Development of autonomous insulin device for diabetic treatment

• Project/Area Number: 20K17530
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 54040:Metabolism and endocrinology-related
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Kimura Shinichiro 名古屋大学, 環境医学研究所, 特任助教 (10805287)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 糖尿病 / インスリン治療 / 血糖変動 / 糖尿病合併症 / 人工膵臓 / エレクトロニクスフリー / 人工膵臓様デバイス

Outline of Research at the Start

近年、糖尿病治療では、糖尿病合併症の予防を目的として、血糖変動の抑制が注目されている。これまで、インスリン治療による血糖変動の抑制が合併症予防しうるかについては、十分な評価が行われておらず、既存のインスリンポンプ療法を動物実験に適応することは技術的に困難であった。そこで、研究代表者らは、独自に開発した「フェニルボロン酸を主要な成分とするグルコース応答性ゲル」を用いた人工膵臓様デバイスを糖尿病モデル動物に装着し、血糖変動や血管内皮の酸化ストレス、骨髄細胞の動態に及ぼす影響を検討する。これにより、次世代型のインスリン治療による糖尿病合併症の発症・進展抑制の可能性が明らかになると期待できる。

Outline of Final Research Achievements

Insulin therapy forms the basis of diabetes treatment, but it impairs quality of life and carries the risk of hypoglycemia. Recently, a number of studies have shown that blood glucose fluctuations pose the risk of vascular complications in addition to high blood glucose levels. Thus, the development of “artificial pancreas” that releases insulin responsively to blood glucose and does not cause fluctuations in blood glucose is imperative. Therefore, we have developed the electronics-free, easy-to-operate artificial pancreas-like device using the polymer gel containing phenylboronic acid whose physical properties change dramatically in response to glucose concentration. In this study, we evaluated the efficacy and safety of the device and its effect on blood glucose fluctuation and examined the possibility of clinical application.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年の糖尿病治療では、単に血糖値を低下させるだけではなく、糖尿病合併症の予防に重点が置かれている。従来のインスリン治療は、糖尿病治療の根幹を成す一方で、患者や介護者のQOLを著しく損なう上、意識障害等の重篤な症状に繋がる低血糖の危険性を有する。本研究の成果により、エレクトロニクスフリーで高い機能性と安全性を有し、安価でコンパクトなインスリンデバイスの開発が実現し、糖尿病に対するインスリン治療のアンメット・メディカル・ニーズに応えることができる。特に、自律的なインスリン放出機能による低血糖や血糖値変動の抑制、高インスリン血症の軽減は、糖尿病合併症の予防に繋がると期待される。

Research Products

• [Journal Article] Hollow fiber-combined glucose-responsive gel technology as an in vivo electronics-free insulin delivery system. (2020)
  • Author(s): Matsumoto A, Kuwata H, Kimura S, Matsumoto H, Ochi K, Moro-oka Y, Watanabe A, Yamada H, Ishii H, Miyazawa T, Chen S, Baba T, Yoshida H, Nakamura T, Inoue H, Ogawa Y, Tanaka M, Miyahara Y, Suganami T.
  • Journal Title: Commun. Biol. Volume: 3 Issue: 1 Pages: 313-313
  • DOI: 10.1038/s42003-020-1026-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] スマートインスリンデバイスによる新たな糖尿病治療戦略の検討 (2020)
  • Author(s): 木村真一郎, 桒田博仁, 田中都, 松本裕子, 越智梢, 岡田純, 渡辺亜希子, 白川伊吹, 馬場利明, 吉田博, 宮原裕二, 石井均, 小川佳宏, 松元亮, 菅波孝祥
  • Organizer: 第63回日本糖尿病学会年次学術集会
• [Presentation] スマートインスリンデバイスによる革新的な糖尿病治療戦略の開発 (2020)
  • Author(s): 木村真一郎, 桒田博仁, 田中都, 松本裕子, 越智梢, 岡田純, 渡辺亜希子, 白川伊吹, 馬場利明, 吉田博, 宮原裕二, 石井均, 小川佳宏, 松元亮, 菅波孝祥
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会