对于1型糖尿病患者而言，低血糖（血糖水平过低）是一种持续存在的威胁。当血糖水平降至极低时，会危及生命，此时的标准治疗方式是注射一种名为胰高血糖素的激素。
为了应对患者可能无法察觉血糖下降到危险水平的情况，麻省理工学院（MIT）的工程师设计了一种植入式储存装置，可以放置在皮肤下，并在血糖水平过低时触发释放胰高血糖素。
这种方法还可以用于睡眠中发生低血糖的情况，或帮助无法自行注射的糖尿病儿童。
“这是一种小型的应急装置，可植入皮肤下，随时准备在患者血糖过低时发挥作用。”麻省理工学院化学工程系教授、MIT科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所（IMES）成员、研究资深作者丹尼尔·安德森（Daniel Anderson）表示，“我们的目标是打造一种始终准备保护患者免受低血糖威胁的装置。我们认为这也可以缓解许多患者及其父母对低血糖的恐惧。”
研究人员还发现，这种装置也可用于输送紧急剂量的肾上腺素——一种用于治疗心脏病发作并可防止严重过敏反应（包括过敏性休克）的药物。
这项研究由麻省理工学院前研究员、现任斯坦福大学电气工程助理教授悉达多·克里希南（Siddharth Krishnan）领导，研究今天发表在《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）杂志上。
应急响应
大多数1型糖尿病患者每天需要注射胰岛素，以帮助身体吸收糖分并防止血糖水平过高。然而，如果他们的血糖水平过低，就会出现低血糖症，这可能导致意识混乱和癫痫发作，若不及时治疗，甚至可能致命。
为了对抗低血糖，一些患者随身携带预装的胰高血糖素注射器，这种激素能刺激肝脏将葡萄糖释放到血液中。然而，对许多人，尤其是儿童来说，很难察觉自己是否出现低血糖症状。
安德森说：“一些患者能感知到自己的血糖正在降低，并会吃点东西或自行注射胰高血糖素。但有些人并未意识到自己低血糖，可能会陷入意识混乱甚至昏迷。当患者入睡时，这也是个问题，他们依赖血糖监测器的警报来提醒他们在血糖降至危险水平时醒来。”
为了更方便地应对低血糖，MIT团队设计了一种可以由使用者手动触发，或由传感器自动触发的应急装置。
该装置大小约为一枚硬币，内部有一个由3D打印聚合物制成的小型药物储存器。储存器采用一种称为形状记忆合金的特殊材料密封，这种材料在加热时可以编程改变形状。研究人员使用了一种镍钛合金，当加热到40摄氏度时，它会从扁平板状弯曲成U形。
像许多其他蛋白质或肽类药物一样，胰高血糖素容易迅速降解，因此液态形式无法在体内长期储存。因此，MIT团队开发了一种粉末形式的药物，这种形式更加稳定，可以在储存器中保持更长时间，直到被释放。
每个装置可以携带一个或四个剂量的胰高血糖素，并内置一根天线，能够响应特定频率的射频信号。这使得它可以远程触发，产生微小电流来加热形状记忆合金。当温度达到40度时，板状材料弯曲成U形，释放出储存器中的药物。
由于该装置可以接收无线信号，它还可以设计为当佩戴者的血糖下降到一定水平时，由血糖监测仪触发药物释放。
克里希南表示：“这种数字药物输送系统的一个关键特性是它可以与传感器通信。在这种情况下，很多患者使用的连续血糖监测技术，对于这类设备来说很容易实现对接。”
逆转低血糖
在将该装置植入糖尿病小鼠后，研究人员在其血糖水平下降时触发了胰高血糖素释放。在药物释放不到10分钟内，血糖水平开始趋于稳定，使它们保持在正常范围内，从而避免了低血糖的发生。
研究人员还测试了该装置使用粉末状肾上腺素的效果。他们发现，在药物释放后的10分钟内，血液中的肾上腺素水平升高，心率加快。
在这项研究中，研究人员将这些装置植入小鼠体内达四周之久，但他们现在计划尝试将使用时间延长至至少一年。
克里希南说：“这个想法是，装置中应有足够的剂量，可以在相当长的时间内提供这种治疗性的救援事件。我们还不确定具体是多久——也许一年，也许几年，我们目前正在研究最佳的使用期限。但之后它就需要更换。”
通常，当医疗设备被植入体内时，周围会形成疤痕组织，这可能会影响其功能。但在本研究中，研究人员证明，即使在植入物周围形成了纤维组织，他们仍然能够成功触发药物释放。
研究人员计划进行更多的动物实验，并希望在未来三年内开始临床试验。
“看到我们的团队完成这项工作令人非常激动，我希望它将来能够帮助糖尿病患者，并更广泛地为输送任何紧急药物提供一种新的范式。”麻省理工学院大卫·H·科赫研究所教授、论文作者罗伯特·兰格（Robert Langer）说。
参考文献： Krishnan SR, O’Keeffe L, Rudra A, et al. Emergency delivery of particulate drugs by active ejection using in vivo wireless devices. Nat Biomed Eng. 2025:1-17. doi: 10.1038/s41551-025-01436-2
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