2013年4月的一個(gè)早晨，一位名叫Jane的女人在英國劍橋阿登布魯克醫院辦理了出院手續。在過(guò)去的24小時(shí)里，她的身體通過(guò)一些管子與醫療設備相連并進(jìn)行治療。出院后，她將這些設備帶回家，希望因此擺脫困擾她30年的1型糖尿病。

　　小盒子

　　這些設備包括一個(gè)胰島素泵、一臺血糖傳感器和一個(gè)平裝書(shū)大小的計算機，從而組成了人工胰腺的原型。它們對糖尿病患者所缺乏的胰腺功能進(jìn)行復制:在血糖水平上升時(shí)可以產(chǎn)生胰島素。目前，歐洲、美國和其他地區的團隊正在小群體患者中測試該系統，希望可以看到該技術(shù)能夠有效安全地工作。如果可以的話(huà)，它會(huì )改善糖尿病患者的健康，并允許其擁有正常的生活。Jane表示，之前她的糖尿病控制都是通過(guò)在生活的大多數時(shí)間里進(jìn)行血液檢查和注射完成的，能擁有一個(gè)人工胰腺“是不可思議的”.

　　在20世紀20年代初期胰島素被發(fā)現之前，1型糖尿病患者會(huì )逐漸陷入昏迷，并在幾個(gè)月或幾年后死亡。如今，至少在發(fā)達國家，糖尿病患者還可以過(guò)著(zhù)一種相對正常的生活，不過(guò)必須進(jìn)行永無(wú)止境的血糖測試（通過(guò)指尖采血和電子儀表實(shí)現），注射胰島素，并小心測量食物中所含的碳水化合物。

　　全球研究人員正在研發(fā)1型糖尿病的生物療法但進(jìn)展緩慢。在過(guò)去的10年里，很多研究人員和醫生開(kāi)始致力于技術(shù)方法（即人工胰腺）。由制藥公司和醫療器械制造商所帶來(lái)的在糖尿病治療上的巨大進(jìn)步（即新型胰島素、胰島素泵和血糖傳感器）使研究人員的工作變得更容易。

　　第一個(gè)可被病人帶回家并自己管理疾病的胰島素泵出現于20世紀80年代。如今的模型可以通過(guò)細管使胰島素進(jìn)入體內，通常會(huì )在病人胃部位置將針或管插到皮下組織幾毫米處。胰島素泵會(huì )像胰腺一樣，日以繼夜地注入小劑量的胰島素。病人可以根據進(jìn)食量設定需要泵入的胰島素量。胰島素泵可以提供比胰島素注射更好的血糖水平控制能力，不過(guò)高成本限制了其流行程度。

　　胰島素泵并不能消除檢測血糖的指尖采血方式，但連續葡萄糖監測器（CGMs）卻可以。監測器誕生于20世紀90年代末，可以提供更好的血糖水平實(shí)時(shí)數據，但是同樣地，其高成本拒人于千里之外。

　　第一步

　　全球糖尿病研究基金會(huì )JDRF中負責治療療法的副主席AaronKowalski表示，“便攜可靠的CGM的缺失”使投資者開(kāi)始重視人工胰腺的想法。2006年，JDRF在美國和歐洲的研究中心與公司中建立了一個(gè)人工胰腺項目。

　　這是醫療器械行業(yè)邁出的第一步。2009年，設備制造商美敦力公司發(fā)布了一種最基本的人工胰腺系統：可以接受來(lái)自CGM發(fā)射機信號的胰島素泵。該混合設備并不能將血糖控制在一個(gè)狹窄范圍內，但是可以避免突發(fā)事件。這一系統相對較快地被批準用于歐洲；美國食品藥品監督管理局（FDA）對醫療設備的使用更為謹慎，在2013年9月才予以批準。

　　美敦力公司的系統可以阻止疾病惡化，但并不能在最初阻止病情暴發(fā)。為此，人們需要一種智能算法來(lái)分析用戶(hù)的血糖情況。世界各地的團隊對這種算法進(jìn)行了多年的研究工作。

　　研究人員通過(guò)讓受試者短期住院以測試其包含特定算法的系統。2013年，一些團隊讓Jane這樣的受試者離開(kāi)醫院回家幾天，或者在酒店里對其進(jìn)行測試。所有的試驗結果還沒(méi)有完全公布出來(lái)，不過(guò)Kowalski稱(chēng):“已公布的結果令人驚嘆，顯示出高血糖的戲劇性下降，及其在社會(huì )方面的積極影響”.例如患者不再過(guò)于擔心，且有機會(huì )回到“正常的”生活。

　　不過(guò)，問(wèn)題隨之而來(lái)。使用人工胰腺時(shí)，CGM需要時(shí)間才能探測到使用者的進(jìn)食：碳水化合物進(jìn)入血液需要半小時(shí)或者更多，到達可以被探測到的空隙流體則再需要15分鐘，而信號處理還需要6到15分鐘。相關(guān)算法需要根據CGM提供的早期消化過(guò)程較少的信息來(lái)測量一頓飯的量，這比較困難。因此，該設備很容易地在進(jìn)食幾小時(shí)后提供過(guò)多的胰島素。

　　為了解決這個(gè)問(wèn)題，一些研究人員要求使用者在進(jìn)食時(shí)提醒系統。另外Mannkind制藥公司開(kāi)發(fā)了一種被稱(chēng)為AFREZZA的速效可吸入的胰島素。不過(guò)，在2011年，FDA拒絕批準AFREZZA,因為該機構認為需要更多信息。Mannkind在2013年10月重新提交了產(chǎn)品批準申請，并希望在2014年4月獲得批準。

　　這些方法有助于緩解飯后的血糖高峰和后來(lái)的低谷。然而，許多研究人員想要提供一個(gè)完全的免手持系統。加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校化學(xué)工程師FrankDoyle說(shuō)：“我們需要更快的胰島素和更快的CGM.”

　　也許最快的方法是將胰島素直接注射到離肝臟和胰腺較近的腹腔，這樣它可以直接起作用。Doyle說(shuō)：“這將大大加快全自動(dòng)系統的作用速度。”羅氏制藥公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)永久性的注射器，被稱(chēng)為DiaPort,不過(guò)由于永久插入設備的復雜性，只有極少數糖尿病患者正在使用它。

　　另外一些研究人員正在研發(fā)更快更可靠的CGM.當前的系統不僅反應遲鈍，還會(huì )犯錯誤。“出現異常值是主要的問(wèn)題。”Kowalski說(shuō)，他認為開(kāi)發(fā)商將不得不利用像冗余傳感器和失效分析等關(guān)鍵系統工程的技術(shù)來(lái)發(fā)現錯誤讀數。

　　將目前用于檢測葡萄糖的電化學(xué)信號替換掉也能產(chǎn)生更好的CGM.一些制造商正在開(kāi)發(fā)的傳感器可以使光穿過(guò)皮膚，從而尋找葡萄糖吸收的波長(cháng)。JDRF現在還在與一些公司合作，開(kāi)發(fā)一種傳感器，同時(shí)利用電化學(xué)和光學(xué)技術(shù)以確保萬(wàn)無(wú)一失。

　　另一種安全機制使用泵來(lái)單獨分發(fā)胰島素和反胰島素激素--胰高血糖素.當血糖讀數過(guò)低時(shí)，胰高血糖素會(huì )很快使其提高。2013年，波士頓大學(xué)的一個(gè)團隊使用兩個(gè)泵來(lái)測試該想法，Kowalski說(shuō)，這是“令人印象非常深刻的成果”.

　　JDRF正在與設備制造商串聯(lián)糖尿病護理公司合作研發(fā)雙激素泵。目前，胰高血糖素并不是長(cháng)期穩定的解決方案，制藥公司正在研制一種新配方的持久激素。

　　研發(fā)人員是否會(huì )得到一個(gè)完全自動(dòng)化的系統還有待觀(guān)察。但Kowalski說(shuō)：“我們不要讓完美成為優(yōu)秀的敵人。”耶魯大學(xué)醫學(xué)院的StuartWeinzimer表示同意：“我們并不需要達到完美。系統是否最好并不重要，只需要將它們放入市場(chǎng)，然后讓臨床醫生來(lái)決定。”Jane稱(chēng)，對于那些將從人工胰腺受益的人來(lái)說(shuō)，最重要的是設備的效用。這樣看來(lái)，雖然這些設備有泵和管道，“但使用它讓人感覺(jué)像是沒(méi)有患糖尿病一樣”.