インスリン療法の手段のひとつとして、インスリンポンプの普及が進んでいる。「インスリンポンプ療法」(CSII)は、携帯型インスリン注入ポンプを用いて、インスリンを皮下に持続的に注入する治療法。

　ただし、CSIIには患者に及ぼす身体的・心理的負担や、機械特有の補正・メンテナンスの必要性、運用コストなど課題も伴う。

　そこで、電気的駆動を必要としない自律型の「人工膵臓」が求められている。

　従来の研究では、グルコースオキシダーゼやレクチンなどのタンパク質を基材に用いる試みが行われているが、この方法では生来由来の材料を使うため、タンパク質が変性してしまったり、毒性が発生するうなどの課題があり、実用化に成功した例はない。 　名古屋大学と東京医科歯科大学の共同研究グループは今回、タンパク質を使用しない完全合成材料のみによるアプローチを考案した。

　ブドウ糖の濃度が高いときだけ反応して分子構造が変化する特殊な高分子ゲルを開発。これにグルコースと可逆的に結合する性質を持つ「ボロン酸」を科学的に組み込んで、さらにそれを一本のカテーテルに搭載し、インスリン供給デバイスを開発した。

　その中にインスリンを入れておき、血糖値が高くなったら放出させる仕組みをつくった。正常な血糖値ではゲルは縮んでおり、インスリンも中に包まれている。血糖値が上がるとゲルが膨らみ、インスリンを放出する。血糖値が下がればゲルは再び縮み、インスリンの放出も止まる。

　開発したインスリン供給デバイスは、皮下挿入が容易であり、「人工膵臓」としての機能を充たしているという。 　マウスを用いた実験では、1型糖尿病、2型糖尿病のいずれのモデルマウスにおいても、3週間以上、この人工膵臓は機能を維持し続けた。

　連続的な血糖値検知と血糖値変動に応答した拡散制御からなるフィードバック機構によりインスリン供給が調整する「クローズド・ループ型」のインスリン供給を達成した。

　今回の研究成果により、糖尿病における低血糖の回避、血糖値スパイクの改善、患者負担の軽減などアンメットメディカルニーズの解決に加え、機械型と比べて極めて安価かつ使用負担が軽減されることになるため、今後臨床応用へ向けた開発的研究が期待されるとしている。

　これが実現すると、高齢者や要介護者など、これまで普及が困難であった患者に対しても新たな治療オプションを提供できるようになる可能性がある。

　研究は、名古屋大学環境医学研究所の菅波孝祥教授と田中都助教および東京医科歯科大学生体材料工学研究所の松元亮准教授らを中心とする研究グループによるもので、科学誌「Science Advances」オンライン版に発表された。

名古屋大学環境医学研究所
東京医科歯科大学生体材料工学研究所
Synthetic “smart-gel”provides glucose-responsive insulin delivery in diabetic mice(Science Advances 2017年11月22日)