加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)的生物工程师团队开发了一种“智能”胰岛素，能够应对血糖水平的变化，从而预防糖尿病患者可能致命的低血糖发作。在美国国家科学院院刊(PNAS)的一篇论文中描述，改性胰岛素，称为胰岛素，包含与葡萄糖转运蛋白(Glut)抑制剂相连的胰岛素类似物，其作用是防止葡萄糖过度摄取。细胞血糖水平下降。当在糖尿病小鼠中测试时，修饰的胰岛素将血糖水平保持在正常范围内更长时间，并且即使当施用额外剂量的i-胰岛素时也保护动物免于降血糖。

加州大学洛杉矶分校Samueli工程学院生物工程学教授，研究负责人Zhen Gu博士解释说：“我们的新型胰岛素就像一个'智能'键。”“胰岛素让葡萄糖进入细胞，但添加的抑制剂分子可以防止血糖过多而进入血糖正常状态。这使血糖保持在正常水平并降低了低血糖的风险。“Gu和同事在一篇题为”葡萄糖转运蛋白抑制剂 - 结合胰岛素“的论文中报道了胰岛素，减轻了低血糖。”

当人体不能产生足够的胰岛素，或者没有有效地使用产生的胰岛素，并且不能控制血液中的葡萄糖水平时，糖尿病的结果。该疾病影响全世界超过4亿人，对于患有1型糖尿病和2型晚期疾病的患者，每日注射或甚至连续输注胰岛素。

患者必须每天监测他们的血糖，调整他们的碳水化合物摄入量，并计算他们需要多少胰岛素。施用过多的胰岛素会导致低血糖，这会导致血糖水平过低，并导致癫痫发作，昏迷甚至死亡。

胰岛素通过附着于细胞表面上的受体起作用，其触发细胞内的葡萄糖转运蛋白(Glut)分子以动员细胞表面，并将血液中的葡萄糖穿梭进入细胞。加州大学洛杉矶分校的研究小组和合作者现已开发出一种胰岛素结合物，其中包含与胰岛素促进的葡萄糖转运蛋白抑制剂相连的胰岛素类似物。Glut抑制剂的存在意味着胰岛素类似物可以可逆地结合细胞膜上的Glut，但它结合的强度取决于血液中葡萄糖的浓度，因此该系统基本上变成葡萄糖响应。“皮下注射后，这种胰岛素类似物可与胰岛素受体(IR)以及内源性谷氨酸结合，建立原位生成的胰岛素类似物库，”作者解释说。

当餐后血糖浓度升高时，胰岛素类似物 - 谷氨酸复合物解离，释放质膜上的Glut，以及游离胰岛素类似物。“随后，游离胰岛素类似物可与IR结合，触发Glut4向细胞膜的转运，增强葡萄糖与肌肉和脂肪的清除，”他们继续说道。“同时，作为胰岛素类似物 - 谷氨酸复合物的一部分，以前葡萄糖无法进入的谷氨酸可以增强血糖清除率。”

虽然过量的常规胰岛素会诱导Glut在质膜上的过度表达，这可能导致低血糖，但可逆的葡萄糖响应性胰岛素类似物 - Glut复合物的形成会暂时阻断葡萄糖转运蛋白分子，从而降低低血糖的风险。

研究人员首先使用红细胞重影评估了体外系统中的i-胰岛素，然后在药物诱导的1型糖尿病小鼠模型中进行了一系列测试。给予单次皮下注射i-胰岛素的动物维持正常血糖水平超过10小时，而给予天然胰岛素的小鼠维持正常血糖仅4小时。“值得注意的是，用胰岛素治疗的小鼠显示出可忽略不计的低血糖，”作者写道。“这种胰岛素也可以迅速应对高血糖水平，”该研究的共同主要作者，顾氏研究小组的博士后研究员金金强博士指出。“例如，饭后，当葡萄糖水平上升时，血液中的胰岛素水平也会迅速增加，这有助于使葡萄糖水平正常化。”

当在第一次治疗后3小时给小鼠第二次注射i-胰岛素或天然胰岛素时，i-胰岛素处理的小鼠仍然能够维持正常的血糖水平，而给予天然胰岛素的动物显示出显着的低血糖症。虽然正常，健康的小鼠在使用天然胰岛素治疗时变得严重低血糖，但是给予i-胰岛素的健康动物免受严重的血糖下降。研究人员表示，“胰岛素只能略微降低健康小鼠的血糖”。

他们声称生物响应胰岛素介导的治疗可以“彻底改变”糖尿病治疗。“具有葡萄糖反应性和低血糖症减轻特性的胰岛素分子将提供一种新的方法来调节血糖水平，降低低血糖风险，”研究者总结道。可以通过修改包括葡萄糖转运蛋白抑制剂，胰岛素和间隔物的组分来进一步微调该系统。“新的胰岛素有可能针对响应时间进行优化，以及在需要另一剂量之前它能在体内持续多长时间，”顾说。

对于报道的研究，动物皮下注射，但科学家们建议，i-insulin也可以通过透皮微针贴剂或口服递送的药丸配制。“...这种葡萄糖反应型胰岛素可以进一步与无痛透皮微针阵列贴片整合，以生成新版”智能胰岛素贴片“或口服递送系统，形成'智能胰岛素丸'，”科学家们说。

“下一步是在确定是否进入临床试验之前，进一步评估改良胰岛素系统在动物模型中的长期生物相容性，”共同作者，大学糖尿病护理中心主任John Buse博士说。北卡罗来纳州教堂山医学院。“如果实现这一愿景，将成为糖尿病护理领域最令人兴奋的进展之一。”