对于糖尿病患者而言，胰岛素对维持良好健康和正常血糖水平至关重要。然而，它并非理想的解决方案，因为患者可能很难准确判断需要多少胰岛素，才能避免血糖过高或过低。
麻省理工学院（MIT）的工程师希望通过一种新型工程化胰岛素改善糖尿病患者的治疗。在小鼠试验中，研究人员表明，改良后的胰岛素可在血液中循环至少10小时，并能迅速响应血糖水平的变化。这或许可以免去患者反复监测血糖、并在一天中多次注射胰岛素的需要。
“真正的挑战在于，需要时能否获得恰到好处的胰岛素量，因为胰岛素太少会使血糖升高，太多则可能导致血糖危险地降得过低，”麻省理工学院化学工程系Samuel A. Goldblith副教授、麻省理工学院科赫综合癌症研究所及医学工程与科学研究所成员Daniel Anderson说。“目前可用的胰岛素不会根据患者的血糖水平而改变作用。”
Anderson与麻省理工学院David H. Koch Institute教授Robert Langer是介绍这种工程化胰岛素的论文的资深作者。该论文于本周发表于《美国国家科学院院刊》。论文第一作者是Hung-Chieh（Danny）Chou、前博士后Matthew Webber和博士后Benjamin Tang。其他作者包括技术助理Amy Lin和Lavanya Thapa、David Deng、Jonathan Truong及Abel Cortinas。
对葡萄糖有响应的胰岛素
1型糖尿病患者缺乏胰岛素。胰岛素通常由胰腺产生，并通过刺激肌肉和脂肪组织从血液中吸收葡萄糖来调节代谢。胰岛素注射是糖尿病患者治疗的基础，可通过不同方式进行。有些患者使用一种称为长效胰岛素的改良形式，它可在血液中停留长达24小时，以确保需要时体内始终有胰岛素。另一些患者则根据摄入的卡路里数量或血液中的糖含量，计算应注射多少胰岛素。
MIT团队着手研发一种新型胰岛素，它不仅能在体内循环较长时间，而且只会在需要时——也就是血糖水平过高时——被激活。这样可以防止患者血糖降至危险水平过低；这种情况称为低血糖症，可能导致休克甚至死亡。
为制备这种对葡萄糖有响应的胰岛素，研究人员首先添加了一种称为脂肪族结构域的疏水分子，它是从胰岛素分子上伸出的长链脂肪分子。这有助于胰岛素在血液中循环更久，不过研究人员尚不清楚具体原因。一种理论认为，脂肪尾部可能与血液中的蛋白质白蛋白结合，从而将胰岛素暂时束缚起来，阻止其与糖分子结合。
研究人员还连接了一种称为PBA的化学基团，它可以可逆地与葡萄糖结合。当血糖水平较高时，糖会与胰岛素结合并将其激活，使胰岛素能够刺激细胞吸收多余的糖。
研究团队制备了这种工程化分子的四种变体，每种都含有一个经过不同化学修饰的PBA分子，例如加入一个氟原子和一个氮原子。随后，他们将这些变体与普通胰岛素和长效胰岛素一同用于经过基因工程改造、具有胰岛素缺乏症的小鼠进行测试。
为比较每种胰岛素，研究人员在10小时内每隔几小时测量一次小鼠对葡萄糖骤增的血糖反应。他们发现，含有氟修饰PBA的工程化胰岛素效果最好：接受这种胰岛素的小鼠对血糖飙升的反应最快。
Anderson说：“与未改良胰岛素或长效胰岛素相比，改良后的胰岛素能够更恰当地控制血糖。”
凯斯西储大学生物化学与医学教授Michael Weiss表示，这种新分子代表着一项重要的概念性进展，或能帮助科学家实现几十年来的目标，即利用对葡萄糖有响应的胰岛素更好地控制糖尿病。
“如果Anderson/Langer的技术能够将这一构想转化为糖尿病常规治疗手段，那将是糖尿病治疗领域令人惊叹的进步，”未参与这项研究的Weiss说。
新的替代方案
Anderson说，每天使用一次这种胰岛素来替代长效胰岛素，或许能为患者提供更好的选择，减少血糖波动；如果这种波动持续数年乃至数十年，可能会引发健康问题。研究人员目前计划在其他动物模型中测试这种胰岛素，也在尝试调整其化学组成，使其对血糖水平的响应更加灵敏。
Anderson说：“我们仍在思考如何进一步调整它，以提升性能，使其更加安全有效。”
这项研究由Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust、Tayebati Family Foundation、美国国立卫生研究院以及青少年糖尿病研究基金会资助。
本文由 MIT News合作发布。发表本文并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：Anne Trafton为MIT News撰稿。
图片：在洛杉矶Care Harbor LA免费医疗诊所，一名患者接受糖尿病检测。路透社。