“人工胰岛”技术在糖尿病治疗中的应用

刘　珉

上海交通大学医学院附属第三人民医院内分泌科

住院医师

1　概要描述

1.1　主要系统构架

糖尿病的发病率逐年增长，尤其在亚太地区的发展中国家。据国际糖尿病联盟（IDF）数据，2003年，中国糖尿病患病人数约为2 300万，预计至2025年，将激增至4 600万，已造成严重的医疗负担和社会问题。由于生命科学的复杂性和医疗水平的限制，目前还没有根治糖尿病的医学手段。世界卫生组织推荐的治疗糖尿病的主要手段是对患者进行血糖的自我监测，及时地调整口服降糖药物和胰岛素的用量，从而预防或减轻并发症的发生。目前，微创式血糖监测配合开环式胰岛素泵（开环式）是控制患者血糖的常用治疗模式，其缺点显而易见。因此，无创式血糖监测技术+胰岛素泵，也就是“闭环式”技术有望实现真正的“人工胰岛”，闭环系统可使患者从烦琐的输入和操作中解放出来，实现真正自动化血糖调节。

图1　我国2型糖尿病控制现状

1.2　主要系统构架

闭环系统主要由血糖感应器、反馈调节系统和胰岛素输注器三部分组成，是无创CGM（动态血糖监测）和CSII（持续皮下胰岛素输注）的有机整合，旨在实现真正的“人工胰腺”。

（1）血糖感应器：渗透液传感器模块贴片用来接触皮肤，此模块包含一个微弱的电流并且通过微透析技术，利用透出皮肤的皮下组织液，测定其组织液的含糖量，组织液中的葡萄糖水平，其理论依据为血糖值和组织液中的糖量基本上是对等的。

（2）反馈调节系统：利用无线传输技术将血糖数据从感受器传至植入式胰岛素泵，根据设定的计算程序（数据模型），自动、快速计算胰岛素用量。

（3）胰岛素输注器：胰岛素输注器接受程序指令进行基础胰岛素及大剂量胰岛素输注，无需手动输入。

1.3　关键技术

（1）无创血糖监测技术：基于人体组织间液的方法是基于组织间液与血液中葡萄糖浓度之间存在相关性，通过测量组织间液中的葡萄糖浓度，根据计算模型来推算血糖浓度，目前使用的连续血糖监测技术基于该方法，但在提取组织液时仍然会造成轻微的皮肤组织创伤，因此，需要发展全无创皮肤贴片技术，可结合近红外光谱法，用现代化学计量学的手段建立血糖浓度与近红外光谱之间的回归模型，实现真正意义上的实时和无创。同时，无线信息传输技术的开发可简化导管线路装置，“无线”操控胰岛素泵的运行。

（2）建立理想的“血糖浓度–胰岛素用量”的回归模型，根据不同人群、疾病类型、血糖波动时相、生活饮食习惯等，进行个体化编程，实现“人工智能”。

（3）胰岛素输注器在传统胰岛素泵的基础上，开发传输、接收电子遥测仪的数据；同时研究开发置入式胰岛素泵，实现“人工胰岛”的体内移植。

图2　“人工智能胰岛”示意图

2　应用意义与前景

糖尿病是威胁人类健康的第三大杀手，在疾病治疗中需要补充胰岛素以维持体内血糖的正常，目前，比较接近于正常人体的持续分泌短效胰岛素方式的胰岛素泵，正逐渐替代分次注射的传统给药方式，成为当前的最佳治疗方案。但该方式仍存在缺陷：① 不能在线获取人体血糖浓度，开环控制模式无法实现精确的血糖浓度控制；② 胰岛素的加注模式选择有局限性，患者很难决定合适的给药方式。同时，在调整胰岛素治疗方案及疾病自我监测过程中，有创血糖检查方法的缺点显而易见的，即检测时采血必须刺破神经密集的指尖，加之针刺的伤口对糖尿病来说极为不利的，因为糖尿病患者的伤口极易感染，极难痊愈，并且密集的有创过程对患者的带来了身体和精神上的负担，依从性差。因此，新型闭环式人工胰岛素泵整合无创血糖监测技术可实时获取患者血糖浓度，并据个体化编程模拟人体胰腺分泌特性，实现无痛血糖浓度采集与给药，既可减轻患者痛苦，又实现科学治疗，实现“人工智能胰岛”的移植，将成为糖尿病治疗领域颠覆性的技术革命。