2001年《时代周刊》曾将人工心脏评为年度最佳发明，时隔15年，人工胰腺进入年度最佳发明榜单，人工胰腺可能成为糖尿病患者的大救星。
胰腺、胰岛素、糖尿病
胰腺“隐居”在腹膜后，其知名度远不如胃、十二指肠、肝、胆，但是它如果不好好干活，会引发多种严重疾病，其中最常见的就是糖尿病。
糖尿病分为1型和2型，其中1型糖尿病患者通常存在免疫系统异常；而2型糖尿病更多受制于环境因素，通俗来讲，越来越多的高血糖起因是人们不良的生活习惯以及肥胖。
根据德勤的一份报告，到2020年，在中国人群中，糖尿病或许成为最为常见的慢性病，全球糖尿病患者将达到3.82亿，而每四个人中有一个是中国人。总患病人数将比德国和葡萄牙人群总数之和还要多。
从上世纪开始，人类就开始了与糖尿病斗争的慢慢长路。从前患上了1型糖尿病基本上相当于宣判了缓刑，在几个月到几年的时间里，这部分人会在痛苦中挣扎直到死去。
在上世纪20年代，两个伟大的加拿大年轻人发现了外源性胰岛素，这使得1型糖尿病患者能够过上相对正常的生活甚至获得足够长的寿命，但是胰岛素需要采用皮下注射方法，糖尿病患者每天在自己身上扎针（真是想想都下不去手！）
每天注射三到四次，还要频繁监测血糖，计算每天热量摄入，精打细算协调每一口营养（听起来跟减肥差不多是么？实际上可是要痛苦多了），这让糖尿病人很难享受生活的乐趣。
人工胰腺的前世今生
在上世纪70年代，提出了人工胰腺系统的概念——采用电子机械的方法来替代胰腺内分泌的功能。
对于糖尿病患者，尤其是没有太多时间和精力来关注自身血糖水平的年轻患者来说，毫无疑问这正是梦寐以求的。但概念的提出并没有迅速取得技术上的突破，直到“双C系统”的诞生。
“双C系统”是指由持续血糖监测仪（Continuous glucose monitors system, CGMS）、持续皮下胰岛素输注系统（Continuous Subcutaneous Insulin Infusion, CSII）构成的系统。
1.持续皮下胰岛素输注
持续皮下胰岛素输注系统，也就是常说的“胰岛素泵”，诞生于80年代，有了胰岛素泵，糖尿病患者再也不用每天给自己扎好几针了。
美国专利申请US2009/0177147A1披露一种胰岛素泵，包括输液管、泵以及经由鲁尔接口连接的针头，这也是胰岛素泵的常规组成，针头通常被埋入皮下组织几毫米处，按照人体需要的剂量将胰岛素持续地推注到使用者的皮下，保持全天血糖稳定。
胰岛素泵一次刺入，长久使用，这显然比每天扎几针人性化多了，但事实上，单独使用胰岛素泵还不能解决过量注射等问题。
2.持续血糖监测仪
到上世纪90年代末，出现了持续血糖监测仪，顾名思义，它能够连续不断地监测血糖水平。
这种小盒子一样的监测器，通过传感器以体内或体外感测的方式获得血糖数据，再通过蓝牙、wifi向外输出。专利文件US2014/0118138A1披露了相关技术。
3.人工胰腺系统
通过上面CGMS和CSII组成的双C系统，我们既能知道血糖高不高，又能持续给患者注射胰岛素，还差什么？
就差一个控制环节，血糖高得多的时候多注射，血糖高得少的时候少注射，不高的时候不注射。特别是夜里，没有人监控血糖水平的时候，有了控制环节就能自动调节胰岛素的注射速率，这就跟人体内胰腺的功能非常相似了！
所以说，人工胰腺系统的主要部分除了上面的“双C系统”外，还包括一个控制系统。行业龙头美敦力在专利文件CN10543395A中记载了这样的系统。
2016年，美敦力公司的MiniMed 670G通过FDA批准，将于于今年正式进入市场。
美敦力公司在专利文献CN106133731A中披露了MiniMed670G的技术内容，设备包括图中能够固定在患者腰间的持续皮下胰岛素输注设备，另一个固定在腰部皮肤上或皮肤下的是持续血糖监测仪。
看起来和刚才提到的双C系统没什么区别？如果看到这，你还是这么觉得，那人工胰腺的的研发人员真的要哭晕在实验室，小编也要哭晕在办公桌上了。
两者之间的联系靠着重要的胰岛素输送算法，通过计算能够接收CGMS回报的血糖监测数据，计算并实时自动调节胰岛素输注速率，进而保证系统能够更为准确地替代胰腺内分泌的功能，这是质的飞跃！
人工胰腺系统大大优于传统的胰岛素皮下注射和胰岛素泵，不仅能更好地控制血糖水平，也能更好地控制低血糖和肾脏病变等急慢性并发症的发生，尤其是在减少低血糖事件发生上。
存在的问题
毕竟是人工的东西，目前还无法做到真正胰腺一样的尽善尽美：
a）系统不能提前预知何时进餐，皮下胰岛素吸收延迟，使进餐早期的血糖高峰得不到有效控制，如果辅以手动调节，可能导致输注过量后的餐后晚期低血糖。
b）人工胰腺须持续输注，注射针头长期插于皮下，可能发生局部感染、红肿和硬块，给患者带来不适，也影响胰岛素输注和皮下吸收。
c）设备故障，例如电池耗尽、元器件老化、储药器内气泡未排尽、管路漏液、药液沉淀堵塞等，都会影响治疗。
d）价格高昂，人工胰腺装置价格都在数万元以上，加之佩戴期间所用胰岛素费用，可定会导致了真正能持续使用的患者并不多。
优化方向
（1）如何避免低血糖现象、增加安全控制约束，是血糖控制算法从目前仿真研究走向实际应用亟需解决的问题。
（2）如何在进餐时也实现良好血糖控制，是提高患者生活质量，达到良好血糖控制效果的关键。
（3）如何提高控制算法的运算速度，减少算法的复杂程度，控制程序易于实现硬件固化并能够随时进行升级也是未来需要关注的问题。
抛砖引玉
首次众筹就获得100美金的初创企业Beta Bionics，计划在2017年3月启动一项更大规模的the iLet试验。其未来模式是将同时配送胰岛素和胰高血糖素（胰高血糖素是当葡萄糖水平过低时，比如两餐之间，人体所需要的另一种激素）。
人工胰腺发明本身值得肯定，但在产品适用性、控制精确度、性价比上还有发展空间，如此庞大的国内市场，国内企业和科研机构还可以有更多作为，人工胰腺也必将成为糖尿病患者的福音。
本文作者：审协北京中心光电部 马楠
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