【降血糖醫材專題】父愛改變糖尿病治療,仿生胰臟 Bionic pancreas 新突破

作者 | 發布日期 2015 年 08 月 19 日 12:09 | 分類 醫療科技 follow us in feedly

你能想像一位爸爸的愛,不僅催生出新的醫療儀器,並可能從此改變糖尿病的治療模式嗎?

波士頓大學生物醫學工程學教授 Edward Damiano,以一位病患家屬的心情為出發點,結合自己的專業而發明出雙賀爾蒙幫浦仿生胰臟(Bionic pancreas)。




故事是這樣開始的,Damiano 教授的兒子在出生 11 個月被診斷出罹患第一型糖尿病,意即他的胰臟無法自行分泌胰島素,必須終身靠注射胰島素製劑來控制血糖,這情況對於身為爸爸的 Damiano 教授而言,無疑是一場夢靨,他曾經半夜驚醒去看兒子,發現兒子因血糖過低而呈現昏迷倒臥在地上,然而事前完全沒有徵兆。

血糖升降成因複雜

為什麼會這樣呢?試想像一下人體的血糖是加減後的結果,胰島素賀爾蒙(Insulin)負責降低血糖,而升糖激素(Glucagon)則增加血液中葡萄糖濃度,這之間的波動會受到患者進食、運動、壓力和日常生活所影響。當白天患者血糖過低,會有些典型症狀像是出汗、皮膚蒼白、焦躁及行為異常等,容易被察覺而及時補充糖分,但若在夜間發生低血糖現象,患者往往都在睡夢中,症狀僅是多夢不安,那麼一旦血糖嚴重低下的時間過久,就可能造成永久性腦功能障礙或死亡。這種「一覺不起」的恐懼,也被稱為「睡眠死亡症候群(dead-in-bed syndrome)」,患者在睡前往往神色如常,卻因突發的低血糖而在睡夢中猝死。

現今針對第一型糖尿病的治療,無論是新興的幹細胞培育或胰腺細胞移植,都無法徹底改善「自體免疫系統破壞胰臟細胞」的現象,因此多從藥物調控來著手,這需要患者一天多次注射胰島素,以及經由指尖採血或儀器測量血糖來掌握身體狀況,然而,這種不便利性即浮現出未滿足需求(unmet needs),所以無論是上篇《注射胰島素穿戴裝置問世,嘉惠糖尿病患者》,或者仿生胰臟,都是為了改善控制血糖的模式來增進患者生活品質。

在這波醫療創新的藍海中,無論是胰島素幫浦 Imperium,或是仿生胰臟,例如贏得 2011 年糖尿病醫療儀器設計大獎(DiabetesMine Design Challenge)Pancreum、法國 CEA-Leti and Diabeloop 團隊研發的產品,概念都源自於糖尿病動態雙 C 療法(CSII+CGMS 療法),意即連續自動監測皮下組織液的葡萄糖濃度儀,加上胰島素幫浦持續皮下胰島素注射系統(CSII),搭配智慧手機 App 及雲端監控,結合「遠距醫療」概念,企圖以大量且即時的患者醫療數據,供專業人員分析後,制定更切身的治療計畫,進一步達到「個人化醫療」的目的。

(Source:YouTube

雙幫浦系統-建構更接近生理狀態的仿生胰臟

然而「仿生胰臟」的開發戰場中,新創公司大多專注於連續感測器的敏銳度、感測模式,或者建構醫療軟體來預測人體血糖值的波動,但對於 Damiano 教授而言,他希望發明更接近生理狀態的仿生胰臟,來提供更安全、可靠、靈活的糖尿病治療,因此 Damiano 教授和來自麻省總醫院(Massachusetts General Hospital)的 Steven Russell 博士合作,將研發重點擺在模擬胰臟的激素平衡功能,創造出能同時調控胰島素以及升糖激素的雙幫浦系統──Bionic pancreas。

Bionic pancreas 系統同樣由監控儀、幫浦以及智慧軟體所組成。病人會在腹部置入一個特製 G4 鉑金探頭,這個連續血糖監控儀每五分鐘將測量一次血糖,資料稍後會藉由藍牙發送至智慧手機,手機的 App 即是一個演算控制中心,它會判斷患者的胰島素和升糖激素需求,然後將診斷發送至雙賀爾蒙幫浦系統,決定當下該注入胰島素或者升糖激素。

www.smithsonianmag.com

(Source:Bionic Pancreas Team

Bionic pancreas 優異的特點在於兩方面:第一,團隊掌握住維持升糖激素穩定的關鍵,並將它應用於幫浦。過去包含劍橋大學、維吉尼亞大學團隊發展仿生胰臟時,都因為水溶後的升糖激素不穩定,所以只能採用胰島素作單方面的調控;第二,團隊所設計的控制運算系統,能精準預測血糖變化量,並給予調控激素的建議值。

簡單來說,若依裝置設定的五分鐘測量一次,一天共 288 次作「胰島素」和「升糖素」量的平衡,和傳統一天僅 4 到 5 次的調控,或其他仿生胰臟裝置僅以單一激素給藥的模式相較,Bionic pancreas 更接近真實人體的器官運作。

今年美國臨床內分泌醫師學會─科學及臨床會議(American Association of Clinical Endocrinologists,24th Annual Scientific and Clinical Congress)上,Damiano 教授發表實驗結果:於 2013 至 2015 年,族群涵蓋成人、青少年和幼童,年齡介於 6 到 76 歲之間的第一型糖尿病患者,前三組試驗中的患者先接受 5 天仿生胰臟治療,後 5 天患者維持原先的幫浦治療。而第四組試驗則是 11 天的仿生胰臟治療,續接 11 天原有的幫浦治療。

實驗結果顯示,仿生胰臟更能夠降低平均血糖值,也減少低血糖的狀況,從數據面來看:成人平均血糖值為 133 mg/dL、青少年為 142 mg/dL、幼童為 137 mg/dL; 而血糖值曾低於 60 mg/dL 的比率,成人約為 1.5%、青少年 1.3%、幼童為 1.2%。而能反映體內近 2-3 個月血糖控制情況的醣化血色素(HbA1c)數值,也發現降低至 6.5%,屬於控制良好。

科技發展,讓糖尿病患者重拾正常生活

不僅是 Damiano 教授單方面的實驗,蒙特婁大學(University of Montréal)也進行世界第一起仿生胰臟的相關比較性研究,並刊登在著名的柳葉刀醫學雜誌(The Lancet Diabetes and Endocrinology)。他們將受試者分為三組來做比較:傳統胰島素幫浦治療、單一胰島素型仿生胰臟、雙賀爾蒙仿生胰臟,結果顯示雙賀爾蒙仿生胰臟較能遏止低血糖(hypoglycemia)的發生機率,而且在讓一個仿生胰臟系統試驗中,皆未發現有夜間低血糖危險情況發生。

現今 Damiano 和 Russell 教授計劃在麻省理工大學醫學中心、史丹佛大學、北卡羅萊納州大學、教堂山大學擴大臨床實驗,首要目標鎖定第一型糖尿病患者,未來將拓展至第二型糖尿病族群,而關於初步的研究成效,目前已有多位內分泌科權威醫師表示看好。

團隊預計將於 2017 年完成最後的臨床試驗,於 2018 年產品上市,但對於 Damiano 教授而言,這時間表代表的是更深切的渴望──他希望兒子大衛上大學離家後,能配戴仿生胰臟 Bionic pancreas,從此無論跑步、享受美食或日常學校生活都能輕鬆自在,不須再擔心何時扎針或該怎麼調整胰島素,而 Damiano 教授也不需再擔心兒子醒不過來。看來愛的力量,的確能引領醫療科技的新發展呢!

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