每天通电1小时，血糖稳了，体重还轻了10%
无需服药或注射胰岛素，只需在皮下植入一个小装置，它就能自动分解多余的血糖。当血糖升高时，设备自动启动，恢复正常后便停止工作。这听起来像是科幻小说中的情节，但苏黎世联邦理工学院的研究团队已在老鼠身上实现了这一技术。相关论文于10月22日发表在《科学》（Science）期刊上，该系统被命名为“电催化闭环健康优化系统”（ECHO）。
该系统的核心是一套电催化装置。研究团队以多孔导电的石墨毡为骨架，将金（Au）纳米簇置于其中，并用纳米级铂（Pt）进行装饰，制成GF_Au@Pt复合电催化剂。金负责导电和提供支撑，并促进葡萄糖吸附，而铂则提供主要的催化活性位点。通电后，化学反应简单直接：一个葡萄糖分子失去两个电子，转化为葡萄糖酸（C₆H₁₂O₆ + 2OH⁻ → C₆H₁₂O₇ + H₂O + 2e⁻）。这套催化反应具有独特的开关特性：起始电压约为0.6伏，若不通电或电压低于此值，反应便不会发生。这意味着葡萄糖的清除与否及速度完全由电流控制。
在体外实验中，将GF_Au@Pt置于浓度为30毫摩尔每升的葡萄糖溶液中，30分钟内葡萄糖浓度开始下降，2小时后降至7毫摩尔每升，同时葡萄糖酸浓度升至12毫摩尔每升。该催化系统还展现出极佳的选择性，在生理浓度下只氧化葡萄糖，对果糖、半乳糖、蔗糖等其他糖类以及维生素、激素等几乎没有影响。接下来，团队将其制成植入系统，外壳采用3D打印的医用聚酰胺，尺寸仅为26×14×5毫米，达到IPX7防水等级，通过13.56兆赫的射频无线取电。外部再包裹三层封装以提升生物相容性，整体尺寸约为30×17.5×10毫米。植入系统的工作参数为0.75伏、10毫安，所需功率不高于心脏起搏器。
研究团队将ECHO系统植入db/db小鼠体内，这种小鼠因基因缺陷天生肥胖、高血糖，是经典的2型糖尿病模型。以0.75伏、10毫安激活植入物后，实验小鼠的血糖在60至90分钟内恢复正常，与野生型小鼠的餐后血糖曲线相似，葡萄糖耐量试验结果也一致。每天激活60分钟、连续6周，小鼠血糖保持稳定。更引人注目的是，在6周治疗期间，小鼠体重最多下降了10%。这是因为约90%的葡萄糖酸通过肾脏随尿液排出，这些葡萄糖未被细胞利用，而是被排出体外，导致全身净代谢能量减少。
安全性方面，6周治疗期间，小鼠血液pH值未低于7.35，未出现酮症酸中毒；血清和各器官中未检测到金和铂，表明封装有效防止了金属泄漏；小鼠的进食行为、生理指标和行为表现均无异常。真正让这套系统具备智能特性的是闭环控制。研究团队将ECHO植入物与一款商用连续血糖监测仪（CGM）无线连接，CGM实时监测血糖，并将数据传送至智能手机，从而判断血糖是否超过预设阈值。一旦超过阈值，系统便指令无线供电模块启动电催化；当血糖回落至目标区间时，刺激自动停止。阈值可在5至15毫摩尔每升之间设定，单次激活时长5至30分钟可调。整个“监测—决策—执行”的闭环无需人工干预，也无需胰岛素或任何药物。在小鼠实验中，这套ECHO-CGM闭环系统成功将血糖维持在正常范围，且未出现低血糖。
糖尿病和肥胖同属慢性生活方式疾病，常相互关联，同时出现时被称为糖胖症。全球近30%的人受此困扰，相关医疗费用超过全球GDP的1%。然而，现有治疗手段各有短板：生活方式调整难以坚持；传统口服降糖药及胰岛素需终身使用，并伴有低血糖及多种不良反应风险；司美格鲁肽、替尔泊肽等GLP-1/GIP受体激动剂效果显著，但价格昂贵、胃肠道反应常见，长期安全性仍在观察；前沿的“工程化定制细胞”疗法构想精巧，但受限于致瘤性、免疫排斥和成本问题。ECHO则另辟蹊径——不投放药物分子，不改造细胞，仅通过电子清除代谢物。与其他治疗手段相比，它具有三大优势：高度可调，改变外加电压或电流即可即时调节葡萄糖清除速率；即时可逆，切断无线供电后催化氧化反应立即停止；易于扩展，增大电催化电极的工作面积即可按比例提高处理能力。作者已在5升规模的体外循环装置中验证了葡萄糖氧化效果，这已接近人体血液体积的量级。更进一步，传统治疗主要依赖胰岛素将多余糖分“搬运”进细胞储存，并未真正减少总热量。而ECHO将葡萄糖转化为葡萄糖酸，经肾脏随尿排出，从而迫使身体动用自身脂肪分解供能，具有改善糖胖症的潜力。作为一种电催化植入设备，若能稳定调控糖代谢，理论上未来还可扩展应用于其他疾病相关代谢物，这是将代谢调控从“分子开关”扩展到“电子开关”的一次尝试。
读到这里，你或许会问“何时能用到”，但目前仍需冷静看待其与临床应用的距离。首先，这是一项初期概念验证研究，所有数据均来自小鼠，且是遗传性肥胖模型，与人类2型糖尿病的病理机制不完全相同。更关键的是，人的血液体积是小鼠的两千多倍，在小鼠身上有效的ECHO是否同样对人安全有效，尚需人体临床试验逐步验证。其次，研究观察时间仅数周，而糖尿病是需要管理几十年的慢性病。尽管设备短期内未引发异常炎症反应，但长时间保持稳定性能和组织相容性仍是植入类器械面临的难题。此外，ECHO降糖过程中，葡萄糖并未凭空消失，而是转化为葡萄糖酸。虽然本研究中小鼠未发生酸中毒，但若人体每日生成大量葡萄糖酸，对酸碱、电解质平衡及肾功能的长期影响仍是未知数。面对糖尿病患者，这项技术还需讨论更多问题：低血糖风险、植入手术的安全性，以及长期“丢弃热量”对消瘦患者的影响。
这套系统确实让小鼠血糖恢复正常，并减轻了10%的体重。不过，我们无法期望两三年内就能靠它替代降糖药，毕竟它连人体试验都尚未开始。然而，作为一次概念验证，这篇登顶《科学》的研究分量不小：仅靠一块通电的金属，就能清除葡萄糖并实时调节清除速度。医学上的许多转折点，正是从“原来这件事还能这么做”开始的。
值得注意的是，这项研究的进展也引发了体育科技领域的关注，例如在健康管理方面，类似的技术可能为运动营养和代谢优化提供新思路，星空体育等平台也在持续探索相关应用场景。本文来自微信公众号 “果壳”（ID：Guokr42），作者：见文末，36氪经授权发布。