Bristol, UK
布里斯托尔市位于英格兰西南部弗罗姆河和雅芳河交汇处附近，其中有一家研究糖尿病治疗的初创企业实验室不容忽视，也许他将带来糖尿病治疗的新时代。
通常，摄入的大部分食物都被分解成糖，也称为葡萄糖，并在血液中释放出来。葡萄糖为身体提供主要的能量来源。
当身体里血糖升高时，这会向胰腺发出释放胰岛素的信号，胰岛素反过来会让血糖进入身体细胞。
当身体不能产生足够的胰岛素或不能正确的使用它产生的胰岛素时，会引发糖尿病。最后导致，葡萄糖停留在你的血液中，引发高血糖水平。过高的糖分水平会导致严重的慢性病问题，包括神经性病变、视力丧失以及心脏和肾脏疾病。
糖尿病可以分为1型糖尿病和2型糖尿病。1型糖尿病是一种破坏胰腺中胰岛素分泌细胞的自身免疫性疾病，这一类患者必须每天多次注射胰岛素或者使用胰岛素泵全天服用胰岛素。患者在余生中无法摆脱每天注射胰岛素的命运。1型糖尿病没有什么好的治愈方法。某些情况下，2型糖尿病可以通过健康饮食和运动来控制，与此同时，也需要注射胰岛素或者其它口服药物，以帮助胰岛素足量的吸收和提升对其敏感性。
糖尿病患者通常通过每天多次的手指穿刺、血糖计数和注射胰岛素来监测和补充体内胰岛素水平来达到治疗的目的。显然，这不是一个理想的方案。
于是，有一部分糖尿病患者采用了新的技术，通过佩戴紧凑型连续血糖检测系统，基于传感器贴片来监测血糖水平。具有粘性的贴片将传感器固定在患者身上适当的位置，使其能够日夜读取细胞周围体液中的葡萄糖水平参数。这是糖尿病管理的一个重大进步，但也有不足的地方。一般的，这类传感器需要每10-14天更换一次，并且具有一定的侵入性。
这些限制最后会在葡萄糖抑制剂使用效率上体现出来。对糖尿病患者来说，控制血糖，以及管理影响血糖水平的日常事件（例如：食物摄入、运动、压力、疾病、其他药物等）是一项持续的平衡行为。特别是对于那些1型糖尿病患者来说，除了每天都进行糖尿病管理，他们别无选择。如果传感器的数值不准确或无法正常工作，那糖尿病患者可能会遇到真正的麻烦，因此，他们迫切需要新的解决方案。
来自布里斯托大学（Bristol University）的科学家团队发现了一种葡萄糖结合分子，可以感知血液中葡萄糖的存在。这是一种笼状结构的分子，只有葡萄糖分子能够进入其笼内。这种葡萄糖结合分子可以被用作血糖的受体或者传感器。
该分子的核心结构简单且对称且具有特性的形状，就像手套一样拥有一个空腔，只能感知和容纳葡萄糖分子，当葡萄糖进入身体时，可以有效的从葡萄糖结合分子中获得信号或输出，然后你可以将该信号转化为外部设备可以读取的信号，这是合成传感器对葡萄糖选择性的突破性进展。
Glucose binding receptor
Robert Tromans in his lab with a HORIBA Duetta
Carbometrics是布里斯托一家初创公司，云集了一群有机化学家，致力于完善连续血糖水平监测传感器的开发。Robert Tromans 博士是这一项突破性研究成果的共同参与者，也是该公司的研究负责人。
葡萄糖结合分子不仅可以用于监测血糖水平，也是创造葡萄糖反应胰岛素所必需的。
他们正通过两种手段来利用葡萄糖受体：一种是通过与胰岛素生产领头企业诺和诺德的研究合作，生产更安全的葡萄糖反应胰岛素；另一种是创建更好的葡萄糖传感器，最终可以与手机等外部设备进行通信，并提供无针葡萄糖读数。
注射胰岛素的剂量过高或者过低都有可能引发危险。如果注入过多的胰岛素而使得血糖过低，这会引发昏迷，危及患者的生命；如果注射胰岛素过低，使得血糖过高，会导致长期健康影响. Carbometrics 公司与诺和诺德公司合作的目的是开发胰岛素，通过这些受体来感知体内血糖的水平，将胰岛素输送调节到必要的水平。
Carbometrics 公司研究运营经理Stacy Coomber解释说胰岛素本身不知道你的体内有多少葡萄糖，因此，我们正在协助创造某些分子，当它与葡萄糖接触时，将改变胰岛素的某些方面。这样，这些分子工作与否就取决于体内的葡萄糖含量。我们正试图通过与诺和诺德的研究项目合作，开发出当血液中存在葡萄糖，可控的上调或者下调胰岛素。这样，糖尿病患者的身体中的胰岛素水平的调节就会像正常人那样运行。
虽然手指穿刺实验是一个有效的监测血糖水平的方法，但其必须定期进行，而且并不准确。因此，公司正在进行的另一个项目就是开发葡萄糖传感器。
Tromans 博士说：“主要的想法是，患者的身体里会植入一个传感器*，只需要每年或者每几年安装一次，该传感器与患者的手机或者外部传感器相连，患者可以不断的监测体内的血糖，而不需要刺破手指。该传感器会与患者的身体进行互动，根据患者体内葡萄糖量发出信号。”
另外，Tromans 博士补充道：“目前存在类似的技术，但受限于对葡萄糖的选择性不完善，其结果可能会受到血液中其它化合物如扑热息痛或维生素的影响。期待我们的传感器具有高选择性，能够克服葡萄糖传感器当下面临的瓶颈。”
（ * 工程师可以制造微型无线电发射器，从分子中获取信号并将其发送到外部设备。）
持续不断的葡萄糖结合分子胰岛素，不仅可以减轻传统手指点刺实验的压力，消除了传统血糖自我监测带来的社会障碍；还能稳定糖尿病患者的情绪，因为患者知道它会持续监测他们的血糖水平。
糖尿病只是连续型葡萄糖传感器分子发挥作用的途径之一。除此之外，生物工程科学家必须知道用于合成酶和蛋白的工业规模反应器中的葡萄糖含量，那么重症监护患者可以像监测心率和氧饱和度水平那样，同时监测他们的血糖水平。
Carbometrics 公司的科学家在开发传感器时使用的主要工具是荧光光谱仪。
Tromans 博士说，“我们可以将葡萄糖结合分子连接到荧光物质上，发射的荧光量会随着葡萄糖含量的变化而变化”。“然后你就有了某种东西，你可以用它来测量葡萄糖的含量。”
他们不断地调整和改变葡萄糖结合分子，以便在产生和接近葡萄糖时提供更好的反应。这意味着细微调节它的化学结构，然后测试它对葡萄糖的反应。
因为该团队制造的一些分子比其它分子更好的检测葡萄糖，所以他们采用荧光来测定葡萄糖和受体之间的相互作用效果。植入受体的荧光特性表明葡萄糖和受体之间的紧密配合程度，从而表明受体的工作状态。这是有效检测的基础。
Carbometrics的科学家使用 HORIBA Duetta台式光谱仪进行荧光测量。Duetta 是一种荧光及吸收光谱仪，同时结合了荧光光谱仪和吸光度光谱仪的功能。借助其内置高速CCD探测器，Duetta可以在不到一秒钟的时间里获得从250 nm到1100 nm范围内的全光谱，使其成为市场上最快的荧光光谱仪。
Tromans 博士说，“我们每天都用它来衡量我们的受体与葡萄糖结合的好坏，以及我们获取的荧光值”。“我们真正喜欢 Duetta 的主要原因是采集速度非常快，所以你可以在短时间里获取大量的数据”。
Duetta 可以同时获取特定样品的吸光度、透射率和荧光激发发射矩阵（A-TEEM），从而生成更快、更准确的三维荧光。
“我们也经常使用它，因为荧光和吸收密切相关，了解这两个参数十分的重要” 他说道。
“这是我们真正使用的东西，因为基本上你得到了一个新的分子，这是做的第一个实验”。Duetta 将告诉你需要知道的关于它的荧光的一切。你可以在几分钟甚至是几秒钟内完成上述实验。在我们以前的光谱仪上，大约需要10个小时才能完成类似的工作量。
Tromans 博士表示，虽然葡萄糖结合分子的商业化时间难以预估，但还是会和合作伙伴一起努力，以实现这一长期目标。
参考文献：[1] Robert A. Tromans, Tom S. Carter, Laurent Chabanne, Matthew P. Crump, Hongyu Li, Johnathan V. Matlock, Michael G. Orchard & Anthony P. Davis A biomimetic receptor for glucose Nature Chemistry volume 11, pages 52–56 (2019)
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