2001年《時(shí)代周刊》曾將人工心臟評為年度最佳發(fā)明，時(shí)隔15年，人工胰腺進(jìn)入年度最佳發(fā)明榜單，人工胰腺可能成為糖尿病患者的大救星。
胰腺、胰島素、糖尿病
胰腺“隱居”在腹膜后，其知名度遠不如胃、十二指腸、肝、膽，但是它如果不好好干活，會(huì )引發(fā)多種嚴重疾病，其中最常見(jiàn)的就是糖尿病。
糖尿病分為1型和2型，其中1型糖尿病患者通常存在免疫系統異常；而2型糖尿病更多受制于環(huán)境因素，通俗來(lái)講，越來(lái)越多的高血糖起因是人們不良的生活習慣以及肥胖。
根據德勤的一份報告，到2020年，在中國人群中，糖尿病或許成為最為常見(jiàn)的慢性病，全球糖尿病患者將達到3.82億，而每四個(gè)人中有一個(gè)是中國人?？偦疾∪藬祵⒈鹊聡推咸蜒廊巳嚎倲抵瓦€要多。
從上世紀開(kāi)始，人類(lèi)就開(kāi)始了與糖尿病斗爭的慢慢長(cháng)路。從前患上了1型糖尿病基本上相當于宣判了緩刑，在幾個(gè)月到幾年的時(shí)間里，這部分人會(huì )在痛苦中掙扎直到死去。
在上世紀20年代，兩個(gè)偉大的加拿大年輕人發(fā)現了外源性胰島素，這使得1型糖尿病患者能夠過(guò)上相對正常的生活甚至獲得足夠長(cháng)的壽命，但是胰島素需要采用皮下注射方法，糖尿病患者每天在自己身上扎針（真是想想都下不去手?。?/p>
每天注射三到四次，還要頻繁監測血糖，計算每天熱量攝入，精打細算協(xié)調每一口營(yíng)養（聽(tīng)起來(lái)跟減肥差不多是么？實(shí)際上可是要痛苦多了），這讓糖尿病人很難享受生活的樂(lè )趣。
人工胰腺的前世今生
在上世紀70年代，提出了人工胰腺系統的概念——采用電子機械的方法來(lái)替代胰腺內分泌的功能。
對于糖尿病患者，尤其是沒(méi)有太多時(shí)間和精力來(lái)關(guān)注自身血糖水平的年輕患者來(lái)說(shuō)，毫無(wú)疑問(wèn)這正是夢(mèng)寐以求的。但概念的提出并沒(méi)有迅速取得技術(shù)上的突破，直到“雙C系統”的誕生。
“雙C系統”是指由持續血糖監測儀（Continuous glucose monitors system, CGMS）、持續皮下胰島素輸注系統（Continuous Subcutaneous Insulin Infusion, CSII）構成的系統。
1.持續皮下胰島素輸注
持續皮下胰島素輸注系統，也就是常說(shuō)的“胰島素泵”，誕生于80年代，有了胰島素泵，糖尿病患者再也不用每天給自己扎好幾針了。
美國專(zhuān)利申請US2009/0177147A1披露一種胰島素泵，包括輸液管、泵以及經(jīng)由魯爾接口連接的針頭，這也是胰島素泵的常規組成，針頭通常被埋入皮下組織幾毫米處，按照人體需要的劑量將胰島素持續地推注到使用者的皮下，保持全天血糖穩定。
胰島素泵一次刺入，長(cháng)久使用，這顯然比每天扎幾針人性化多了，但事實(shí)上，單獨使用胰島素泵還不能解決過(guò)量注射等問(wèn)題。
2.持續血糖監測儀
到上世紀90年代末，出現了持續血糖監測儀，顧名思義，它能夠連續不斷地監測血糖水平。
這種小盒子一樣的監測器，通過(guò)傳感器以體內或體外感測的方式獲得血糖數據，再通過(guò)藍牙、wifi向外輸出。專(zhuān)利文件US2014/0118138A1披露了相關(guān)技術(shù)。
3.人工胰腺系統
通過(guò)上面CGMS和CSII組成的雙C系統，我們既能知道血糖高不高，又能持續給患者注射胰島素，還差什么？
就差一個(gè)控制環(huán)節，血糖高得多的時(shí)候多注射，血糖高得少的時(shí)候少注射，不高的時(shí)候不注射。特別是夜里，沒(méi)有人監控血糖水平的時(shí)候，有了控制環(huán)節就能自動(dòng)調節胰島素的注射速率，這就跟人體內胰腺的功能非常相似了！
所以說(shuō)，人工胰腺系統的主要部分除了上面的“雙C系統”外，還包括一個(gè)控制系統。行業(yè)龍頭美敦力在專(zhuān)利文件CN10543395A中記載了這樣的系統。
2016年，美敦力公司的MiniMed 670G通過(guò)FDA批準，將于于今年正式進(jìn)入市場(chǎng)。
美敦力公司在專(zhuān)利文獻CN106133731A中披露了MiniMed670G的技術(shù)內容，設備包括圖中能夠固定在患者腰間的持續皮下胰島素輸注設備，另一個(gè)固定在腰部皮膚上或皮膚下的是持續血糖監測儀。
看起來(lái)和剛才提到的雙C系統沒(méi)什么區別？如果看到這，你還是這么覺(jué)得，那人工胰腺的的研發(fā)人員真的要哭暈在實(shí)驗室，小編也要哭暈在辦公桌上了。
兩者之間的聯(lián)系靠著(zhù)重要的胰島素輸送算法，通過(guò)計算能夠接收CGMS回報的血糖監測數據，計算并實(shí)時(shí)自動(dòng)調節胰島素輸注速率，進(jìn)而保證系統能夠更為準確地替代胰腺內分泌的功能，這是質(zhì)的飛躍！
人工胰腺系統大大優(yōu)于傳統的胰島素皮下注射和胰島素泵，不僅能更好地控制血糖水平，也能更好地控制低血糖和腎臟病變等急慢性并發(fā)癥的發(fā)生，尤其是在減少低血糖事件發(fā)生上。
存在的問(wèn)題
畢竟是人工的東西，目前還無(wú)法做到真正胰腺一樣的盡善盡美：
a）系統不能提前預知何時(shí)進(jìn)餐，皮下胰島素吸收延遲，使進(jìn)餐早期的血糖高峰得不到有效控制，如果輔以手動(dòng)調節，可能導致輸注過(guò)量后的餐后晚期低血糖。
b）人工胰腺須持續輸注，注射針頭長(cháng)期插于皮下，可能發(fā)生局部感染、紅腫和硬塊，給患者帶來(lái)不適，也影響胰島素輸注和皮下吸收。
c）設備故障，例如電池耗盡、元器件老化、儲藥器內氣泡未排盡、管路漏液、藥液沉淀堵塞等，都會(huì )影響治療。
d）價(jià)格高昂，人工胰腺裝置價(jià)格都在數萬(wàn)元以上，加之佩戴期間所用胰島素費用，可定會(huì )導致了真正能持續使用的患者并不多。
優(yōu)化方向
（1）如何避免低血糖現象、增加安全控制約束，是血糖控制算法從目前仿真研究走向實(shí)際應用亟需解決的問(wèn)題。
（2）如何在進(jìn)餐時(shí)也實(shí)現良好血糖控制，是提高患者生活質(zhì)量，達到良好血糖控制效果的關(guān)鍵。
（3）如何提高控制算法的運算速度，減少算法的復雜程度，控制程序易于實(shí)現硬件固化并能夠隨時(shí)進(jìn)行升級也是未來(lái)需要關(guān)注的問(wèn)題。
拋磚引玉
首次眾籌就獲得100美金的初創(chuàng )企業(yè)Beta Bionics，計劃在2017年3月啟動(dòng)一項更大規模的the iLet試驗。其未來(lái)模式是將同時(shí)配送胰島素和胰高血糖素（胰高血糖素是當葡萄糖水平過(guò)低時(shí)，比如兩餐之間，人體所需要的另一種激素）。
人工胰腺發(fā)明本身值得肯定，但在產(chǎn)品適用性、控制精確度、性?xún)r(jià)比上還有發(fā)展空間，如此龐大的國內市場(chǎng)，國內企業(yè)和科研機構還可以有更多作為，人工胰腺也必將成為糖尿病患者的福音。
本文作者：審協(xié)北京中心光電部 馬楠
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