[发明专利]一种基于3D打印构建用于降血糖的人工智能胰腺的方法

说明书

本发明公开一种基于3D打印构建用于降血糖的人工智能胰腺的方法，涉及3D生物打印及人工胰腺领域。该方法包括缩醛化葡聚糖加载胰岛素纳米粒子的制备、打印用水凝胶的制备、水凝胶支撑浴的制备、3D打印制备等步骤。本发明3D打印制备的人工智能胰腺具有生物相容性好，生物可降解的优点，能够根据实时血糖浓度控制胰岛素的释放，从而达到智能降血糖及达到长时间控制血糖浓度在正常范围的目的，避免了多次进行血糖检测以及皮下注射。本发明不需要携带便携式设备，不用更换电池，导管等，能够极大地减轻患者的负担，具有较突出的应用基础研究的价值和极具潜力的市场开发前景。

技术领域

本发明涉及3D生物打印及人工胰腺领域，具体地说是一种基于3D打印构建用于降血糖的人工智能胰腺的方法。

背景技术

目前胰岛素主要是通过不断检测血糖并根据测量的结果进行多次皮下注射，给病人带来了许多的痛苦及不便。此外注射胰岛素存在着不能平稳吸收，存在着峰值浓度，无法很好的模拟胰岛素分泌，注射的量难以根据患者吸收水平进行精确计算，计算失误可能导致低血糖等缺点。胰岛素的给药需要做到在适当的时候提供精确剂量的胰岛素，从而使血糖浓度恢复到正常水平。由于这个特性，研究人员设计了多种不同原理的人工胰腺来尝试解决这个问题。Renard，Eric等(Renard E,Costalat G,Chevassus H,Bringer J.Closedloop insulin delivery using implanted insulin pumps and sensors in Type1diabetic patients.Diabetes Res.Clin.Pract.74,S173–S177(2006).)使用基于一个耦合模型的植入胰岛素泵通过腹膜途径以及静脉中的葡萄糖酶传感器控制胰岛素的注入。由于传感器性能不足，其植入后24h停止工作，在工作期间，有效的将葡萄糖保持在80-240mg/dl之内达84.1％的时间。Ikeda H等(Ikeda H,Kobayashi N,Tanaka Y，et al.Anewlydeveloped bioartificial pancreas successfully controls blood glucose intotally pancreatectomized diabetic pigs.Tissue Eng.2006Jul；12(7):1799-809.)开发了一种新型的由聚乙烯-乙烯醇(EVAL)中空纤维组成的透明葡萄糖和胰岛素的骨特异性碱性磷酸酶(BAP)和聚氨基聚氨酯涂层的无纺聚四氟乙烯(PTFE)细胞粘附。猪胰岛附着在PTFE织物的表面，而不是EVAL中空纤维的表面，允许在纤维和细胞外部流动的血液之间的营养和氧气交换。其用猪胰岛接种这种BAP并将其连接到完全胰腺切除的糖尿病猪的循环中。血糖水平降低到正常范围，大大改善了健康状况，延长了生存时间。

专利CN104958077A智能控制的闭环式人工胰腺系统通过实时接收连续血糖监测设备的人体血糖监测数据，并根据实时人体血糖监测数据，利用内置的模糊自适应比例微积分控制算法，计算出实时的胰岛素输注设备的给药量，但需要便携式外部设备，以及定期更换导管，给患者日常生活带来极大地不便，并且为植入装置的电池充电，植入的储库中的长期胰岛素稳定性等问题也难以解决。而生物人工胰腺包括糖敏感性微囊等则存在着免疫排斥反应以及植入时形状大小等难以与缺损胰腺相契合的缺点。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的目的在于提供一种基于3D打印构建用于降血糖的人工智能胰腺的方法。

本发明致力于利用3D打印构建用于降血糖的人工智能胰腺，以解决现有降血糖手段需要多次检测血糖进行皮下注射以及目前的人公胰腺需要携带外部设备及更换配件等缺点。

本发明将构建“改性明胶-海藻酸钠-缩醛化葡聚糖微球”三位一体水凝胶，将葡萄糖氧化酶分散入水凝胶中，并将胰岛素包载至缩醛化葡聚糖微球中，作为智能响应型释放体系。当血糖浓度升高时，葡萄糖氧化酶将葡萄糖氧化成葡萄糖酸，降低该处的pH值，酸敏感的缩醛化葡聚糖微球快速降解从而释放出胰岛素，进一步降低血糖，避免了多次进行血糖检测以及皮下注射。