Nature子刊：麻省理工學院開發(fā)新型3D打印植入物，可以防止危險的血糖驟降

2025年8月18日，南極熊獲悉，來自麻省理工學院(MIT)的研究人員開發(fā)出一種小型3D 打印植入裝置，可以主動觸發(fā)釋放胰高血糖素（一種用于升高血糖的激素），有望為糖尿病治療提供一種新的方法。

相關研究以題為“Emergency delivery of particulatedrugs by active ejection using in vivo wireless devices”的論文發(fā)表于《自然生物醫(yī)學工程》雜志。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41551-025-01436-2

本研究旨在為面臨低血糖風險的1型糖尿病患者提供后備保護。當血糖急劇下降時，病情可能迅速從輕微的警示癥狀升級為意識模糊、癲癇發(fā)作，如果治療延誤，甚至可能危及生命。

據(jù)研究人員稱，目前建議患者攜帶胰高血糖素試劑盒或預裝注射器，但這依賴于及時識別癥狀來給藥。這對于兒童或睡眠期間發(fā)作的情況尤其具有挑戰(zhàn)性。

植入裝置由前麻省理工學院研究科學家、現(xiàn)任斯坦福大學助理教授 SiddharthKrishnan 領導，旨在通過保存可手動觸發(fā)或在將來自動觸發(fā)的預先測量的劑量來干預此類情況。

克里希南說：“我們的想法是，你需要足夠的劑量，才能在相當長的一段時間內提供這種治療性救援。我們不知道確切的期限是多久——可能是一年，也可能是幾年，我們目前正在努力確定最佳壽命。但之后，就需要更換了�！�

△麻省理工學院研發(fā)的用于治療低血糖的緊急藥物輸送植入物。圖片來自麻省理工學院。

構建藥物釋放觸發(fā)系統(tǒng)

植入物大小與硬幣相當，特點是3D打印的“儲液器”，內含胰高血糖素粉末。之所以選擇這種配方，是因為液體胰高血糖素會迅速降解，不宜長期儲存。根據(jù)設計，每個植入物可攜帶一劑或四劑。為了在藥物激活前保持密封，儲液器采用鎳鈦合金密封，這種合金在達到40°C時會變形。

激活過程以無線方式進行，植入物內部的小型天線接收射頻信號，產(chǎn)生微弱的電流。電流加熱合金直至彎曲，打開腔體并釋放胰高血糖素。由于藥物釋放系統(tǒng)能夠響應外部信號，因此它還可以與連續(xù)血糖監(jiān)測儀配合使用，以便在血糖水平低于設定值時自動觸發(fā)藥物輸送。

在動物實驗中，藥物釋放裝置被植入糖尿病小鼠體內。激活后，它在幾分鐘內就能升高血糖水平，防止低血糖。研究人員還用腎上腺素（一種常用于過敏反應和心臟驟停等緊急情況的藥物）測試了同樣的方法，發(fā)現(xiàn)腎上腺素能迅速進入血液并提高心率。

這些植入物在動物體內可維持長達4周的功能，即使在周圍形成纖維化組織（這是植入設備常見的反應）后仍能繼續(xù)發(fā)揮作用。研究團隊目前正在努力將使用壽命延長至至少一年。這將使植入裝置在需要更換之前發(fā)揮更長期的保障作用。

在進行人體臨床試驗之前，計劃先進行進一步的動物實驗，臨床試驗可能在三年內開始。項目資金來自利奧娜·M·赫爾姆斯利和哈里·B·赫爾姆斯利慈善信托基金、美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)、JDRF 博士后獎學金以及美國國家生物醫(yī)學成像和生物工程研究所。此外，部分研究使用了MIT.nano 的設備進行。

3D打印用于藥物輸送

在醫(yī)療領域，3D打印使超越傳統(tǒng)藥物配方的醫(yī)療器械的設計成為可能，為精準、個性化和響應式治療創(chuàng)造了平臺。

浙江大學和臺州學院的研究人員開發(fā)了3D打印骨固定植入物，將機械支撐與局部抗生素輸送相結合。研究團隊利用立體光刻技術 (SLA) 和混合了頭孢曲松鈉的牙科樹脂復合材料，制作出外層致密、內部多孔、可持續(xù)釋放藥物的骨釘。

△3D打印植入物的SEM圖像：(a)和(b)為垂直剖面圖，(c)和(d)為橫截面圖。圖片來自浙江大學。

測試表明，3D打印植入物能夠承受非承重骨修復所需的力量，并在三天內釋放高達80%的抗生素，抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌等病原體。細胞毒性測試證實細胞活力超過70%，符合ISO標準，但體內研究仍有待完成。

肯特大學和思克萊德大學的研究人員開發(fā)了3DMNMEMS，這是一種結合了3D打印、微針和微機電系統(tǒng) (MEMS) 的透皮給藥系統(tǒng)�？招奈⑨樫N片采用CAD和SLA 3D打印技術，使用生物相容性聚合物制成，包含內部通道、儲液器和流體入口。

在糖尿病小鼠的測試中，微針貼片裝置比傳統(tǒng)注射裝置更快地輸送胰島素，并能更長時間地維持血糖控制。通過克服微成型的局限性，這種方法實現(xiàn)了定制化、可重復性，并可使用便捷的桌面3D打印機來制造復雜的微針系統(tǒng)。