無針頭也能測血糖和打胰島素?糖尿病患不再皮膚處處是傷口!

無針頭也能測血糖和打胰島素?糖尿病患不再皮膚處處是傷口!

科學家們一直都在研發讓糖尿病患者無需使用針頭,就能夠測量到體內血糖值的方法,像是使用雷射技術取代針頭,或是用近紅外線掃描技術等等,但是當需要給予胰島素時,仍然必須使用針頭,因此,有沒有一種可能,那就是血糖監測和胰島素給藥共用一個無針噴頭,都不需要用針刺破皮膚。紐西蘭奧克蘭大學生物工程研究所生物儀器實驗室負責人塔伯納教授(Andrew Taberner)和他的博士學生徐佳麗(Jiali Xu)以及博士後麥基奇研究員(James McKeage),利用無針噴射注射(needle-free jet injection)技術,首次臨床實驗證明,可以從人體皮膚內抽取足夠的血液量,且能準確的偵測血糖值。這種噴射注射技術雖然對讀者來說,比較新鮮,但卻已經是發展良好且相當成熟的一項技術,目前利用高速細小的噴射流體,該實驗室已能將藥物輸送進入體內(delivery),這次實驗又再證明,同一個噴頭,也可以用來採集血液(collection)。此項研究成果已在2021年11月10日發表於《糖尿病科學與技術雜誌》的國際期刊上,同時也放上奧克蘭大學官網,於是引起各大媒體的注意。

以現況而言,糖尿病患者每天在家監測血糖值,最常使用的簡易方法,是由美國國家技術與創新獎章獲得者 – 海勒教授(德州大學奧斯丁分校)所發明的,後由亞培公司利用他的專利,開發出手指驗血糖機,推上市場後,獲得了廣泛的接受。此方法是通過一根細針先刺破手指尖,藉以釋放只需要一隻蚊子叮咬我們時所吸取血液的1/8,然後用測試紙片來收集血液,當試紙插入血糖機後,就可以讀取血糖值,相當方便(圖1)。

而指尖確實是血液採樣的首選部位,因為它們有高密度的血管,但是指尖也非常敏感,細針刺入時會有疼痛感,且有皮膚傷口,況且糖友本身皮膚彈性就很差,癒合能力弱,時間久了就會有很多小黑點,當然定期重複不斷的“刺痛”,除了不舒服,也會有感染的風險,因此科學家們期望為糖尿病患者開發出無針血液監測方法。由於噴射注射技術一直是奧克蘭大學生物儀器實驗室多年來研究的主題,其中包括開發藥物噴射注射器,用於注射胰島素、尼古丁和牙科治療時的局部麻醉劑,該團隊此次進一步證明該技術除了用於注射外,還可以用來提取,也就是用少量無害的生理食鹽水率先噴射刺穿皮膚,然後噴頭的鹽水用盡後,就會回吸出極微量的血液在噴頭內,而這就足以準確測量葡萄糖的濃度。

此次的臨床試驗,總共招募了 20 名的健康參與者,他們每個人貢獻出四個指尖,每個指尖分別隨意接受了刺血針(標準針)或三個不同形狀和大小噴嘴的噴射注射器來提取血液,參與者在被遮蔽雙眼的情況下,單憑感覺來分辨疼痛,同時必須在採血後的 24 小時內,完成問卷調查,藉以評估四根指尖的疼痛感、腫脹感或瘀傷的程度(每個指尖所相對應的不同採血工具,參與者並不知道)。結果顯示,噴嘴的形狀可以影響提取血液的數量,例如:“槽”形噴嘴(slot-shaped)比圓形噴嘴(circle-shaped)可以提取較多的血液。另外,噴射式提血確實比標準刺血針,來得比較不疼,甚至有些情況下,根本不痛。不過,本次臨床實驗更加重要的目標是:噴射式提取血液的方法,是否能準確的監測血糖值,結果和傳統刺血針相比較後,答案是肯定的,令人驚喜。當然,如果糖尿病患們知道,每次採血時,噴射注射方式並沒有用針刺破你的皮膚時,肯定會比較傾向使用這種噴射方式的血糖監測方法。

塔伯納教授自信地向媒體說,奧克蘭大學目前的噴射注射技術,是同時具有輸送藥物和抽取血液的能力,世界上還沒有其他的噴射注射技術能夠做到這一點。他們確實是花了多年的時間,和無針注射技術進行了一場漫長的角力賽,最後才成功,接著就是想將這項技術商業化,相信也需要投入大量的心力,但塔伯納教授心中追求的是,一個更完美的終極目標 — 那就是開發出一個無針的可吸血,又可以給藥的血糖/胰島素合併儀,這將允許糖尿病患血液採樣和胰島素注射均使用同一台儀器,同一個噴頭。這對改善人類醫療保健將做出重大貢獻,尤其是在糖尿病管理方面。

除了間歇式每隔一段時間採血,來量測每個瞬間的血糖值外。也有科學家發展出連續式血糖監控系統,這種系統一經埋入皮下,就能獲得連續的血糖數值,來達到更佳穩定控制血糖的目標,其主要原理是使用一個硬幣大小的感應器(sensor)直接貼附在皮膚上,感應器裡面使用一根軟管細針植入皮下,用來測量皮下的組織間液內的葡萄糖,之後,透過酵素的代謝去計算葡萄糖濃度,再用公式去推算出血糖數值,但這仍需要刺入皮膚造成創傷,而且細針(探針)需要定期更換,目前市面上最長可以連續監測三個月,當同時搭配另一台胰島素自動注射系統後(身上需埋入另一個針頭),就等同是一台模擬的人工胰臟(圖2)。科學每天都進步神速,你認為哪一個比較理想呢? 間歇式無針頭採血/胰島素注射合併儀,或是,二根針分別埋在不同區域的皮下,但針頭仍需要定期更換。

連續式監測血糖儀(圖示人的左邊;錢幣大小貼在肚子上面)和胰島素自動注射系統(右)。
連續式監測血糖儀(圖示人的左邊;錢幣大小貼在肚子上面)和胰島素自動注射系統(右)。

Journal Reference:

1. Jiali Xu, James W. McKeage, Bryan P. Ruddy, Poul M. F. Nielsen, Andrew J. Taberner. Jet-Induced Blood Release From Human Fingertips: A Single-Blind, Randomized, Crossover Trial. Journal of Diabetes Science and Technology, 2021; 193229682110538 DOI: 10.1177/19322968211053895

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