顧臻教授團隊：把紅細胞改造成胰島素智能快遞員

近日，來自北卡羅萊納大學教堂山分校（UniversityofNorthCarolinaatChapelHill）與北卡羅萊納州立大學（NorthCarolinaStateUniversity）的顧臻教授與JohnBuse教授的團隊開發(fā)了一種新技術(shù)，能讓紅細胞擔任胰島素的智能快遞員，并根據(jù)血糖濃度，自動控制1型糖尿病小鼠的血糖水平。這一成果在線刊登在了最新一期的材料科學頂尖學術(shù)刊物《AdvancedMaterials》上。

顧臻教授曾師從著名化學工程學家、生物醫(yī)藥創(chuàng)業(yè)領袖RobertLanger教授，他們曾一道發(fā)明了一種包含胰島素的可皮下注射用微納顆粒。這種顆粒的尺寸只有一粒沙的千分之一，卻能有效調(diào)控糖尿病小鼠的血糖。在北卡羅萊納，他的團隊致力于研究藥物的“智能遞送方式”，并取得了多項具有轉(zhuǎn)化潛力的成果。2015年，顧臻教授與團隊開發(fā)出了一種“智能胰島素貼片”，它含有一系列裝有胰島素與葡萄糖氧化酶的囊泡。當血糖升高時，葡萄糖就會滲入這些小泡，并被葡萄糖氧化酶所氧化，產(chǎn)生缺氧或富含雙氧水的環(huán)境。這會促進小泡破裂，并快速釋放出其中的胰島素，起到“自動降血糖”的作用。

在小鼠試驗中，這款貼片取得了成功——貼上皮膚后僅半小時，便能有效降低血糖長達9個小時。這一款“智能微針”曾入選《科學》雜志年度十佳科學圖片。顧臻教授也被《麻省理工科技評論》評選為當年35名35歲以下的創(chuàng)新者。目前他的團隊正在積極地開展臨床前大動物實驗，目標早日進入臨床實驗。

在轉(zhuǎn)化研究的同時，顧臻教授的團隊沒有停下創(chuàng)新的腳步。在近期在線發(fā)表的研究中，他們開發(fā)出了一種基于紅細胞的胰島素遞送系統(tǒng)。在這套系統(tǒng)中，研究人員將胰島素用化學方法連接到一種叫做氨基葡萄糖（glucosamine）的葡萄糖衍生物中。由于與葡萄糖結(jié)構(gòu)接近，氨基葡萄糖也能被紅細胞表面的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（glucosetransporter）所識別。因此，通過識別氨基葡萄糖，紅細胞順便也把胰島素“背”在了身上。

按研究人員的設想，如果糖尿病患者體內(nèi)的血糖濃度上升，葡萄糖就會與氨基葡萄糖競爭紅細胞表面的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的通道，擠掉氨基葡萄糖。脫離下的氨基葡萄糖則帶著胰島素一起進入血液。這些游離的胰島素能結(jié)合相應的胰島素受體，起到降血糖的作用。

在轉(zhuǎn)化研究的同時，顧臻教授的團隊沒有停下創(chuàng)新的腳步。在近期在線發(fā)表的研究中，他們開發(fā)出了一種基于紅細胞的胰島素遞送系統(tǒng)。在這套系統(tǒng)中，研究人員將胰島素用化學方法連接到一種叫做氨基葡萄糖（glucosamine）的葡萄糖衍生物中。由于與葡萄糖結(jié)構(gòu)接近，氨基葡萄糖也能被紅細胞表面的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白（glucosetransporter）所識別。因此，通過識別氨基葡萄糖，紅細胞順便也把胰島素“背”在了身上。

按研究人員的設想，如果糖尿病患者體內(nèi)的血糖濃度上升，葡萄糖就會與氨基葡萄糖競爭紅細胞表面的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的通道，擠掉氨基葡萄糖。脫離下的氨基葡萄糖則帶著胰島素一起進入血液。這些游離的胰島素能結(jié)合相應的胰島素受體，起到降血糖的作用。

“簡單來說，這是一種生物相容的‘智能系統(tǒng)’，給予紅細胞一個新角色：在需要時，能夠自動將血糖濃度調(diào)整?！蔽恼碌耐ㄓ嵶髡哳櫿榻淌谡f。

在小鼠實驗中，研究人員的設想得到了驗證。將裝載了胰島素－氨基葡萄糖的紅細胞注射入患有1型糖尿病的小鼠后，研究人員發(fā)現(xiàn)，這些小鼠的血糖能被有效降低達兩天之久，同時沒有低血糖癥狀的發(fā)生。與之相比，僅注射胰島素－氨基葡萄糖的小鼠，或是注射了標準胰島素與紅細胞的小鼠，血糖會在12小時內(nèi)回歸接近初始的較高水平。這一發(fā)現(xiàn)表明，這套新型的胰島素遞送系統(tǒng)，的確能起到長期控制血糖水平的作用。

此外，這套系統(tǒng)還能與納米技術(shù)進行結(jié)合。研究人員同樣發(fā)現(xiàn)，包裹有紅細胞細胞膜的納米顆粒，能起到和天然紅細胞類似的作用。研究人員相信，這將進一步拓展這套系統(tǒng)的應用前景。

“我們的團隊會在動物模型中進一步評估這套系統(tǒng)的長期生物相容性，然后決定是否要啟動臨床試驗，”本項研究的資深作者之一，美國糖尿病學會醫(yī)學科學部前主席JohnBuse教授說道：“如果我們的愿景能夠?qū)崿F(xiàn)，那它將成為糖尿病護理最為激動人心的進展之一?！?/p>

“我們也在探索利用無痛的微針來遞送這一系統(tǒng)的可能，這就不用像研究中那樣依賴于常規(guī)注射了，”顧臻教授補充說。

我們祝賀顧臻教授與團隊取得的新進展，并祝愿他們的創(chuàng)新療法能早日來到糖尿病患者身邊，改善他們的健康與生活。（《學術(shù)經(jīng)緯》）