顾臻教授团队：把红细胞改造成胰岛素智能快递员

近日，来自北卡罗莱纳大学教堂山分校（University of North Carolina at Chapel Hill）与北卡罗莱纳州立大学（North Carolina State University）的顾臻教授与John Buse教授的团队开发了一种新技术，能让红细胞担任胰岛素的智能快递员，并根据血糖浓度，自动控制1型糖尿病小鼠的血糖水平。这一成果在线刊登在了最新一期的材料科学顶尖学术刊物《Advanced Materials》上。

▲顾臻教授（图片来源：UNC Health Care News）

顾臻教授曾师从著名化学工程学家、生物医药创业领袖Robert Langer教授，他们曾一道发明了一种包含胰岛素的可皮下注射用微纳颗粒。这种颗粒的尺寸只有一粒沙的千分之一，却能有效调控糖尿病小鼠的血糖。在北卡罗莱纳，他的团队致力于研究药物的“智能递送方式”，并取得了多项具有转化潜力的成果。2015年，顾臻教授与团队开发出了一种“智能胰岛素贴片”，它含有一系列装有胰岛素与葡萄糖氧化酶的囊泡。当血糖升高时，葡萄糖就会渗入这些小泡，并被葡萄糖氧化酶所氧化，产生缺氧或富含双氧水的环境。这会促进小泡破裂，并快速释放出其中的胰岛素，起到“自动降血糖”的作用。

在小鼠试验中，这款贴片取得了成功——贴上皮肤后仅半小时，便能有效降低血糖长达9个小时。这一款“智能微针”曾入选《科学》杂志年度十佳科学图片。顾臻教授也被《麻省理工科技评论》评选为当年35名35岁以下的创新者。目前他的团队正在积极地开展临床前大动物实验，目标早日进入临床实验。

▲智能胰岛素贴片（中）入选2015年《科学》杂志十佳科学图片（图片来源：《科学》）

在转化研究的同时，顾臻教授的团队没有停下创新的脚步。在近期在线发表的研究中，他们开发出了一种基于红细胞的胰岛素递送系统。在这套系统中，研究人员将胰岛素用化学方法连接到一种叫做氨基葡萄糖（glucosamine）的葡萄糖衍生物中。由于与葡萄糖结构接近，氨基葡萄糖也能被红细胞表面的葡萄糖转运蛋白（glucose transporter）所识别。因此，通过识别氨基葡萄糖，红细胞顺便也把胰岛素“背”在了身上。

按研究人员的设想，如果糖尿病患者体内的血糖浓度上升，葡萄糖就会与氨基葡萄糖竞争红细胞表面的葡萄糖转运蛋白的通道，挤掉氨基葡萄糖。脱离下的氨基葡萄糖则带着胰岛素一起进入血液。这些游离的胰岛素能结合相应的胰岛素受体，起到降血糖的作用。

▲这套血糖智能调节系统的原理（图片来源：《Advanced Materials》）

“简单来说，这是一种生物相容的‘智能系统’，给予红细胞一个新角色：在需要时，能够自动将血糖浓度调整。”文章的通讯作者顾臻教授说。

在小鼠实验中，研究人员的设想得到了验证。将装载了胰岛素-氨基葡萄糖的红细胞注射入患有1型糖尿病的小鼠后，研究人员发现，这些小鼠的血糖能被有效降低达两天之久，同时没有低血糖症状的发生。与之相比，仅注射胰岛素-氨基葡萄糖的小鼠，或是注射了标准胰岛素与红细胞的小鼠，血糖会在12小时内回归接近初始的较高水平。这一发现表明，这套新型的胰岛素递送系统，的确能起到长期控制血糖水平的作用。

▲与对照组相比，使用了这套智能调节系统的小鼠（蓝线）血糖长期处于较低的水平（图片来源：《Advanced Materials》）

此外，这套系统还能与纳米技术进行结合。研究人员同样发现，包裹有红细胞细胞膜的纳米颗粒，能起到和天然红细胞类似的作用。研究人员相信，这将进一步拓展这套系统的应用前景。

“我们的团队会在动物模型中进一步评估这套系统的长期生物相容性，然后决定是否要启动临床试验，”本项研究的资深作者之一，美国糖尿病学会医学科学部前主席John Buse教授说道：“如果我们的愿景能够实现，那它将成为糖尿病护理最为激动人心的进展之一。”

▲顾臻教授的团队期望能给药物递送系统带来新的变革（图片来源：顾臻教授实验室官网）

“我们也在探索利用无痛的微针来递送这一系统的可能，这就不用像研究中那样依赖于常规注射了，”顾臻教授补充说。

我们祝贺顾臻教授与团队取得的新进展，并祝愿他们的创新疗法能早日来到糖尿病患者身边，改善他们的健康与生活。

参考资料

[1] Researchers Use Modified Insulin and Red Blood Cells to Regulate Blood Sugar

[2] Red Blood Cells for Glucose-Responsive Insulin Delivery

来源：学术经纬