创新背景

大多数1型糖尿病患者和一些2型糖尿病患者必须每天注射胰岛素。一些患者使用附着在皮肤上的可穿戴胰岛素泵，并通过插入皮肤下的管子输送胰岛素，或者使用能够输送胰岛素的贴片。

多年来，科学家们一直在研究可以植入皮下的胰岛素输送装置，这种植入式装置有望成为一种不需要注射胰岛素或插入胰岛素管的治疗糖尿病的替代方法。然而想要实现这种方法仍然有所困难，因为在植入装置后，体内的免疫系统就会攻击它们，然后形成一层厚厚的疤痕组织，阻止胰岛素的释放，同时也会导致设备在几周或几个月内失效。这种现象被称为异物反应，也会干扰许多其他类型的植入式医疗设备。

创新过程

来自麻省理工学院和爱尔兰国立戈尔韦大学的研究团队设计出了一种方法能够克服异物反应。该研究于2022年8月3日发表在Nature杂志上。

为了防止植入装置后疤痕的形成，研究人员已经尝试了很多方法，包括局部注射免疫抑制剂。麻省理工学院的研究小组采用了一种不同的方法，不需要任何药物，而是在植入物中加入一个可以充气和放气的机械驱动软机器人装置。早在2019年的一项研究中，该研究团队的成员就证实了这种振荡可以调节附近的免疫细胞对植入设备的反应。

在这项新的研究中，研究人员想看看这种免疫调节效应是否有助于改善药物输送。他们制造了一个由聚氨酯制成的双腔装置，聚氨酯是一种塑料，其弹性与组织周围的细胞外基质相似。其中一个腔室用作药物储存库，另一个腔室用作柔软的充气致动器。研究人员使用一个外部控制器可以刺激致动器按特定的时间表充气和放气。在这项研究中，他们每12小时执行一次驱动，每次5分钟。

这种机械驱动赶走了能够促进疤痕组织形成的被称为中性粒细胞的免疫细胞。当研究人员将这些设备植入小鼠体内时，他们发现设备周围的疤痕组织需要更长的时间才能形成，而最终形成的疤痕组织的结构也不同寻常：与静态装置周围相互纠缠的胶原纤维不同，驱动装置周围的胶原纤维排列得更整齐，研究人员认为这可能有助于药物分子穿过组织。

为了证明该设备的潜在用途，研究人员展示了它可以用于给小鼠注射胰岛素。该装置的设计使胰岛素可以通过药物库的孔隙缓慢渗出，或由致动器控制爆发式释放。

研究人员通过测量小鼠随后血糖水平的变化来评估胰岛素释放的有效性。他们发现，在带有驱动装置的小鼠中，有效的胰岛素输送在整个八周的研究中保持不变。然而，在没有驱动装置的小鼠中，投递效率仅在两周后就开始下降，8周后，几乎没有胰岛素能够通过纤维囊。

研究团队还制造了一个能够植入人体的版本，装置大小为120毫米乘80毫米，并表明它可以成功地植入人类尸体的腹部。
研究人员表示，这种装置或许还可以用于向心脏输送药物来防止心脏病发作患者的心力衰竭，或者提供免疫疗法来治疗卵巢癌。

创新关键点

研究团队制造了一个由聚氨酯制成的双腔装置，将其中一个腔室用作药物储存库，另一个腔室用作柔软的充气致动器。这个装置阻止了免疫细胞在植入装置周围聚集，延长了形成疤痕组织所需的时间，并改变了疤痕组织的结构，使得药物分子可以穿过组织。
这个新装置可以应用在任何受到纤维囊或异物反应影响的植入式药物输送装置中，有助于药物的释放，同时延长装置的使用寿命。