手機APP與紅外LED燈，糖尿病治療曙光
全世界約有4.22億左右人口患有糖尿病，但目前仍未有良好的治療方式，病患常需透過口服藥物或注射胰島素以控制病情，除了監測血糖值時需要扎針戳破手指取樣之外，部分糖尿病病患一天內更需要定時注射胰島素，既痛苦，又帶來許多不便。
不過，由中國華東師範大學研究員葉海峰的團隊所研發的「HydrogeLED」，有望透過手機APP調控患者體內胰島素的釋放，讓患者不必再受到針扎的痛苦，且目前該研究已經於老鼠實驗中獲得不錯的成果。
糖尿病病患都需要接受胰島素注射嗎？
糖尿病依照發病原因分為第一型糖尿病（type 1 diabetes）和第二型糖尿病（type 2 diabetes）兩種類別。第一型糖尿病肇因於病患的胰島B細胞無法產生足夠的胰島素，病因尚待更多研究，但大多推測為先天性基因缺陷，且好發於青少年；而第二型糖尿病的成因是患者細胞對胰島素的反應過低或抗性過高，因此縱使供給量正常，胰島素仍無法對目標細胞產生應有的效果而使得血糖過高。不過隨著疾病進程，仍可能會導致胰島B細胞分泌功能逐漸受損。
醫師通常會建議第一型糖尿病病患以及嚴重缺乏胰島素的第二型糖尿病病患進行胰島素的注射。注射胰島素是糖尿病治療過程中副作用最小的生理性療法，第一型糖尿病病患由於胰島素產出不足，通常需要終身注射胰島素以控制病情，不過大約只有40%的第二型糖尿病的病患建議進行此治療。
只有部分第二型糖尿病病患適用於胰島素治療，因為這類的病患在確診時，其胰島B細胞功能通常只剩下正常人的一半，且隨著疾病進程，B細胞功能更會以每年約4.5%的速度下降。胰島素的治療能保護胰島B細胞，使其不至於枯竭並有效控制疾病進程，且短期間內胰島素的上升亦有助於強化胰島B細胞功能。
source：Medgeadget
HydrogeLED與APP間的作用機制
團隊首先於患有糖尿病的老鼠皮下植入一個「水凝膠膠囊」（ hydrogel capsule），此膠囊內含有經基因工程重組的細胞，其擁有光敏蛋白（light-sensitive protein）且能夠製造胰島素；以及遠紅外光LED燈。細胞與LED燈被包覆在柔軟且生物兼容（bio-compatible）的材質之中。
除了老鼠身上的膠囊之外，整組儀器還包含調控LED燈發光的Android手機APP、含有電磁電路的控制箱（control box）、連接藍芽以及能夠發送血糖訊息到手機的血糖儀。
整套系統架設好之後，老鼠只要位於控制箱的封閉迴路系統中，血糖儀便能定時量測血糖，將數值傳送到手機APP進行分析。分析完後，APP會將訊號傳回控制箱中，以調整LED燈的亮度和持續時間。而因為「水凝膠膠囊」內的細胞具有「光敏蛋白」，因而能藉此調控細胞製造胰島素，約兩小時內便可以讓血糖回復到穩定的狀態。根據研究報告指出，患有糖尿病的老鼠每天接受4小時的遠紅光照射之後，此裝置可正常分泌胰島素長達15天的時間。
遠紅外光能使細胞產生反應並製造激素，擁有特定基因的細胞因為光線強弱與持續時間長短的變化，造成細胞基因表現上的差異，進而影響製造胰島素製造的多寡，以利血糖的調控。
不過可能有人好奇，為什麼選用遠紅外光呢？其實，早期葉海峰進行研究時，此裝置是以藍光激發細胞反應。但是長期暴露於高能量的藍光下會對哺乳類細胞造成不良影響，因此才改為運用遠紅光進行胰島素分泌的控制。
遭遇瓶頸與預期解決方案
雖然目前已有活體動物的實驗結果，但離人體應用仍有一段距離，更別提未來上市後糖尿病患於生活中的運用。目前主要的瓶頸有兩個：老鼠必須位於控制箱的範圍內，一旦離開線圈便會失去作用— 使用此儀器的病患必須長時間待在固定範圍內，如家中。另外，HydrogeLED也沒有解決血糖儀的扎針問題，目前仍須以針刺破皮膚後，才能偵測到血糖。
根據實驗團隊所言，可能的解決方案為改用通過臨床檢驗的電池取代線圈調控LED燈的明暗程度，讓病患的活動空間不受限；而血糖儀則改良為能直接植入體內，隨著時間連續檢測，並直接發送訊號調控LED燈的測血糖裝置。不過目前上述之方案皆處於研議階段，尚未確認進行實驗或成效。
未來展望－為糖尿病患點一盞希望之燈
HydrogeLED的研究團隊接下來除了必須將儀器置入體型較大的實驗動物身上以取得更多數據，並且將操控時間從15天繼續延長之外，更需確認植入體內的材料、零件等不會引起使用者的免疫反應。因此距離開發完成、進行人體實驗並將此產品上市還有很長一段路要走。
儘管如此，我們仍然能夠看出HydrogeLED對於提升糖尿病患生活品質有極高的潛力，或許正如懷俄明大學生物學家Mark Gomelsky所言，「這個裝置還不會這麼快應用到日常生活之中，但其讓我們看到了未來數位裝置與生物科技的結合，為治療糖尿病帶來一絲希望。」就讓我們拭目以待未來HydrogeLED的持續發展吧！
參考資料
Smartphone-controlled optogenetically engineered cells enable semiautomatic glucose homeostasis in diabetic mice（Sceience Translational Medicine）
Smartphone Controlled Cells Produce Insulin in Diabetic Mice（Medgadget）
We Now Have an App That Can Activate Cells That Manage Diabetes（Futurism）
Smartphone-controlled cells release insulin on demand in diabetic mice（Popular Science）
Forget shots — diabetes smartphone app tells cells when to produce insulin（New Atlas）
第二型糖尿病病人接受胰島素治療的迷思（譚健民醫師）
糖尿病（WIKI）
撰文：蔡君弘
核稿：吳韋廷、卓筱涵
