斯坦福大学的一个研究小组已经开发出一种方法，可以提高糖尿病患者控制血糖的胰岛素注射的有效性。
通过结合胰岛素和第二种激素，研究人员创造了一种二合一的注射，如果证明是安全有效的，有一天可以使糖尿病患者更好地控制他们的血糖水平。(图片来源:iStock photo)
在材料科学家埃里克·阿佩尔的领导下，这一进展可能使糖尿病患者能够采取双作用注射，其中包含胰岛素与一种基于第二种激素的药物，称为淀粉。在进食后，胰淀素与胰岛素协同作用，控制血糖水平，这种方式比单独使用胰岛素更有效，模仿了进食时自然发生的情况。
尽管这种以淀粉为基础的药物已经上市，但据估计，接受胰岛素治疗的糖尿病患者中，只有不到1%的人同时接受这种补充治疗，因为这两种激素——它们在体内无缝结合——太不稳定，不能同时存在于同一个注射器中。
“对大多数患者来说，第二次注射胰岛素是一个真正的障碍。我们的配方可以让它们一起注射或一起注射在胰岛素泵中，”发表在5月11日《自然生物医学工程》上的一篇研究论文的资深作者阿佩尔说。
保护涂层
这项新技术包括一层保护膜，它可以包裹住胰岛素和胰淀素分子，并且第一次允许它们在一次注射中共存。
“这层膜在血液中溶解，使这两种重要的激素以一种模仿它们在健康个体中的作用的方式协同工作，”阿佩尔说。
到目前为止，研究人员已经在实验室测试了包装器的稳定性，并进行了初步实验，以了解他们的二合一注射在最先进的临床前模型——糖尿病猪身上的效果。但是，由于这两种药物都已经上市，而且双药配方已经在先进的模型中进行了测试，阿佩尔说，研究小组只需要证明他们的技术在人体中是无毒的，就可以开始在人体上进行试验，从而使这项技术比大多数早期药物更接近市场。
阿佩尔和他的合作者希望，有一天，这种方法可以显著增加淀粉的使用，并改善全世界约4.5亿青少年(1型)糖尿病或成人(2型)糖尿病患者的葡萄糖管理。
阿佩尔说，尽管目前很少有糖尿病患者在注射胰岛素后服用这种基于淀粉的药物，但那些确实体验到极大好处的人。过去的临床数据显示，服用这两种药物的患者体重减轻，血糖控制得更好。加强糖尿病管理可以降低严重并发症的风险，如肾功能衰竭、失明、心脏病和截肢，所有这些都是糖尿病患者的隐忧。
模仿人体
如果包装方法能够将胰岛素和胰淀素结合在一起，这将为糖尿病患者提供一种方便的方法来模拟他们在人体中的自然分泌。在非糖尿病患者中，胰淀素是由产生胰岛素的胰腺细胞分泌的。胰岛素促进细胞对糖的吸收，将糖从血液中清除。就其本身而言，amylin做三件事来控制血糖。首先，它会阻止另一种激素胰高血糖素(glucagon)，让身体释放储存在肝脏里的额外糖分。其次，它在用餐时产生一种“饱腹感”，减少食物摄入。第三，它实际上减缓了身体对食物的吸收，减少了餐后血糖的典型峰值。这三种药物都是糖尿病治疗的福音。
为了使胰岛素和胰淀素在一个注射器中配对成为可能，研究人员开发了一种由聚乙二醇(PEG)制成的分子包装。聚乙二醇是一种常见的无毒化学物质，从化妆品到泻药都有使用。斯坦福大学的研究小组使用了一种新型的聚乙二醇，它的末端有一种分子尼龙搭扣，叫做cucurbituril-PEG或CB-PEG。类似于魔术贴的CB-PEG能使其分别可逆地与胰岛素和胰淀素结合，保护每个分子的不稳定部分不被破坏。然而，一旦注射到体内，药物就会从CB-PEG中释放出来，并且可以不受阻碍地自由发挥作用。
“CB-PEG是一种全新的化学物质，”阿佩尔说。
在稳定性的实验室测试中，研究人员将包裹和打开的胰岛素加热到正常体温并摇晃它，这一过程被称为压力老化。他们发现，无保护的胰岛素在试管中只稳定了10小时，但“聚乙二醇化”的胰岛素在100小时后仍然完全活跃。如果没有包装，两种药物的组合在3小时内就会失效。然而，更令人印象深刻的是，聚乙二醇化胰岛素和胰淀素的联合配方至少在100小时内保持稳定，这可能是一个足够长的保质期，意味着这种组合可以通过胰岛素泵来提供。
在动物实验中,研究人员看到大量重叠双药物配方的活动,一个重要发现,表明方法是密切模仿发生在一个健康的身体——包括一个几乎完全抑制胰高血糖素的激素,它告诉肝脏释放储存的糖,即使这个人刚刚吃一顿饭。
“至少可以说，我们对结果感到兴奋，”阿佩尔说。阿佩尔已经申请了这项技术的专利。
阿佩尔也是斯坦福大学生物x中心、心血管研究所、妇幼研究所的成员，也是斯坦福大学医学院的教员。斯坦福大学的合著者包括小儿科教授David M. Maahs;儿科教授Bruce A. Buckingham;病理学教授Megan Troxell;博士后研究员安东·a·a·史密斯和圣地亚哥·科雷亚;博士候选人:Caitlin L. Maikawa、Gillie A. Roth、Emily C. Gale、Lyndsay M. Stapleton、Joseph L. Mann、Anthony C. Yu、Abigail K. Grosskopf、Celine S. Liong、Catherine M. Meis和Doreen Chan;临床兽医山姆·w·贝克。其他合著者来自圣母大学。
这项研究由美国国立卫生研究院、斯坦福糖尿病研究中心、斯坦福儿童健康研究所、斯坦福Bio-X、PhRMA基金会、Novo Nordisk基金会、丹麦独立研究理事会和斯坦福动物诊断实验室和兽医服务中心资助。
要阅读有关斯坦福科学的所有故事，请订阅《斯坦福科学文摘》。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.stanford.edu/2020/05/11/experimental-two-one-shot-aid-diabetics/