，胰岛素仍然能够从装置中扩散出来，葡萄糖也能进入其中。

这种方法也可以用于输送产生其他类型治疗性蛋白质的细胞，这些蛋白质需要长时间给予。在这项研究中，研究人员表明，该设备还可以保持产生促红细胞生成素的活细胞，促红细胞生成素是一种刺激红细胞生成的蛋白质。

未来的前景

Anderson说:“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。”“有各种各样的疾病，患者需要外源性蛋白质，有时非常频繁。如果我们可以用一个可以长时间起作用的植入物取代每隔一周注射一次的需要，我认为这真的可以帮助很多病人。”

研究人员现在计划将该设备用于大型动物的测试，并最终用于人类。对于人类使用，他们希望开发出一种口香糖大小的植入物。他们还计划测试该设备是否能在体内停留更长时间。

“我们使用的材料本身就很稳定，寿命很长，所以我认为这种长期运行是有可能的，这就是我们正在努力的方向。我们对这些发现感到非常兴奋，我们相信这些发现有一天会为治疗糖尿病和其他疾病提供一种全新的方法。”