用于糖胖症无药物管理的无线电催化闭环系统

《SCIENCE》：Wireless electrocatalytic closed-loop system for drug-free management of diabesity

　　

编者摘要

糖尿病和肥胖在全球范围内日益普遍，二者常并发并相互加重。目前已有多类药物和生物干预手段可用，但各有优劣，许多患者仍需要耐受性更好、疗效更佳和/或价格更可负担的治疗方案。Maity等人开发的植入式设备通过提供一种不依赖药物或胰岛素的血糖浓度调控方式，有助于填补这一空白（参见Bentley和Payne的述评）。该无线供电设备可连接临床可用的持续血糖监测仪，催化葡萄糖转化为葡萄糖酸，后者经肾脏排泄。在小鼠试验中，该设备使血糖恢复正常，同时清除了部分多余的热量负荷。——Yevgeniya Nusinovich

结构化摘要

引言

2型糖尿病和肥胖经常并发（即"糖胖症"），影响全球数十亿人。目前的治疗主要依赖降低血糖或体重的药物，但这些疗法可能产生副作用，需要终身服用，且可能随时间推移而失效。一种皮下植入装置，内含可直接以电可调速率从血液中清除多余葡萄糖的固体电催化剂，可能提供一种剂量可控、无需药物的治疗替代方案。

原理

电催化剂利用电能加速化学反应。我们开发了一种植入式设备，其中含有嵌入多孔石墨基质中的铂（Pt）修饰金（Au）纳米团簇。当无线供电时，ECHO（电化学闭环健康优化）设备可将葡萄糖选择性氧化为葡萄糖酸——一种低能量代谢物，易经肾脏清除。由于电刺激可精确控制，葡萄糖清除速率也可精确调节。我们设计该植入设备以恢复葡萄糖稳态、重塑能量代谢，并在与商用持续血糖监测仪联用时实现自主闭环控制。

结果

该电催化剂在生理相关条件下可选择性地将葡萄糖转化为葡萄糖酸，并在长时间运行中保持活性。在糖胖症小鼠中植入后，无线激活可迅速将升高的血糖恢复至正常范围，重复治疗可在6周内维持血糖控制，且未检测到低血糖。

降低血糖使全身代谢向利用储存脂肪的方向转变。接受治疗的小鼠表现出循环甘油三酯浓度和体重降低，同时游离脂肪酸和酮体浓度升高。植入设备在整个6周治疗期间保持功能正常，治疗未产生可检测的不良生理、炎症或行为影响。

将该植入设备与商用持续血糖监测仪联用可实现自主闭环操作。该系统仅在血糖超过预设阈值时激活电催化剂，从而将血糖维持在理想范围内。

结论

一种无线供电的电催化植入设备直接清除多余血糖，同时促进储存脂肪的利用，全程无需给药。将该植入设备与持续血糖监测联用可实现自主闭环代谢控制，展示了电催化作为无需药物管理糖尿病和肥胖的潜在途径。

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对糖胖症的无线电催化控制。

ECHO系统结合了持续血糖监测与无线供电的电催化植入设备，后者将多余葡萄糖氧化为葡萄糖酸以经肾脏清除。在糖胖症小鼠中，自主闭环控制恢复了葡萄糖稳态，降低了体重，并促进了脂肪利用，全程无需降糖药物。[图示由BioRender.com制作。Maity, D. (2026) https://BioRender.com/r5kl19g]

摘要

生活方式相关的2型糖尿病及其伴发肥胖（糖胖症）影响全球超过25亿人，每年造成近3万亿美元的医疗费用。我们开发了一种可植入、无线供电的电化学闭环健康优化（ECHO）设备，其中含有嵌入石墨毡中的铂修饰金纳米团簇，能够实现血糖的选择性、电可调氧化，生成经肾脏清除的葡萄糖酸。在2型糖尿病小鼠中，无线低功耗激活（0.75伏特，10毫安）可在1小时内恢复葡萄糖稳态，使代谢从葡萄糖利用转向脂质利用，降低体重和甘油三酯，并增加循环游离脂肪酸和酮体浓度，在6周治疗期间未检测到低血糖或不良生理、炎症或行为影响。将该ECHO设备与商用持续血糖监测系统联用，实现了自主、智能手机控制、无需药物的实验性糖胖症闭环管理。