「半夜驚醒，發現兒子倒臥在地...」因為父愛，他研發「人工胰臟」讓糖尿病兒子重拾正常生活

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教授的兒子在出生第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。

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5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。

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5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4～5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2013～2015年，族群涵蓋成人、青少年和幼童，年齡介於6～76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133mg/dL、青少年為142mg/dL、幼童為137mg/dL； 而血糖值曾低於60mg/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！

資料來源：Building a Bionic Pancreas

─本文獲 「科技新報」授權轉載

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