《电子技术应用》

“无痛皮肤贴片”,有望为2型糖尿病提供长期安全及个性化治疗

2017/12/29 14:06:17

  “每周一次智能贴片,有望取缔繁琐的血糖监控以及促胰岛素药物服用过程。”近日,来自于中国、美国的研究团队研发出了一种“无痛皮肤贴片”,能够长期、安全地释放肠促胰岛素类药物,调控机体内的血糖平衡。

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  目前,全球共有约2.85亿人患有糖尿病,其中2型糖尿病占这一群体的90%以上。治疗大部分2型糖尿病的核心在于促进胰岛素分泌。而这种“无痛皮肤贴片”暗藏巧妙的“智能化”设计,可以按需刺激胰腺产生胰岛素,且已在小鼠模型了验证了其可行性。

  这一最新成果在线发表在《Nature Communications》期刊,由美国国立卫生研究院国家生物医学成像和生物工程研究所(NIBIB)的高级研究员Xiaoyuan Chen、中山大学肿瘤防治中心符立梧教授带领团队完成。

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  皮肤贴片治疗2型糖尿病的演示图(图片来源:Chen lab, NIBIB)

  1 “智能化”的皮肤贴片

  “这一研究基于一个事实,即2性糖尿病患者自身产生胰岛素的能力并非完全丧失。”研究团队表示道。

  为实现“智能化”的血糖管理,研究团队开发了一种无痛皮肤贴片——携带有刺激胰岛素分泌的药物,能够按需释放进入血液中,并引发相关反应。

  无痛皮肤贴片由微针组成,微针中填充有藻酸盐(alginate,一种从褐藻中提取的类似于胶质的天然物质)以及包裹有药物的矿物质颗粒。“藻酸盐是一种柔韧的材料,柔软但又不过分,能够协助颗粒以无创、无痛的形式穿透真皮。”研究人员解释道 。

  矿物质颗粒里包含两种药物——Exendin-4(Ex4)和葡萄糖氧化酶(GOx)。这两种化合物会与血液中的化合物发生反应,刺激胰岛素分泌。研究人员将药物包裹于磷酸盐矿物颗粒中,以便保证化合物的稳定性。

  其中,Exendin-4结构类似于胰高血糖素样肽-1(GLP-1),可刺激胰岛素的释放。虽然效果比天然的肠促胰岛素弱,但是exendin-4会在血液中保持不溶解的状态长达1小时以上。这意味着,一旦从皮肤贴片中释放,它可以产生持久的效果。但是,一旦吸收过多,exendin-4会引发恶心等副作用。所以,为了控制它的吸收速度,研究人员将其与磷酸钙颗粒结合,确保其稳定性。

  它的工作机制也非常“巧妙”:当血糖升高到一个精确的点时,磷酸盐在葡萄糖氧化酶的催化下,会产生轻微的酸性,从而刺激颗粒释放出一些exendin-4,进而刺激机体产生胰岛素,降低血糖水平。更重要的是,伴随着血糖水平的恢复,exendin-4释放量会减少,直至停止。

  总而言之,该贴片的“响应式”(智能化)传递系统可以个性化满足患者需求,且长时间有效。

  2  小鼠试验可行

  在以小鼠为模型的概念验证试验中,研究团队发现,这一贴片确实能够在血液中引发化学反应,从而自动控制血糖。结果显示,一个半英寸的贴片能够携带控制小鼠血糖平衡一周的药物剂量。

  下一步,研究团队计划开展更大规模的动物试验。而且,为了未来的临床试验,他们还会尝试更改贴片尺寸、针头长度等设计。另外,还需要考虑日常生活中出汗、淋浴等需求对贴片的影响。


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