用智能贴片颠覆糖尿病管理模式，这两位亚洲科学家真是帅呆了
2016-04-01 周伦 奇点网
Dae-Hyeong Kim，首尔国立大学的助理教授，由于他将可伸展材料用于医疗设备的杰出贡献，被《麻省理工科技评论》（MIT Technology Review）杂志评选为2013年度全球杰出青年创新人物。 顾臻，美国北卡大学教堂山分校医学院、药学院，北卡州立大学工学院联合生物医学工程系助理教授，由于他发明了“智能胰岛素贴片”，被《麻省理工科技评论》杂志
Dae-Hyeong Kim，首尔国立大学的助理教授，由于他将可伸展材料用于医疗设备的杰出贡献，被《麻省理工科技评论》（MIT Technology Review）杂志评选为2013年度全球杰出青年创新人物。
顾臻，美国北卡大学教堂山分校医学院、药学院，北卡州立大学工学院联合生物医学工程系助理教授，由于他发明了“智能胰岛素贴片”，被《麻省理工科技评论》杂志评选为2015年度全球杰出青年创新人物。
这两个来自东方世界的年轻人，在被评选为“全球杰出青年创新人物”时都是34岁。他们在糖尿病监控领域的领先研究工作备受《自然》等杂志的推崇。如果一切进展顺利，在未来的5到10年里，糖尿病患者的健康管理将会是另外一番景象。
可监测并调节血糖水平的石墨烯腕带
3月21日，《自然·纳米技术》杂志刊登了Dae-Hyeong Kim团队的最新研究，Kim团队发明了一种可监测并调节血糖水平的石墨烯腕带(1)。
这个腕带由两部分组成，其中一部分为血糖浓度监测区，另一个部分为治疗区（控制血糖浓度）。
Hui Won Yun-Seoul National University
石墨烯有新材料之王的美誉，由于它韧性高、光穿透率高、导电性好，近年来在很多领域都受到了高度关注。Kim团队也想将这种新型材料用于医疗领域。但是石墨烯材料天生的惰性，即不具备电化学能力也让很多研究人员苦恼。于是Kim便创造性的将石墨烯与金掺杂在一起，这一小小的改变，使石墨烯变成了可以检测皮肤温度和湿度，汗液pH和葡萄糖浓度的传感器。最终根据皮肤的温度和湿度，汗液的pH值和葡萄糖浓度，综合分析出血糖浓度。并将数据传递给移动设备。
左边为监测区，右边为治疗区（1）
一旦监测区发现血糖浓度超标，位于治疗区的加热器就会激发微型针头，融化药物贮藏体的外膜，微型针头将会刺入浅表皮肤之下，将降血糖药物二甲双胍注入患者体内，实现控制血糖的目的。当然，为了避免注入人体的降血糖药物过多，治疗区针头表面的可融化外膜的融化是分时控制的。言外之意是，分片融化，一旦血糖得到控制，融化随之停止。最终实现智能调控血糖的浓度。
如此智能的血糖管理贴片啥时候才能面市呢？具体时间我也没办法预测。但是如果你知道这款装置是Kim团队和美国马萨诸塞州著名的柔性电子产品公司 MC10联合开发的，那么你对它面市的时间就会有信心多了。
智能胰岛素贴片
相较于Kim团队融合了各种高科技，最终通过汗液监测血糖浓度的腕带，顾臻团队的智能胰岛素贴片则要直接的多。
智能胰岛素贴片被《科学》评为2015年十大最美图片之一
顾臻团队开发的“智能胰岛素贴片”只有指甲盖大小，贴片的一面覆盖着121个微小的针，这些针充满了微小的囊泡。当血糖浓度过高时，这些囊泡会打开，释放胰岛素。
贴片工作原理示意图（2）
2015年7月7日，顾臻团队的研究成果刊登在PNAS上(2)，并很快登上了《自然》和《科学》头条。来势汹汹，大有终结糖尿病注射治疗时代的意味。
顾臻团队的这款智能胰岛素贴片原理很简单，但是设计的很巧妙。他们巧妙的利用了体内的化学反应过程，达到释放胰岛素的目的。他们同样在贴片的微针中放入了降血糖的胰岛素，然而这个胰岛素也是被一种化学物质包裹。当血糖浓度升高时，从血液中进入微针中的葡萄糖会在微针内发生化学反应，导致包裹胰岛素的囊泡破裂，释放胰岛素。当血糖浓度降低时，胰岛素就停止释放。也巧妙的实现了胰岛素释放的可控。
往身上贴时，是这样的
为了获得更加持续的血糖调节能力，顾臻团队又对这一智能胰岛素贴片做了进一步的改进。这一回，他们把贴片里的胰岛素直接换成了能够产生胰岛素的β细胞。
贴片上面绿色为胰岛细胞，下面橘黄色为葡萄糖感应器（3）
胰岛β细胞的移植实际上也是一种治疗糖尿病的手法，但是由于异体移植的排异反应，导致这一方法也不能满足所有人的需求。顾臻团队这种方法，有效的避免了排异反应（因为免疫细胞被隔离起来了）。今年二月份，顾臻团队的这一研究成果刊登在材料领域顶级期刊《Advanced Materials》上(3)。
据悉，目前顾臻团队正在跟有关企业接触，联手开发这种智能贴片。
由于目前全球糖尿病人数众多，而且缺乏非常好的管理治疗手段，因此学术界和工业界对糖尿病管理和治疗方法的研发热情非常高。广大患者对无创检测和无创管理的心理需求也非常高。
目前类似的研究主要停留在临床前的动物实验阶段，在不同体型的动物身上还需要改进优化实验体系。一切顺利的话，大概两三年可以进入临床，5-10年可以实现商业化。因此，无创的糖尿病管理真正的走入生活，还需要大家耐心等待。
参考文献
1.Lee H， Choi TK， Lee YB， Cho HR， Ghaffari R， et al. 2016. A graphene-based electrochemical device with thermoresponsive microneedles for diabetes monitoring and therapy. Nat Nano advance online publication
2.Yu J， Zhang Y， Ye Y， DiSanto R， Sun W， et al. 2015. Microneedle-array patches loaded with hypoxia-sensitive vesicles provide fast glucose-responsive insulin delivery. Proceedings of the National Academy of Sciences 112：8260-5
3.Ye Y， Yu J， Wang C， Nguyen N-Y， Walker GM， et al. 2016. Microneedles Integrated with Pancreatic Cells and Synthetic Glucose-Signal Amplifiers for Smart Insulin Delivery. Advanced Materials：n/a-n/a
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