人工胰腺可以防止糖尿病患者在睡眠時產生低血糖癥狀。

2013年4月的一個早晨，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。在過去的24小時里，她的身體通過一些管子與醫療設備相連并進行治療。出院后，她將這些設備帶回家，希望因此擺脫困擾她30年的I型糖尿病。

小盒子

這些設備包括一個胰島素泵、一臺血糖傳感器和一個平裝書大小的計算機，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行復制：在血糖水平上升時可以產生胰島素。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能夠有效安全地工作。如果可以的話，它會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在生活的大多數時間里進行血液檢查和注射完成的，能擁有一個人工胰腺“是不可思議的”。

在20世紀20年代初期胰島素被發現之前，I型糖尿病患者會逐漸陷入昏迷，并在幾個月或幾年后死亡。如今，至少在發達國家，糖尿病患者還可以過著一種相對正常的生活，不過必須進行永無止境的血糖測試(通過指尖采血和電子儀表實現)，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I型糖尿病的生物療法，但進展緩慢。在過去的10年里，很多研究人員和醫生開始致力于技術方法(即人工胰腺)。由制藥公司和醫療器械制造商所帶來的在糖尿病治療上的巨大進步(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細管使胰島素進入體內，通常會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時數據，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JDRF中負責治療療法的副主席Aaron Kowalski表示，“便攜可靠的CGM的缺失”使投資者開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人工胰腺項目。

這是醫療器械行業邁出的第一步。2009年，設備制造商美敦力公司發布了一種最基本的人工胰腺系統：可以接受來自CGM發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狹窄范圍內，但是可以避免突發事件。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。為此，人們需要一種智能算法來分析用戶的血糖情況。世界各地的團隊對這種算法進行了多年的研究工作。

研究人員通過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這樣的受試者離開醫院回家幾天，或者在酒店里對其進行測試。所有的試驗結果還沒有完全公布出來，不過Kowalski稱：“已公布的結果令人驚嘆，顯示出高血糖的戲劇性下降，及其在社會方面的積極影響”。例如患者不再過于擔心，且有機會回到“正常的”生活。

不過，問題隨之而來。使用人工胰腺時，CGM需要時間才能探測到使用者的進食：碳水化合物進入血液需要半小時或者更多，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。相關算法需要根據CGM提供的早期消化過程較少的信息來測量一頓飯的量，這比較困難。因此，該設備很容易地在進食幾小時后提供過多的胰島素。

為了解決這個問題，一些研究人員要求使用者在進食時提醒系統。另外，Mannkind制藥公司開發了一種被稱為AFREZZA的速效可吸入的胰島素。不過，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的低谷。然而，許多研究人員想要提供一個完全的免手持系統。加州大學圣塔芭芭拉分?；瘜W工程師Frank Doyle說：“我們需要更快的胰島素和更快的CGM。”

新希望

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：“這將大大加快全自動系統的作用速度。”羅氏制藥公司已經開發了一個永久性的注射器，被稱為DiaPort，不過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更快更可靠的CGM。當前的系統不僅反應遲鈍，還會犯錯誤。“出現異常值是主要的問題。”Kowalski說，他認為開發商將不得不利用像冗余傳感器和失效分析等關鍵系統工程的技術來發現錯誤讀數。

將目前用于檢測葡萄糖的電化學信號替換掉也能產生更好的CGM。一些制造商正在開發的傳感器可以使光穿過皮膚，從而尋找葡萄糖吸收的波長。JDRF現在還在與一些公司合作，開發一種傳感器，同時利用電化學和光學技術以確保萬無一失。

另一種安全機制使用泵來單獨分發胰島素和反胰島素激素——胰高血糖素。當血糖讀數過低時，胰高血糖素會很快使其提高。2013年，波士頓大學的一個團隊使用兩個泵來測試該想法，Kowalski說，這是“令人印象非常深刻的成果”。

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

研發人員是否會得到一個完全自動化的系統還有待觀察。但Kowalski說：“我們不要讓完美成為優秀的敵人。”耶魯大學醫學院的Stuart Weinzimer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，然后讓臨床醫生來決定。”Jane稱，對于那些將從人工胰腺受益的人來說，最重要的是設備的效用。這樣看來，雖然這些設備有泵和管道，“但使用它讓人感覺像是沒有患糖尿病一樣”。