生活方式相关的2型糖尿病及相关肥胖（糖尿病）影响全球>25亿人，每年医疗费用接近3万亿美元。我们开发了一种植入式无线电催化闭环健康优化（ECHO）装置，内嵌铂金装饰的金纳米簇嵌入石墨毡中，实现选择性、电可调氧化葡萄糖为通过新净化的葡萄糖酸。在2型糖尿病小鼠中，无线低功耗激活（0.75伏，10毫安）在1小时内恢复葡萄糖稳态，代谢从葡萄糖转为脂质利用，体重和甘油三酯减少，循环游离脂肪酸和酮体增加，且在治疗6周内无明显低血糖或生理、炎症或行为不良影响。将该ECHO设备与商业连续血糖监测系统结合，实现了自主、智能手机控制、无药物闭环的实验性糖尿病管理。

该研究以题为“Wireless electrocatalytic closed-loop system for drug-free management of diabesity”发表在Science 上。

图1

闭环ECHO-CGM系统用于糖尿病电化学管理。(A）植入式超声系统进行血糖调节的示意图。肠道吸收的膳食葡萄糖进入循环，并由CGM监测。在高血糖情况下，皮下ECHO植入物催化葡萄糖氧化为葡萄糖酸盐，降低循环葡萄糖。葡萄糖可用性降低促进脂肪溶解，将甘油三酯转化为甘油和游离脂肪酸，这些脂肪酸进一步代谢为酮体，并通过肾脏清除。（B）闭环ECHO-CGM系统的工作原理，采用GF_Au@Pt电催化剂。当血糖升高（20 mM;回声启动），CGM反馈激活无线能量传输，推动葡萄糖电催化转化为葡萄糖酸盐。在正常血糖（10 mM;ECHO 关闭），无线控制器会关闭刺激以维持稳态血糖水平。（C）概念性的治疗结果。受试者A（治疗前）葡萄糖和甘油三酯升高，而受试者B（治疗后）在超声辅助治疗后代谢平衡恢复。[用 BioRender.com 创建的图。Maity， D.（2026）https://BioRender.com/to7go11

图2

石墨毡基底上金铂纳米簇的合成与分析。(A）铂金装饰的纳米簇集成在石墨毡基体中，作为电控葡萄糖氧化的电催化剂的示意图。C6H8O6，抗坏血酸;GF，石墨毡;GF_Au，晶体整合金纳米团簇;GF_Au@Pt，晶球集成铂金装饰金纳米簇;高压4，氯金酸;H2PtCl4，氯铂酸;NaBH4硼氢化钠;NaOH，氢氧化钠。[面板由BioRender.com 创建。Maity，D. （2026） https://BioRender.com/jwq27ew] （B至D） 不同倍数下的GF_Au@Pt扫描电子显微照片：2360×（B）、20,070×（C）和76,730×（D）。（E到H）EDX光谱图GF_Au@Pt（E）显示碳（F）、金（G）和铂（H）的元素分布。（I至L）扫描单Au@Pt纳米片的透射电子显微摄影，放大倍率为600,000×（I）和200,0×00（J），并对应金（K）和磷（L）的EDX光谱映射。GF_Au@Pt的XPS光谱显示Au 4f（M）和Pt 4f（N）区域，确认了表面成分和化学态。A.U.，任意单位。

图3

GF_Au@Pt介导的电催化葡萄糖氧化。(A）线性扫描伏安法，分析GF、GF_Au和GF_Au@Pt介导的葡萄糖氧化（20 mM葡萄糖，1 M KOH，扫描速率100 mV/s）。（B）在葡萄糖（20 mM）氧化过程中，对GF、GF_Au和GF_Au@Pt进行电化学阻抗光谱，测得0.75伏，对RHE进行检测。（C） 催化剂电流密度的变化GF_Au@Pt葡萄糖浓度在1至50毫米范围内。（D至G）GF_Au@Pt介导的电催化葡萄糖氧化[Dulbecco磷缓冲盐水（DPBS），10 ml，10 mA，0.75 V]和葡萄糖酸生成对（D）电刺激时间，（E）葡萄糖浓度（DPBS，10 ml，10 mA，0.75 V）、（F）GF_Au@Pt电极表面积（DPBS，20 mM葡萄糖，10 mA，10 ml，1小时，0.75 V）以及（G）样品体积（DPBS， 10毫安，2小时，0.75伏）。（H） GF_Au@Pt介导的电催化葡萄糖氧化（30 mM葡萄糖，10毫升，2小时，0.75 V，10 mA，1 cm x 1 cm表面积）的可逆性。（一）在存在生理浓度的指定代谢物（0.75 V，10 ml，PBS）的情况下，对GF_Au@Pt介导的电催化葡萄糖特异性进行时间安培分析。数据以SEM平均数表示±（n = 5次生物复制）。统计显著性通过双向方差分析（ANOVA）与Dunnett多重比较检验确定。

图4

实验性2型糖尿病中ECHO控制的血糖水平。(A和B）在不同电压（A）和电流（B）刺激下，ECHO植入T2D小鼠的血糖谱。（C）以0.75伏和10 mA刺激的ECHO植入2D小鼠[T2D-ECHO（开）]的血糖曲线，与WT、未治疗T2D、未刺激ECHO植入[WT+ECHO（关闭）]及未刺激ECHO植入[T2D+ECHO（关闭）]动物进行比较。（D） 通过实时超声介导的2D小鼠血糖控制，反复刺激时间为0.75伏特和10毫安。（E）WT、T2D、WT+ECHO（关闭）和T2D+ECHO（关闭）动物的GTT，以及植入ECHO刺激（0.5厘米）20.75 V和10 mA）T2D小鼠。（F和G）对WT、T2D和植入超声的T2D小鼠进行长期血糖分析，每天一次，刺激0.75 V和10 mA。血糖水平监测每日7天（F），每周监测6周（G）。误差条表示SEM的平均值±（n = 8次生物复制）。统计显著性通过双因子方差分析和Tukey多重比较检验确定。

图5

ECHO控制的血糖稳态对相互关联肥胖的影响。在WT、T2D和植入超声2D小鼠中，体重（A）及胰岛素（B）、甘油三酯（C）、游离脂肪酸（D）、β-羟基丁酸（E）和乙酰乙酸（F）浓度，在每天一次以0.75 V和10 mA刺激至少6周的情况下。误差条表示SEM的平均±（n = 8次生物复制）。统计显著性通过双向方差分析与Tukey多重比较检验进行评估。

总结

参考文献：

DOI:10.1126/science.ady8560

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