Nature子刊：麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)新型3D打印植入物，可以防止危險(xiǎn)的血糖驟降

2025年8月18日，南極熊獲悉，來(lái)自麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種小型3D 打印植入裝置，可以主動(dòng)觸發(fā)釋放胰高血糖素（一種用于升高血糖的激素），有望為糖尿病治療提供一種新的方法。

相關(guān)研究以題為“Emergency delivery of particulatedrugs by active ejection using in vivo wireless devices”的論文發(fā)表于《自然生物醫(yī)學(xué)工程》雜志。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41551-025-01436-2

本研究旨在為面臨低血糖風(fēng)險(xiǎn)的1型糖尿病患者提供后備保護(hù)。當(dāng)血糖急劇下降時(shí)，病情可能迅速?gòu)妮p微的警示癥狀升級(jí)為意識(shí)模糊、癲癇發(fā)作，如果治療延誤，甚至可能危及生命。

據(jù)研究人員稱，目前建議患者攜帶胰高血糖素試劑盒或預(yù)裝注射器，但這依賴于及時(shí)識(shí)別癥狀來(lái)給藥。這對(duì)于兒童或睡眠期間發(fā)作的情況尤其具有挑戰(zhàn)性。

植入裝置由前麻省理工學(xué)院研究科學(xué)家、現(xiàn)任斯坦福大學(xué)助理教授 SiddharthKrishnan 領(lǐng)導(dǎo)，旨在通過(guò)保存可手動(dòng)觸發(fā)或在將來(lái)自動(dòng)觸發(fā)的預(yù)先測(cè)量的劑量來(lái)干預(yù)此類(lèi)情況。

克里希南說(shuō)：“我們的想法是，你需要足夠的劑量，才能在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)提供這種治療性救援。我們不知道確切的期限是多久——可能是一年，也可能是幾年，我們目前正在努力確定最佳壽命。但之后，就需要更換了?！?/div>

△麻省理工學(xué)院研發(fā)的用于治療低血糖的緊急藥物輸送植入物。圖片來(lái)自麻省理工學(xué)院。

構(gòu)建藥物釋放觸發(fā)系統(tǒng)

植入物大小與硬幣相當(dāng)，特點(diǎn)是3D打印的“儲(chǔ)液器”，內(nèi)含胰高血糖素粉末。之所以選擇這種配方，是因?yàn)橐后w胰高血糖素會(huì)迅速降解，不宜長(zhǎng)期儲(chǔ)存。根據(jù)設(shè)計(jì)，每個(gè)植入物可攜帶一劑或四劑。為了在藥物激活前保持密封，儲(chǔ)液器采用鎳鈦合金密封，這種合金在達(dá)到40°C時(shí)會(huì)變形。

激活過(guò)程以無(wú)線方式進(jìn)行，植入物內(nèi)部的小型天線接收射頻信號(hào)，產(chǎn)生微弱的電流。電流加熱合金直至彎曲，打開(kāi)腔體并釋放胰高血糖素。由于藥物釋放系統(tǒng)能夠響應(yīng)外部信號(hào)，因此它還可以與連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)儀配合使用，以便在血糖水平低于設(shè)定值時(shí)自動(dòng)觸發(fā)藥物輸送。

在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，藥物釋放裝置被植入糖尿病小鼠體內(nèi)。激活后，它在幾分鐘內(nèi)就能升高血糖水平，防止低血糖。研究人員還用腎上腺素（一種常用于過(guò)敏反應(yīng)和心臟驟停等緊急情況的藥物）測(cè)試了同樣的方法，發(fā)現(xiàn)腎上腺素能迅速進(jìn)入血液并提高心率。

這些植入物在動(dòng)物體內(nèi)可維持長(zhǎng)達(dá)4周的功能，即使在周?chē)纬衫w維化組織（這是植入設(shè)備常見(jiàn)的反應(yīng)）后仍能繼續(xù)發(fā)揮作用。研究團(tuán)隊(duì)目前正在努力將使用壽命延長(zhǎng)至至少一年。這將使植入裝置在需要更換之前發(fā)揮更長(zhǎng)期的保障作用。

在進(jìn)行人體臨床試驗(yàn)之前，計(jì)劃先進(jìn)行進(jìn)一步的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，臨床試驗(yàn)可能在三年內(nèi)開(kāi)始。項(xiàng)目資金來(lái)自利奧娜·M·赫爾姆斯利和哈里·B·赫爾姆斯利慈善信托基金、美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院(NIH)、JDRF 博士后獎(jiǎng)學(xué)金以及美國(guó)國(guó)家生物醫(yī)學(xué)成像和生物工程研究所。此外，部分研究使用了MIT.nano 的設(shè)備進(jìn)行。

3D打印用于藥物輸送

在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印使超越傳統(tǒng)藥物配方的醫(yī)療器械的設(shè)計(jì)成為可能，為精準(zhǔn)、個(gè)性化和響應(yīng)式治療創(chuàng)造了平臺(tái)。

浙江大學(xué)和臺(tái)州學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)了3D打印骨固定植入物，將機(jī)械支撐與局部抗生素輸送相結(jié)合。研究團(tuán)隊(duì)利用立體光刻技術(shù) (SLA) 和混合了頭孢曲松鈉的牙科樹(shù)脂復(fù)合材料，制作出外層致密、內(nèi)部多孔、可持續(xù)釋放藥物的骨釘。

△3D打印植入物的SEM圖像：(a)和(b)為垂直剖面圖，(c)和(d)為橫截面圖。圖片來(lái)自浙江大學(xué)。

測(cè)試表明，3D打印植入物能夠承受非承重骨修復(fù)所需的力量，并在三天內(nèi)釋放高達(dá)80%的抗生素，抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌等病原體。細(xì)胞毒性測(cè)試證實(shí)細(xì)胞活力超過(guò)70%，符合ISO標(biāo)準(zhǔn)，但體內(nèi)研究仍有待完成。

肯特大學(xué)和思克萊德大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了3DMNMEMS，這是一種結(jié)合了3D打印、微針和微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS) 的透皮給藥系統(tǒng)?？招奈⑨樫N片采用CAD和SLA 3D打印技術(shù)，使用生物相容性聚合物制成，包含內(nèi)部通道、儲(chǔ)液器和流體入口。

在糖尿病小鼠的測(cè)試中，微針貼片裝置比傳統(tǒng)注射裝置更快地輸送胰島素，并能更長(zhǎng)時(shí)間地維持血糖控制。通過(guò)克服微成型的局限性，這種方法實(shí)現(xiàn)了定制化、可重復(fù)性，并可使用便捷的桌面3D打印機(jī)來(lái)制造復(fù)雜的微針系統(tǒng)。