5月7日，發(fā)表在AdvancedMaterials雜志上的一項題為“RedBloodCellsforGlucose-ResponsiveInsulinDelivery”的研究中，來自美國北卡州立大學(xué)及北卡大學(xué)教堂山分校的研究人員開發(fā)了一種新技術(shù)：利用修改版的胰島素和紅細(xì)胞創(chuàng)建了一個葡萄糖響應(yīng)的智能胰島素遞送系統(tǒng)（glucose-responsive“smart”insulindeliverysystem）。

　　動物模型研究表明，這一新技術(shù)能在1型糖尿病小鼠中有效降低血糖水平長達(dá)48小時。“80后”華人科學(xué)家顧臻教授是這一研究的通訊作者。

　　具體來說，研究人員通過用化學(xué)方法將胰島素綁定到一種稱為葡萄糖胺（glucosamine）的葡萄糖衍生物上。然后，葡萄糖胺能夠綁定到紅細(xì)胞表面的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白上，有效地將胰島素連接到血細(xì)胞上。這一設(shè)計最終的結(jié)果是，產(chǎn)生了一個布滿胰島素分子的紅細(xì)胞。

　　科學(xué)家們希望，這些裝載了胰島素的血細(xì)胞能夠被注射到糖尿病患者中，發(fā)揮治療作用。在當(dāng)前的這一研究中，研究小組在1型糖尿病小鼠中初步證實了這一想法的可行性。

　　一旦進(jìn)入血液中，攜帶胰島素的血細(xì)胞會與它們的環(huán)境相互作用。如果血糖水平很高，葡萄糖分子會有效取代血細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白上的葡萄糖胺。當(dāng)葡萄糖胺從血細(xì)胞中釋放出來，胰島素也會隨之釋放。然后，胰島素能夠與肝臟、肌肉和脂肪組織中與胰島素受體結(jié)合，從而觸發(fā)降低血液中葡萄糖水平的反應(yīng)。

　　顧臻教授說：“簡言之，這是一個完全不會引起排斥的智能系統(tǒng)。系統(tǒng)在需要時發(fā)生響應(yīng)，使血液中葡萄糖水平正?；?rdquo;

　　在這一研究中，科學(xué)家們將接受這一“智能系統(tǒng)”的治療小鼠與其它三組小鼠進(jìn)行了比較：1）接受鹽溶液（salinesolution）處理的小鼠；2）只接受修改版胰島素處理的小鼠；3）接受未修改版胰島素與紅細(xì)胞混合物處理的小鼠。

　　結(jié)果發(fā)現(xiàn)，接受“修改版胰島素-紅細(xì)胞智能系統(tǒng)”處理的1型糖尿病小鼠能夠在超過2天內(nèi)顯著降低血糖水平。其它組小鼠的“最佳表現(xiàn)”是，血糖水平最初有所下降，但會在12小時內(nèi)恢復(fù)到高血糖水平。

　　研究人員還在一組健康小鼠中測試了每一種藥物組合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與其它藥物組合相比，“修改版胰島素-紅細(xì)胞智能系統(tǒng)”降低了低血糖風(fēng)險。顧臻教授透露，研究小組正在探索利用無痛微針（microneedles）來遞送這一系統(tǒng)，而不是依賴于這一研究中所使用的傳統(tǒng)注射。

　　智能胰島素貼片

　　據(jù)了解，顧臻教授長期致力于智能遞藥體系的創(chuàng)新研發(fā)，曾入選MITTechnologyReview雜志評選出的2015年度全球杰出青年創(chuàng)新人物（35InnovatorsUnder35）。研究小組開發(fā)出的“智能胰島素貼片”曾入選《科學(xué)》雜志“2015年十大圖片”（Top10imagesof2015）。

　　研究成果于2015年發(fā)表在PNAS雜志上。關(guān)于“智能胰島素貼片”的原理、創(chuàng)新性、臨床轉(zhuǎn)化等問題，顧臻教授曾在接受生物探索采訪時進(jìn)行了詳細(xì)的解答。詳見：專訪北卡大學(xué)顧臻教授：“智能胰島素貼片”或?qū)⒔K結(jié)糖尿病治療注射時代

　　近年來，顧臻教授研究組取得了一系列糖尿病治療研究成果。他曾從120多名全美頂級研究者中脫穎而出，獲得了由美國糖尿病學(xué)會頒發(fā)的2015年度“PathwayAward"大獎，成為了全美榮獲該獎項的6位杰出研究者之一，并獲得了162.5萬美元的科研獎金。去年，顧臻教授榮獲了2016年斯隆研究獎（SloanResearchFellowships）。

　　同年，基于上述“智能胰島素貼片”技術(shù)，研究小組又開發(fā)出了“智能β細(xì)胞貼片”。

　　除了糖尿病，研究組還將“貼片”的概念應(yīng)用到了癌癥治療上。

　　研究中，科學(xué)家們首先將PD-1抗體與葡萄糖氧化酶一起裝入納米顆粒中，再將納米顆粒裝到微針中，最后將這些微針排列在貼片表面。使用時，血液會進(jìn)入微針，血液中的葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下產(chǎn)生酸，慢慢分解納米顆粒。隨著納米顆粒逐漸被降解，PD-1抗體即可被釋放到腫瘤中。

　　研究人員在黑色素瘤小鼠模型中測試了該技術(shù)，比較了微針貼片注射、將PD-1抗體直接注射到血液中以及將包含PD-1抗體的納米顆粒直接注射到腫瘤處三種方法的差異。40天后，40%經(jīng)微針貼片注射的小鼠存活下來，且沒有檢測到殘余的黑色素瘤；而對照組小鼠存活率為零。

　　此外，研究人員還檢測了一種雞尾酒療法，即將納米顆粒中同時填充了PD-1抗體和另一種免疫療法藥物CTLA-4抗體。采用微針貼片治療40天后，70%的小鼠存活下來，且沒有檢測到殘留的黑色素瘤。