尽管有效的治疗方案及血糖监测方法越来越多，但是，大多数1型糖尿病患者仍不能达到推荐的血糖控制目标。许多专家认为，对于1型糖尿病患者而言，最有效的短期治疗方案是一种可恢复胰岛素与血糖平衡的系统。

　　国际青少年糖尿病研究基金会（JDRF）副主席Aaron Kowalski教授称，“自胰岛素发现以后，人工胰腺系统将是糖尿病治疗领域最具革命性的进步。”

　　人工胰腺是基于一个简单的概念：是一种根据实时血糖变化输注胰岛素及其他胰腺激素的自动化系统。但是，在将这个概念转化为现实过程中，研究者面临着众多挑战。

　　美国加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校化学工程系主任Frank Doyle教授称，“我们中的一些人在这个领域已工作了20多年，而目前，我们中大多数人都可以自豪的说，一个真正意义上的全自动化设备即将在未来3-5年期间应用于临床。但是，就像其他任何一项技术一样，这项技术也在不断发展和持续改进过程中。”

　　人工胰腺的发展阶段

　　依据美国食品药品监督管理局（FDA）说法，人工胰腺可以是一种完全机械的疗法、完全生物的疗法（例如胰岛移植）、或是一种机械生物混合的疗法。Doyle教授指出，“我不认为人工胰腺仅有一个定义，而且，目前部分人工胰腺产品已经出现在市场上。”

　　第一代人工胰腺系统目前已应用于许多国家。去年秋天，FDA批准美敦力公司研发的一种新胰岛素输注系统上市。使用这种新的胰岛素输注系统后，当系统感受器的血糖值达到预设的阈值时，即使患者无低血糖预警症状，胰岛素输注系统也会自动停止胰岛素输注。

　　美敦力公司称，当预设阈值报警系统在正常工作时，这种胰岛素输注设备的感受器可以发现高达93％的低血糖事件。然而，这种胰岛素输注设备还未能模仿胰腺的全部生物学功能，它仍需要患者进行操作，例如患者需要进食以纠正低血糖。

　　依据JDRF创建的人工胰腺路线图，这种美敦力设备是开发人工胰腺六个步骤中的第一步。在这个过程中，每一步都代表着技术在逐渐进步，从设备可以自动停止胰岛素输注以预防低血糖开始，最终发展至一种可能将血糖维持在目标水平，且不需要在进餐时手动输注胰岛素的全自动化系统。第一代产品将重点放在预防不安全的血糖水平，目标是将血糖水平维持在70到180mg/dl之间。

　　JDRF创建的人工胰腺路线图六个步骤中，第一步，如美敦力可动态监测血糖水平，并当血糖低于某一阈值时，可暂停胰岛素输注的设备。

　　第二步，可预测使用者血糖水平即将达到预设的下阈值，并在使用者血糖水平达到下阈值之前，可自动停止或减少胰岛素输注。这样的设备被称为带预测功能的低血糖暂停系统，可通过在目前市售胰岛素泵和血糖感受器上添加控制软件来实现。

　　目前，美敦力公司已开发了一个版本，并预计将首先在欧洲通过审批。Kowalski指出，“当设备制造商计划将他们的产品投放于某个国家时，必须通过这个国家的审批程序。每个国家产品审批所需的时间不同，因此，常常出现同一款产品在一个国家上市落后于另一个国家。”

　　第三步，被称为减少低血糖/高血糖系统，这种系统不仅可预防不安全的高血糖水平，也可预防不安全的低血糖水平。

　　第四步，称为闭环式胰岛素输注系统，可自行调整血糖高阈值和低阈值，并将一个特定的血糖水平作为目标，而不是将一个血糖范围作为目标。

　　而第五步，则不需要餐前手工胰岛素输注。最终，第六步，系统将添加输注其他激素类药物的能力，更加紧密的模仿机体维持血糖水平的方式。例如，当血糖水平过低时，可自行注射胰高血糖素以对抗胰岛素的作用，并升高血糖水平。由于低血糖可导致抽搐、昏迷、甚至死亡，而且低血糖可能在夜间患者入睡时发作，此时患者无法监测他们的血糖水平，因此，这种功能显得至关重要。

　　第三代人工胰腺系统也可以作用于胃肠道，延缓餐后碳水化合物吸收速率，并输注快速起效胰岛素，像人体固有胰岛素一样，发挥快速降血糖作用。

　　人工胰腺的关键部件

　　人工胰腺的主要组成部件包括电脑编程控制的动态血糖监测系统（CGM）和胰岛素泵，并根据血糖读数计算胰岛素的剂量，指导胰岛素泵输注胰岛素。目前，大约9％1型糖尿病患者在使用现有的动态血糖监测系统，测量细胞周围组织液中的血糖水平。

　　许多专家认为，组织液中的血糖读数可能会落后于实际血糖水平，这在血糖浓度发生快速变化（例如餐后）时可能存在问题。Kowalski指出，“但是，事实证明，动态血糖监测系统的读数远比我们预期的要快，因此，这不是问题。而且，研究数据也表明动态血糖监测系统在人工胰腺系统中运行良好。”可是，目前仍需要更为先进的血糖感受器，而且JDRF和其他国际组织也在致力于改进现有的动态血糖监测系统。

　　多种算法也被尝试用于计算合适的胰岛素输注剂量。其中一种算法被称为比例―积分―微分控制，是基于血糖水平和血糖浓度变化速度计算。另外一种算法被称为模型预测控制（MPC），是基于人体生理学模型和一个指定的概率，根据之前血糖值估计可能的未来血糖值。

　　德国Profil代谢病研究所的科学顾问Lutz Heinemann教授解释到，“因此，如果患者血糖升高，而且其血糖水平可能还会继续升高时，系统会输注更多的胰岛素。但是，假如刚刚已经输注了更多的胰岛素，血糖上升的速度放缓，此时这可能预示着血糖趋于平稳，并在随后可能出现血糖下降，这时系统也就不会继续输注更多的胰岛素。”

　　第三种常用的算法被称为模糊逻辑，又名专家规则。这种算法是基于在指定条件下，专家会如何处理此时的患者血糖。

　　Heinemann教授是欧盟一个名为AP@home项目的领导者，该项目的目的是改善患者的家庭治疗。该项目除了对现有仪器设备进行检测外，也在开发一种新的设备，这种设备可在同一部位既测血糖，又输注胰岛素。

　　最近，由AP@home项目调查人员进行的一项临床研究发现，2种闭环算法可为患者提供安全的血糖控制。Heinemann教授称，“在对这两种控制算法进行的首次平行对照试验中，两者在血糖控制方面没有显着差异。与患者自我管理血糖相比，这两种控制算法可将血糖水平维持在一个理想的范围内，而且低血糖发生率低。”

　　同时，Doyle博士及其同事还开发了一种工具，目前正在各种不同人工胰腺系统中进行临床试验。Doyle博士等使用计算机平台检测不同动态血糖监测系统、胰岛素泵和算法的组合。这种工具为各种不同的胰岛素泵、血糖感受器和算法提供一个交流平台，使三者能像一个闭环系统一样一起工作。

　　Doyle博士称，“我们在笔记本电脑上开始了我们的临床研究，现在，我们使用微平板电脑对门诊患者进行研究。最终，我们将会看到这种技术与胰岛素泵和血糖感受器组合成一个整体，但是，用户会有各种有趣的要求，而且用户界面方面也需要改进。”

　　从临床到市场

　　自2004年以后，已有40多篇文章涉及人工胰腺系统临床试验，而且，每年公布的人工胰腺系统临床试验数量都在稳步的增长。由于研究设计和方案有很大的差异，很难去比较各项人工胰腺系统临床试验，但是，这些研究都可以概括总结为，人工胰腺控制血糖的疗效与传统疗法相似，或由于传统疗法。

　　在最近的一项研究中，当患者使用JDRF人工胰腺路线图第二步的设备――一种可预测低血糖并停止胰岛素输注系统后，持续超过2小时的夜间低血糖发生率下降了74％。此外，门诊患者带上人工胰腺后，首次使用MPC算法也产生了满意的效果。

　　虽然人工胰腺系统已取得显着进展，但是，当前仍面临众多挑战。Doyle指出，“安全是关键，寿命也很重要，但是，以我看来，人工胰腺系统最重要的一个方面是稳健性。人工胰腺系统面临的很多事情都不确定：患者不确定，患者的日常活动也不确定，例如进餐、运动和疾病。

　　一个全自动化人工胰腺在几年以后也许会上市，但是，患者会在人工胰腺开发过程中不断的受益。

　　Kowalski称，“一项新的治疗方法开发过程中，会不断的进步，逐渐降低每日负担、不良反应和并发症。我们最终的目标是通过一系列治疗方法，恢复正常生理功能下的机体血糖调节功能。”