火视观察|近两年糖尿病领域出现的那些“黑科技”们
科学家们近年来通过不断的研究开发出了许多智能化的设备来干预糖尿病或者改善糖尿病患者的生活质量，本文就为大家介绍了几种近年来出现的糖尿病“黑科技”。
文|行肖
近年来，已经成为全球性严重公共卫生问题的糖尿病也越来越受到广泛关注。据统计，2015年全球的糖尿病患病人数已经达到4.15亿，换句话说每11个人中，就有一人患病，并且每6秒就有一人因糖尿病死亡。而根据目前的趋势，预计到2040年，这一人数将会达到恐怖的6.42亿。目前我国已经成为糖尿病患者最多的国家，总人数竟占到了全球糖尿病总人数的约三分之一，形势非常不容乐观。
除了对药物、治疗方法等的不断探索和研究以外，科学家们近年来也通过不断的研究开发出了许多智能化的设备来干预糖尿病或者改善糖尿病患者的生活质量。
谷歌早在2014年启动的“智能隐形眼镜”项目中就包含了通过泪液检测血糖的智能接触式透镜，但是在众多挑战之下，谷歌的智能隐形眼镜并没有达到人们的预期，更不用说用泪液来检测血糖的技术了，诺华制药公司也在11月21日宣布，他们与谷歌共同开发的智能隐形眼镜进度稳定，但是在今年并不能开始临床测试了。
然而，荷兰的NovioSense公司却在2015年宣布他们利用泪液测血糖的微型、无创、无需充电、实时监测血糖的传感器在小鼠体内试验取得成功，通过了临床前试验。并且在刚过去的2016年10月份，NovioSense宣布完成了第四轮融资，为其泪糖传感器设备的下一阶段人体临床试验提供了资金。
尽管设计思路都是通过泪液来检测血糖，但是NovioSense公司的传感器并没有采用谷歌那样的类似于传统隐形眼镜的“饼状”装置，而是设计成了“小棍状”。
NovioSense公司研发的利用泪液测血糖的设备
该传感器虽然外形奇特，但是由于其特殊的材料和构造，放置于眼睛的结膜下穹时可以根据下眼睑自动调节弯曲度，检测眼睑与泪膜之间的基本泪液，因此既可以保证穿戴的舒适度，又可以提高检测的准确度。并且，该传感器利用了NovioSense公司与德国杜伊斯堡的研究所共同开发的低功耗和高度敏感的ASIC技术，能够取代传统血糖仪，同时与智能手机连接，连续检测血糖数据。
NovioSense的泪糖传感器虽然领先了谷歌一步，在设备的大小、穿戴舒适度等方面都取得了不少的提升，但是仍然有一个最关键的问题需要解决，即泪糖与血糖间的准确转化。据悉，该项目的临床试验数据将在明年公布，设备的上市也不会很遥远，NovioSense的这款另类传感器值得我们期待。
糖尿病足是一种严重的糖尿病神经病变，也是糖尿病患者致残致死的最大原因，其症状为脚部结构变形、承压过大和较差的血液供应导致的足部溃疡甚至坏死。然而，溃疡往往只有在产生之后才能被检测到，且常常造成截肢，因此大大增加了医疗成本和患者的负担。
为了解决这样的问题，以色列耶路撒冷希伯来大学及其附属的哈达莎医学中心的BioDesign团队于今年1月份开发出了一种被称作SenseGO的可机洗的袜子，它通过与智能手机的配合，可以预测并告知患者足溃疡发生的风险。
SenseGO和智能手机配合降低糖尿病产生的足溃疡
SenseGO含有数十个微加工的压力传感器，可以记录由于姿势不正确、结构变形或不合脚的鞋子导致的脚部承压变化而产生的电信号，然后传递给智能手机上相应的APP，从而使患者了解足部溃疡的风险。
这是一项非常有现实意义的研究，将可能影响到全球达到1.3亿的受到糖尿病足困扰的患者，大大减少患者的截肢风险和医疗成本。
通过定期采血来检测血糖和反复注射胰岛素来降低血糖，是目前为止糖尿病患者最常规也是最有效的治疗方式，但是也带来了很大的痛苦，然而，两位亚洲科学家的研究成果可能颠覆这种传统的模式。
今年3月，首尔国立大学的Dae-Hyeong Kim团队发表在《自然·纳米技术》杂志上的文章展示了他们的发明，一种可监控并调节血糖水平的石墨烯腕带。
该腕带由监测区和治疗区组成，监测区的传感器使用了石墨烯与金的组合材料，可以通过皮肤温度和湿度、汗液pH和葡萄糖浓度来分析血糖浓度，然后激发治疗区的微型针头，将一定量的降糖药物注入体内来达到控制血糖的作用。由于整体装置的特殊设计，可以使这款腕带具有类似于闭环装置的调节血糖功能，不至于导致药物的过量注射，从而保持血糖的稳定。
而相比于石墨烯腕带，美国北卡大学教堂山分校医学院、药学院的顾臻团队所研发的智能胰岛素贴片则是更直接地用体内的化学反应来感应血糖变化并且直接用胰岛素来降血糖。
早在2015年7月，该团队就已经在PNAS杂志上发表文章展示了这一成果，他们的智能胰岛素贴片只有硬币大小，上面有121个微小的针头，血糖水平升高时，化学反应会使针头上的囊泡破裂释放胰岛素，反之，胰岛素会停止释放，实现了可控。
在此基础上，该团队进一步改进了他们的胰岛素贴片，直接将贴片中的胰岛素换成了可以产生胰岛素的胰岛β细胞，提高了贴片持续调控血糖的能力。这一方法既避免了因移植带来的免疫排斥反应，又最大限度地接近正常生理情况，减轻了患者的痛楚。该成果后来于今年2月刊登在材料领域顶级期刊《Advanced Materials》上。
到目前为止，手动注射胰岛素依然是大部分1型糖尿病患者的治疗方式，这不仅给患者带来长期的痛楚，而且因为无法实时根据血糖来调整剂量，容易出现低血糖，并且长期的注射也可能导致注射部位的肌肉萎缩，不但影响药效，也给患者身体带来不良影响。
因此，多年来科学家们一直致力于闭环式人工胰腺设备的研发，来模拟人体自身的生理状况，以求达到最好的治疗效果和最小的痛苦。所谓人工胰腺，就是可以持续监测患者的血糖水平，并利用胰岛素泵装置实时调节血糖水平，最大程度模拟正常胰腺功能的设备。
2016年9月，FDA批准了来自美敦力的MiniMed670G组合闭环系统，这是首个一类“人工胰腺”设备，也是第一款能够同时自动监测血糖并按合适剂量自动给药合适剂量的装置，主要适用于14岁以上的1型糖尿病患者。
美敦力的第一款人工胰腺MiniMed 670G
这款看起来像智能手机的人工胰腺设备利用无线链接胰岛素泵和血糖监控传感器，可以自动监控和管理胰岛素的输注。传感器的监测频率达到了每五分钟一次，并且根据血糖水平计算和注入相应剂量的胰岛素以稳定血糖水平，大大减小了患者的负担和不良反应发生的概率。
但是这款设备同样有着不足之处，即饭前的糖尿病水平仍然需要患者自己控制，而且也不可避免地具有传统胰岛素泵共有的缺点，就是针管埋在皮下，影响患者的日常活动，处理不当也可能引起感染，而且设备一般价格昂贵，不易被一般家庭接受。因此，人工胰腺设备的未来发展还有很长的路要走。
总结
糖尿病目前依然是无法根治的疾病，需要进行长期的控制和治疗，因此最大程度地减少血糖监测和胰岛素注射过程的痛苦是所有病人和医生的梦想。在精准医疗快速推进的今天，人类也即将进入人工智能时代，这也给糖尿病领域诸多智能设备的开发带来了诸多可能，相信不久的未来，糖尿病慢病管理将不再成为一个难题。
参考资料：
http://www.fiercebiotech.com/medical-devices/noviosense-closes-another-financing-round-for-its-tear-glucose-sensor-device
http://noviosense.com/test-page-4/
http://medicalxpress.com/news/2016-01-smartphones-intelligent-socks-diabetic-amputations.html
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
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
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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