几十年来，研究人员一直都在尝试β细胞的功能，这一微小的胰岛素生产细胞在糖尿病患者中不能正常工作。糖尿病患者依赖的胰岛素注射是痛苦的，而且往往是不完美的替代品。而移植的正常β细胞，会带来免疫抑制疗法的排斥或副作用的风险。
现在，美国北卡罗来纳大学教堂山分校和北卡罗来纳州立大学（UNC/NCState）的研究人员，发明了另一种选择：一种合成的补丁贴片，装满天然β细胞，能分泌所需剂量的胰岛素来控制血糖水平，而没有诱导低血糖的风险。
这一概念验证是基于该团队此前的一种创新技术——“智能胰岛素贴片”，去年发表在《PNAS》。这两种补丁都是薄的聚合物正方形，约一个硬币大小，上面覆盖着微小的针头，就像一个微型的钉子床。但是，前一种方法是用胰岛素人工泡沫填充这些针头，儿这种新的“智能细胞补丁”是使活的β细胞与针头结合在一起。
研究人员在1型糖尿病的小动物模型中，对这种无痛补丁进行了检测，发现它能迅速响应飞涨的血糖水平，并每次能显著降低血糖水平长达10小时的时间。这一研究结果发表在材料领域顶级期刊《AdvancedMaterials》。
这项研究的资深作者是UNC/NCState生物医学工程系助理教授顾臻，其带领的研究团队在去年取得了一系列的研究成果。他指出：“这项研究为这个棘手的排斥问题，提供了一种潜在的解决方案，长期以来这个问题一直困扰着糖尿病胰腺细胞移植研究。另外，它还表明，我们可以在身体生理信号和体外这些治疗性细胞之间建立一个桥梁，来控制血糖水平。”
β细胞通常位于胰腺，在那里它们作为人体的天然胰岛素生产工厂。在健康人体内，它们生产、储存和释放胰岛素，以帮助处理餐后积累在血液中的糖。但是在患有糖尿病的人群中，这些细胞要么受损，要么无法产生足够的胰岛素来控制血糖水平。
糖尿病影响全球超过3亿8700万人，到2030年该数字预计将增长至5亿。1型和晚期2型糖尿病患者必须定期监测血糖，并注射不同量的胰岛素，这一过程是痛苦的，而且是不精确的。注射错误数量的胰岛素，可能导致重大并发症，如失明和截肢，甚至更多灾难性的后果，如糖尿病昏迷和死亡。
自20世纪70年代以来，研究人员已经研究了胰岛素生成细胞的移植，作为糖尿病的一种替代疗法。第一个成功移植β细胞的人是在1990年进行的，自那时以来，数百名糖尿病患者已经接受了手术。然而，只有一小部分治疗的患者达到了正常的血糖水平。大多数移植产生了排斥，用于抑制免疫系统的许多药物干扰了β细胞和胰岛素的活性。最近，研究人员一直在用实验方法，将β细胞封装在生物相容性的聚合物细胞中，这种细胞可以植入体内。
顾臻博士决定创建一种设备，让β细胞的血糖缓冲特性远离病人免疫系统达到的地方。本文第一作者、顾臻实验室的研究生YanqiYe，利用在化妆品和诊断中发现的天然材料，构建了“智能细胞片”。她将培养基和几千个已经封装进微囊（是由生物相容性的藻酸盐构成）的β细胞，塞入几千个微针中，每个微针大约是一根睫毛的大小。当应用于皮肤时，这些补丁的微针戳到毛细血管中，从而在内部环境和补丁贴片的外部细胞之间形成了一种连接。
Ye还制备了“葡萄糖信号放大器”，这是合成的纳米囊泡，里面塞满了三种化学品，以确保β细胞能“听到”来自血糖水平上升的信号，并作出相应的反应。
顾臻的研究小组发现，糖尿病小鼠的血糖水平迅速下降到了正常水平。为了评估这种补丁贴片是否能调节血糖，而不会降低太多，研究人员给小鼠又施用了一个补丁贴片。他们希望，重复施用补丁贴片，并没有产生过量剂量的胰岛素，因此没有危险的低血糖。相反，第二个补丁贴片将治疗时间延长到了20个小时。
在这种补丁贴片成为糖尿病患者一种可行的选择之前，还必须进行进一步的修改、预临床试验，并最终开展临床试验。但是现在，研究人员认为，他们的研究结果为一种比现有疗法更安全、而且更少麻烦的替代方法，提供了一种原则证明。
本文共同作者、UNC医学院医学教授、UNC糖尿病护理中心主任JohnBuse博士说：“对糖尿病患者来说，管理糖尿病这种疾病是艰辛的，因为一天24小时、一周七天，除了休息之外，他们都要考虑此事。这些智能胰岛素的方法是令人兴奋的，因为它们有望给患者一些时间，在糖尿病自我照顾的同时可以休息。这不是一种治疗，而是一个迫切需要的假期。”愚愚学园
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