NBA球星亚当·莫里森（AdamMorrison）从小身患糖尿病，但却两次举起NBA总冠军奖杯。而在比赛场外，他必须用安装在腹部的胰岛素泵来调节血糖。
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亚当·莫里森（来源：维基百科）
13岁时，在一场八年级篮球比赛中，他突然开始出现癫痫样症状。医院，结果被诊断患有1型糖尿病。
随后他开始接受胰岛素治疗，当护士第二次给他打胰岛素时，他告诉护士：“既然我这辈子都要做这个，你不妨教我怎么做。”
不只是亚当·莫里森，糖尿病也正困扰着诸多中国人口。国际糖尿病联盟（IDF）统计数据显示，年中国糖尿病患病人数约1.16亿人，并已成为全球糖尿病患者最多的国家。与此同时，中国的胰岛素市场增长速度也超过全球平均增速。
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患者在注射胰岛素（来源：Pixabay）
胰岛素要冷藏在冰箱中，患者每天需要注射2-3次胰岛素，一般注射在腹部或上臂。为避免伤口，同一个注射点还不能在当月内重复使用。长期注射胰岛素，让患者们很是痛苦。那么，是否有一种办法，让患者无需每天注射，也能实现胰岛素的日常供给？
意大利团队研发植入式腹腔给药设备
近日，意大利比萨圣安娜大学的团队研发一款植入式腹腔给药设备，它的名字叫PILLSID（PILl-refiLledimplantedSystemforIntraperitonealDelivery，腹腔注射用重填充植入系统）。该设备重克，能被植入腹部内部、并可位于胃部外侧。
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PILLSID（来源：ScienceRobotics）
PILLSID是一种带有储液层的完全可植入型机器人设备，可通过携带胰岛素的磁性药丸，来无创地植入人体。它由磁性可开关组件、微型机电元件、无线供电系统和控制单元组成。其高度为78毫米、长度是63毫米、宽度是35毫米，可与商业植入设备相媲美，同时还克服了储层补充和供电的关键问题。
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系统原理图和原型
设备中还有一款内置电池，可通过体外设备进行无线充电。当电池充满电就能以无痛方式给患者补充胰岛素。该团队表示，它能彻底改变1型糖尿病的治疗方法。
当地时间8月18日，相关论文以《一种由可吞服胶囊重新填充的腹腔给药用的完全可植入设备》（Afullyimplantabledeviceforintraperitonealdrugdeliveryrefilledbyingestiblecapsules）为题发表在ScienceRobotics上，意大利圣安娜高级研究学院仿生机器人研究所教授保罗·达里奥（PaoloDario）是论文共同作者。
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相关论文（来源：ScienceRobotics）
研究人员表示，PILLSID能持续测量血液中的胰岛素水平，并根据患者需要通过小导管释放激素剂量。另外，该设备还有蓝牙功能，能把数据和状态传送到智能手机或电脑上。
和PILLSID相配搭的还有一款可吞咽的磁性胶囊，当给胶囊填充上胰岛素时，胰岛素会从胃内壁的另一侧连接到设备，这时注射器会穿过胃部，把胰岛素排入内部储存器，然后它会被释放，并能自然地通过消化系统。
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胶囊的制作（来源：ScienceRobotics）
储存一次胰岛素，可供患者使用一整月
使用时，药丸可通过胃肠蠕动被送到设备处，并能以磁性方式和设备对接。对接后，PILLSID会喷射出一根小针，让激素从胶囊转移到储层中。最后，药丸通过结肠和直肠后，即可自然排出体外。
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PILLSID的操作流程（来源：ScienceRobotics）
对接机制是PILLSID的关键组成部分，它能保证有效且稳定的胶囊对接，并可应对肠蠕动和胶囊冲击产生的扰动。
受工业夹紧系统和管道检测机器人的启发，他们又设计了一种磁性可开关装置，来作为捕获磁性胶囊的对接机制。
当胰岛素填充完毕时，设备就像一个可编程的微输注系统，能把药物精确输送到腹腔。为了保证安全且长期的运行，设备附带一个远程系统（蓝牙通信协议），可以与人机接口和无线可充电电源进行输入/输出交换。
（来源：ScienceRobotics）
在模拟预测中，研究人员在一个定制的镍铁-黄铜电路中放置1个盘状磁铁，以此来产生足够的磁力，从而去稳定捕获直径12毫米、长度28毫米的磁性胶囊。
（来源：ScienceRobotics）
当胰岛素在传递时，还要避免药物与空气的接触，以保持激素的稳定性。而一种基于间歇式运行的六旋转辊蠕动泵的泵送技术，可让机械组件和无菌流体之间避免接触，并能起到阀门的作用，防止胰岛素回流和意外泄漏。
另据悉，PILLSID有三种不同形状和体积，其中65mm的曲率半径是它的最佳几何形状，这时的它能和肠环安全接触，并与腹壁进行最佳匹配。
研究中，通过全胰腺切除术诱导猪产生3C型糖尿病，然后给其植入该设备。运输测试显示，胶囊在动物模型中大约需要4天，即可自然到达设备植入区域。实验结果表明，猪腹腔内的胰岛素得以释放，并能有效调节血液中的胰岛素水平。
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在猪身上做实验（来源：ScienceRobotics）
该团队表示，PILLSID中存储的胰岛素足够让普通糖尿病患者使用一个月。相比常规治疗方法，这种疗法不仅侵入性更小，效果也更好。
北京智能机器人与系统高精尖创新中心副研究员李敬，博士毕业后曾在意大利比萨圣安娜大学开展磁控胶囊机器人方面的研究工作，包括磁交互建模、位姿检测等，而该研究工作正是由达里奥教授指导。
他告诉DeepTech，此前已有一些同类设备。但是，根据已知信息，能够有效解决供能、药剂填充等关键问题，且普及到临床实践的同类设备几乎没有。
其评价称：作为完全可植入设备的有效探索，PILLSID的主要创新之处，是以可吞服胶囊机器人为药物载体，通过消化系统途径实现了腹腔内植入设备的药剂补充，并且能够进行供能。该研究在植入式医疗设备和腹腔药物递送方面展示了令人欣喜的实验结果，并为临床测试提供了依据。
有望成为首个完全可植入的人工胰腺系统
而该团队也表示，PILLSID在腹腔转移性肿瘤，如卵巢癌、胰腺癌、胃腺癌和结肠直肠癌的急性药物治疗中，也可能具有特别优势。接下来，该团队计划尽快获得人体测试认证。
该设备目前存在的不足在于，其一导管遇到故障就无法使用，其二电池寿命较短，医院专门安排护士给设备补充胰岛素。
如果未来可研究出自适应控制算法，并结合一个传感器，PILLSID就有望成为第一个完全可植入的人工胰腺系统。
（来源：ScienceRobotics）
考虑到系统的复杂性，还需要几个额外步骤来让它达到临床实践。未来在优化PILLSID的设计时，该团队还会考虑穿孔失败、对接失败以及导管阻塞相关的风险。
为了减轻这些风险，研究人员计划给它加上一款传感器，以此来检测故障事件。此外，还应提高对接稳定性。
此外，考虑到植入部位和设备的当前特性，设备目前并不适用于儿童或青少年。目前来看，设备中的电池可持续使用一到几年，随后得通过手术进行更换。医院，通过定向注射来补充胰岛素。但在游泳和洗澡时，也要解除佩戴。
对此，李敬告诉DeepTech：“在特定需求下，临床应用的设备都会经历完善和迭代的过程，最终实现满足相应的需求。甚至不同阶段下，使用需求也会改变和提升。总体趋势，都是让医疗设备更加自主、更加智能、功能更丰富、使用体验更好。我们要给予设备一定的成长时间，同时也期待它带来更好的使用体验和实践意义。”
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李敬（来源：受访者）
尽管达里奥教授远在意大利，但他和北京智能机器人与系统高精尖创新中心保持长期合作，目前兼任高精尖创新中心胶囊机器人团队的一级PI。
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达里奥教授（来源：资料图）
目前，达里奥教授正带领中国团队承担具有国际前沿水平的机器人产品开发任务，主要目标是实现面向无痛结肠检查的主动胶囊内窥镜机器人研发和产业化。
而李敬则协助达里奥教授开展中心的结肠检查胶囊机器人研发和产业化工作，医院内窥镜中心建立深度合作。因此，他的相关研究成果也有望惠及中国用户。
