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全球2型糖尿病患者数量持续攀升，而现有治疗手段始终未能触及一个根本矛盾：胰岛素虽能促使肌肉细胞摄取血液中的葡萄糖从而降低血糖，却无法消除“能量过剩”这一源头。当机体摄入的葡萄糖超出即时所需，多余部分最终会被转化为脂肪储存，这也解释了为何部分糖尿病患者在接受治疗后体重仍持续增加。苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）巴塞尔生物系统科学与工程系教授Martin Fussenegger领衔的研究团队，提出了一条截然不同的路径——用电子装置直接“清除”血糖，而非用药物“指挥”身体处理血糖。相关成果发表于《Science》。

从活细胞到全无机催化：一次材料学转向

Fussenegger团队多年来致力于血糖调控技术，早期方案依赖工程化基因网络，但这类系统必须依托活细胞及其他生物材料，随之带来免疫相容性、长期稳定性、规模化生产与监管审批等多重障碍。此次研究者彻底改换思路，构建了一种完全由无机材料制成的催化剂，无需活细胞、酶或其他生物组分即可完成功能。

装置的核心是一块石墨毡，其表面覆盖着微小的金团簇，金结构上又镀有更细小的铂颗粒，由此形成经过专门设计的纳米级表面，用以驱动处理葡萄糖所需的化学反应。Fussenegger表示，这些材料由团队自行设计，并在实验测试中展现出优异的生物相容性，意味着它们能够与活体组织相互作用而不引发明显不良反应。系统还包含一个封装于3D打印外壳内的电子控制器，不依赖传统有线供电，而是以13.56 MHz频率无线接收能量——该频率在国际上被专门分配给工业、科学和医疗用途。

闭环电催化：把多余葡萄糖变成可排泄的葡萄糖酸

该技术的核心机制在于将过量葡萄糖转化为葡萄糖酸（gluconate），后者可经尿液排出体外。正常情况下，葡萄糖为细胞供能；当供给超过需求时，部分过剩能量最终会以脂肪形式储存。通过把一部分葡萄糖转化为葡萄糖酸，植入物使这部分糖无法被代谢并储存于组织，从而有望减少脂肪堆积。

整个流程被设计为自动响应血糖变化。一种与许多糖尿病患者上臂佩戴的传感器类似的常规葡萄糖传感器持续监测组织中的葡萄糖浓度；当水平过高（如餐后），传感器通过蓝牙与智能手机或智能手表通信，后者随即激活植入物，为催化剂提供将葡萄糖转化为葡萄糖酸所需的电能。一旦血糖回落至目标区间，植入物自动关闭。这种被称为闭环控制的反馈机制，旨在防止血糖降至危险的低水平。

为评估该技术，研究者首先进行实验室实验：在一个装有5升含葡萄糖营养液的储液器中测试，该体积约相当于成年人体内循环血量。实验证明催化剂能够在这一规模溶液中转化葡萄糖，这是评估其医学应用潜力的重要一步。随后，团队将系统植入糖尿病小鼠体内，结果显示装置能够精准调控动物血糖，小鼠同时出现体重下降，提示“转化而非储存”过量葡萄糖可带来额外的代谢获益。在为期六周的测试中，植入物持续可靠运行，并为动物良好耐受。

“该系统工作电压极低，我们的实验未发现任何由电效应或热效应导致的组织损伤证据，”Fussenegger说。

“用电子学而非药物控制葡萄糖”

尽管结果令人鼓舞，该装置尚未在人体中测试，仍需进一步研究以确定其能否在糖尿病患者中安全有效地运行。但Fussenegger认为，这项技术可能代表糖尿病管理方式的根本性转变：不再用药物影响身体处理葡萄糖的方式，而是由电子装置直接控制可用葡萄糖的数量。

“几十年来，我们治疗糖尿病的方式是告诉身体如何管理葡萄糖。现在我们证明，我们可以用电子学而非药物，直接掌控葡萄糖，”他说，“而且催化剂只在血糖过高时才激活。”

这一思路还为医学治疗与数字技术（包括物联网）的对接创造了空间——物联网指能够交换信息并对变化条件自动作出响应的设备网络。研究者设想，这类电子控制的治疗手段有望规模化生产并整合进现有数字健康系统。团队的下一步目标是将实验性植入物转化为适合进一步开发并最终进入临床测试的医疗器械。

其潜在优势之一在于葡萄糖转化机制相对简单：由于催化剂不依赖细胞或酶，研究者相信生物治疗相关的部分技术难题可能更易克服。此外，大量支撑技术已然成熟——无线输电系统与外部电子控制器均已实现商业化，团队无需从零开发每一个部件。若未来研究能在人体中证实类似获益，这一路径或可开启一类全新的糖尿病疗法：由智能电子设备直接协助调控血糖，并有望减少对常规药物的依赖。