糖尿病是一種以血糖長期異常為特征的慢性代謝性疾病。隨著患者數(shù)量持續(xù)增長擴大，如何在降低管理負(fù)擔(dān)的同時(shí)，提高血糖控制的安全性和穩(wěn)定性發揮效力，成為當(dāng)前糖尿病治療領(lǐng)域的重要研究方向新格局。近年來，雖已有結(jié)合連續(xù)血糖監(jiān)測（CGM）與自動(dòng)胰島素輸注的閉環(huán)系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于臨床實(shí)踐安全鏈，在一定程度上改善了血糖控制效果顯示，但其安全性仍存在局限。

近期真正做到，香港大學(xué)張世明教授課題組科普活動，聯(lián)合浙江大學(xué)王金強(qiáng)教授以及廣州醫(yī)科大學(xué)朱繼翔教授以題為“A Wearable, Dual Closed-loop Insulin Delivery System for Precision Diabetes Management"在《Advanced Materials》發(fā)表研究，提出了一種可穿戴雙閉環(huán)胰島素遞送系統(tǒng)調整推進，通過將人工智能算法控制與葡萄糖響應(yīng)性胰島素相結(jié)合狀況，為精準(zhǔn)糖尿病管理提供了一種新的系統(tǒng)級(jí)解決方案。

現(xiàn)有主流的自動(dòng)胰島素遞送系統(tǒng)通常采用單一電子閉環(huán)結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)基于 CGM 數(shù)據(jù)機製，由算法計(jì)算胰島素給藥劑量并控制胰島素泵執(zhí)行輸注全過程。該模式在理想條件下能夠有效降低高血糖發(fā)生率，但其運(yùn)行高度依賴血糖監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性探討。

在實(shí)際使用中不負眾望，CGM 讀數(shù)可能受到傳感器延遲、局部組織環(huán)境或外界干擾影響調解製度。一旦血糖信號(hào)出現(xiàn)偏差精準調控，系統(tǒng)可能持續(xù)輸出不恰當(dāng)?shù)囊葝u素劑量，從而增加低血糖風(fēng)險(xiǎn)應用的因素之一。因此解決，如何在系統(tǒng)層面引入冗余安全機(jī)制，成為閉環(huán)胰島素遞送技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵問題善於監督。

圖1. 雙閉環(huán)系統(tǒng)的整體概念集成技術。

針對(duì)上述問題，研究團(tuán)隊(duì)提出“雙閉環(huán)"設(shè)計(jì)理念更合理，即在傳統(tǒng)電子閉環(huán)的基礎(chǔ)上適應能力，引入獨(dú)立運(yùn)行的化學(xué)閉環(huán)調(diào)節(jié)機(jī)制（圖1）。

該系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：連續(xù)血糖監(jiān)測模塊各方面、基于人工智能的預(yù)測與控制算法防控，以及葡萄糖響應(yīng)性胰島素（GRI）。其中，電子閉環(huán)負(fù)責(zé)對(duì)血糖變化進(jìn)行預(yù)測和給藥決策堅實基礎，而化學(xué)閉環(huán)則通過胰島素分子自身的葡萄糖響應(yīng)特性稍有不慎，對(duì)釋放速率進(jìn)行被動(dòng)調(diào)節(jié)。

與依賴電子信號(hào)的系統(tǒng)不同等地，GRI 能夠根據(jù)體內(nèi)葡萄糖水平變化自動(dòng)調(diào)控胰島素釋放最為顯著。當(dāng)血糖升高時(shí)，胰島素釋放加快規定；當(dāng)血糖下降時(shí)環境，釋放速率相應(yīng)降低，從而在物理化學(xué)層面形成對(duì)低血糖風(fēng)險(xiǎn)的約束責任。

在電子閉環(huán)部分應用情況，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種基于 Transformer 架構(gòu)的深度學(xué)習(xí)模型，用于預(yù)測未來 30 分鐘的血糖變化趨勢組建。模型輸入為連續(xù)的歷史 CGM 數(shù)據(jù)表現，能夠同時(shí)捕捉短期和中長期血糖波動(dòng)特征。

預(yù)測結(jié)果進(jìn)一步與 PID 控制算法結(jié)合深刻變革，用于動(dòng)態(tài)調(diào)整胰島素輸注速率結論。相較于僅依賴當(dāng)前血糖值的控制方式，該策略能夠在血糖變化發(fā)生前進(jìn)行提前干預(yù)質生產力，從而減少劇烈波動(dòng)智能化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該預(yù)測模型在不同測試條件下均表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性處理，預(yù)測血糖與實(shí)際測量值之間具有良好一致性建設，為后續(xù)給藥決策提供了可靠基礎(chǔ)（圖2）。

圖2. GRI的合成與驗(yàn)證助力各行。

研究中使用的 GRI 由可降解聚合物與重組人胰島素通過靜電作用形成納米復(fù)合結(jié)構(gòu)前來體驗。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，該胰島素在高血糖環(huán)境下釋放速度明顯提高確定性，而在血糖恢復(fù)正常后釋放逐漸減緩更加廣闊。

在糖尿病大鼠模型中，單次注射 GRI 可維持較長時(shí)間的正常血糖區(qū)間講故事，相比普通胰島素顯著降低了血糖反彈和低血糖發(fā)生的概率非常完善。這一特性為系統(tǒng)提供了獨(dú)立于電子控制之外的安全緩沖（圖3）。其中全面革新，提取糖尿病大鼠間質(zhì)液（ISF）的中空微針是采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術(shù)（microArch^® S240作用，精度：10μm）制備而成。

圖3. 雙閉環(huán)系統(tǒng)集成與可穿戴設(shè)備驗(yàn)證以提升安全性行業分類。

在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中技術特點，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)比了傳統(tǒng)單閉環(huán)系統(tǒng)與雙閉環(huán)系統(tǒng)在血糖控制效果上的差異。結(jié)果顯示，在使用相同算法和控制參數(shù)的情況下凝聚力量，引入 GRI 的雙閉環(huán)系統(tǒng)能夠顯著提高正常血糖維持時(shí)間有所提升，同時(shí)降低高血糖和低血糖發(fā)生比例。

此外新的力量，血糖波動(dòng)幅度明顯減小先進水平，表明系統(tǒng)在穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢。組織學(xué)分析未發(fā)現(xiàn)明顯炎癥反應(yīng)更高要求，提示該系統(tǒng)在短期內(nèi)具有良好的生物相容性反應能力。

該研究提出的雙閉環(huán)胰島素遞送系統(tǒng)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面為閉環(huán)糖尿病管理引入了新的安全機(jī)制學習。通過將算法預(yù)測控制與化學(xué)反饋調(diào)節(jié)相結(jié)合，該方案在降低對(duì)單一數(shù)據(jù)源依賴的同時(shí)聽得懂，提高了整體運(yùn)行的魯棒性應用優勢。

研究團(tuán)隊(duì)指出，目前相關(guān)驗(yàn)證仍基于動(dòng)物模型全方位，未來需在更復(fù)雜的生理?xiàng)l件和臨床場景中進(jìn)一步評(píng)估系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性與適用性高效節能。盡管如此，該工作為可穿戴糖尿病管理設(shè)備的發(fā)展提供了新的技術(shù)思路大局，也為多閉環(huán)調(diào)控系統(tǒng)在其他代謝疾病中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)新創新即將到來。