美国加州圣地亚哥大学和GlySens公司的生物工程师们已经成功开发出一款可植入人体的葡萄糖传感器(glucose sensor)和无线遥测系统,用于持续地监测组织的血糖并将信息传送到一个外部接收器。相关论文于2010年7月28日发表在《Science Translational Medicine》杂志上(《医学科学会刊》),文中介绍,这款葡萄糖检测装置已经被植入动物体内使用了一年多。糖尿病患者目前使用的是需刺破手指的短期的、针状葡萄糖传感器,并且必须每隔3到7天更换一次。一旦经过人体临床试验和FDA批准,这款可长时间使用的植入式葡萄糖传感器将取代糖尿病患者目前使用的葡萄糖传感器。

         这款葡萄糖传感器是如何工作的?有科学方面取得了什么样的进步?

         加州大学圣迭戈生物工程教授David Gough表示,“本论文最重要的一点是:在植入(动物体内)500多天的情况下,我们的葡萄糖传感器仍对包覆组织无刺激。从科学的角度来看,这是一个很大进步,这要归功于这款传感器独特的氧含量检测方案”。David Gough是这篇发表在《Science Translational Medicine》杂志上的论文的第一作者。

        来自组织周围的葡萄糖和氧扩散到该传感器,葡萄糖氧化酶在此进行化学反应,其中被消耗的氧气与葡萄糖的含量成比例。对剩余的氧气进行测量,然后将其与由一个几乎完全相同的氧含量参考传感器所记录下的氧气基准进行比较。氧减少信号与基准氧信号的比较,反映出血糖的浓度。运动所产生的影响以及流向组织的局部血液的变化在很大程度上被差分氧传感系统去掉了,差分氧传感系统在同一装置中并行放置了一对传感器。这款被植入猪体内进行研究的葡萄糖传感器,其直径为1.5英寸、厚度为5 / 8英寸,通过一个简单的门诊手术即可植入。

朝临床试验的方向发展

         “发表在《Science Translational Medicine》的这篇论文表明我们的植入式传感器在动物身上取得了成功。您可以让它工作一年或更长时间,它能不间断地工作并记录葡萄糖含量,效果相当令人满意。现在,我们正专注于启动人体临床试验。我们希望在几个月内开始第一例人体试验”,加州大学圣迭戈生物工程教授David Gough表示。

         “如果人体临床试验一切顺利的话,我们预计在几年时间里,患者就能凭医生的处方单买到这个葡萄糖传感器”。

葡萄糖传感器对1或2类糖尿病患者可能会很有用

        这款长时间使用型葡萄糖传感器可用于1型和2型糖尿病患者。1型糖尿病患者自身不能产生足够的胰岛素。长期使用型葡萄糖传感器可用于调整胰岛素的剂量和注射频率,由此降低因胰岛素过量而引发低血糖的风险,胰岛素过量所引发的低血糖可能随时危及生命。当注入过量胰岛素或当胰岛素吸收过快时,就会产生低血糖。

        2型糖尿病患者可以利用这款长期使用型葡萄糖传感器来帮助他们调整自己的饮食和锻炼计划。此外,一些注射胰岛素的2型糖尿病患者也像1型糖尿病患者一样样担心发生低血糖。

        最终的目标是限制可能会危及患者生命的血糖上升或下降---即“血糖漂移”。正是这些长期的血糖漂移导致了与糖尿病相关的长期问题。

手机和夜间低血糖

        这篇发表在《Science Translational Medicine》杂志上的论文中所提到的用于动物试验的植入式传感器将葡萄糖信息发送到一个手机大小的数据记录仪。“可以设计更为灵活的数据接收器。例如,可以将数据传送到手机或以其它方式显示”,Gough解释道。

         Gough表示,“有些父母整晚都在担心他们睡在隔壁房间的患糖尿病的孩子可能会发生夜间低血糖”,他解释说,可以利用萄糖传感器将信息发送到一个手机,一旦孩子的血糖水平在夜间下降到危险水平,它就会向家长报警。

          “每天四个手指穿刺(finger stick)来测量血糖水平是当前的护理标准,但不同穿刺测得的的血糖值可能会产生重大漂移,” Gough表示。与之相比,长期植入式葡萄糖监测器能提供昼夜不间断地监测。“我们正在朝着自动化和无干扰化的植入式传感器迈进。其它人可能甚至不知道患者使用了葡萄糖传感器。我们的目标是要患者摆脱手指穿刺,” Gough声称。

胰岛素泵

         如今,约有800,000名患者使用外部胰岛素泵。目前,这些胰岛素泵是开环---这意味着它们没有直接连到一个葡萄糖传感器,并且它们必须由医生编程。“糖尿病患者可以在一定程度上手动调整胰岛素泵的时刻表,但必须严格遵照(饮食量和时间)计划表来安排带着胰岛素泵的生活”,Gough表示。

        生物工程师的目标是使胰岛素泵能根据来自植入传感器的葡萄糖读数来自动调节胰岛素的注射频率,更确切的说,让胰岛素泵像人工胰腺β细胞一样工作。据Gough表示,“如果基于来自植入式葡萄糖传感器的实时读数来对胰岛素泵进行编程,胰岛素泵会根据糖尿病患者饭后的血糖数来调整胰岛素的剂量。糖尿病患者就不必如此苛刻地遵守计划表。

“使用胰岛素泵时,总会担心胰岛素泵注入了过量的胰岛素而导致危及生命的低血糖。葡萄糖传感器可作为针对低血糖的安全机制”。Gough还指出,针对如何利用葡萄糖传感器的读数来对胰岛素泵进行编程的主要研究也正在进行中。研究人员主要使用针式血糖传感器,一旦新款植入式传感器被批准在人身上使用后,到时就可以用它来取代针式传感器。

圣地亚哥新兴公司/行业合作

有了Gough所在大学研究所提供的重要支撑,该传感器由GlySens Incorporated的同事开发成为现在的样子,这家圣地亚哥公司由Gough与Joseph Lucisano合伙成立。Joseph Lucisano拥有加州大学圣地亚哥分校生物工程博士学位。据Gough表示,GlySens收到了来自美国国立卫生研究院一系列的同行评审拨款用于支持该项目的研究,而收到这些拨款有力地证明了该公司扎实的科学研究。

“大多数在GlySens工作的人曾在加州大学圣地亚哥分校接受过教育”,Gough表示。“这是一个加州大学圣地亚哥分校与业界的合作,可以降低医疗护理的成本,并引导圣迭戈经济出现新的增长。”