科学家开发无线电催化植入装置，能够监测并清除多余血糖，在糖尿病小鼠身上实现无需降糖药物的自动血糖调节。
科学家正在探索一种不同于传统药物的糖尿病治疗方式：不依靠胰岛素，也不通过药物调节人体代谢，而是直接把血液中过多的葡萄糖转化为可以排出的物质。瑞士苏黎世联邦理工学院Martin Fussenegger团队在《科学》期刊发表研究，开发了一套名为ECHO的无线电催化闭环系统，并在2型糖尿病小鼠身上验证了它的效果。
这套系统的核心是一种植入皮下的微型电化学装置，大小约30×17.5×10毫米。装置内部使用特殊的石墨毡材料，表面负载金和铂纳米颗粒。当外部无线供电设备启动后，微弱电流便会驱动葡萄糖发生氧化反应，将其转化为葡萄糖酸。研究人员通过质谱和核磁共振分析确认，葡萄糖酸是这一过程的主要产物，其他副产物含量很低。研究提出，多余葡萄糖可以通过这种方式转化，并最终经肾脏清除。
更重要的是，这套装置并非持续不断地消耗葡萄糖，而是能够根据血糖变化自动工作。商业连续血糖监测仪负责实时追踪血糖，当数值超过预设阈值时，控制系统便会启动无线供电，让植入装置开始氧化葡萄糖。血糖下降后，系统可以停止工作。在模拟实验中，这种闭环控制成功将葡萄糖浓度维持在预设的5 mM附近，相当于约90 mg/dL，处于正常空腹血糖范围。
动物实验进一步显示，这种方法能够有效降低糖尿病小鼠的高血糖。未经治疗的小鼠血糖持续维持在28至33.3 mM，而使用闭环ECHO系统的小鼠，血糖能够快速下降并稳定在目标范围附近。研究人员还将它与胰岛素及GLP-1药物进行比较。在所测试的条件下，药物治疗虽然能够降低血糖，但随后出现不同程度的回升或波动。相比之下，ECHO闭环控制表现出更稳定的血糖调节能力。不过，这只是特定动物实验中的比较，不能据此认定它比现有临床药物更有效。
为了验证长期使用的可能性，研究人员对装置进行了多项安全测试。电催化材料经过连续30天、每天2小时的电刺激后，仍接受了结构稳定性评估。在另一项实验中，植入小鼠体内3个月后取出的材料仍保有葡萄糖氧化活性。实验还发现，在0.75 V的工作电压下，没有检测到明显的氯气生成或细胞内活性氧升高。对植入小鼠的肝脏、肾脏、心脏和脾脏进行检测，也没有发现可检测水平的金、铂颗粒迁移。植入部位的组织检查没有显示明显的刺激相关损伤。
这项技术能否用于人类，还取决于它能否处理更大的葡萄糖负荷。研究人员因此扩大了电极面积，并在数升规模的循环液体中进行实验。当电极面积增加到5×5平方厘米时，系统可在约3小时内将葡萄糖浓度降至约5 mM。结果说明，增加电极面积能够提高葡萄糖清除速度，但液体体积越大，清除所需的时间也越长。研究人员还在雌性糖尿病小鼠中验证了降糖效果，发现其血糖在120分钟内从约30 mM下降到12 mM，与雄性小鼠实验的变化趋势相近。
ECHO展示了一种新的治疗思路：不必完全依赖药物干预血糖代谢，也可以通过植入式电化学装置直接处理多余葡萄糖。不过，现阶段研究仍停留在动物和体外实验，距离人体临床应用还有相当距离。装置长期植入的安全性、实际葡萄糖清除能力、肾脏对转化产物的处理能力，以及能否在人体内可靠地避免低血糖，都需要进一步验证。
原文：https://www.eurekalert.org/news-releases/1148186